趙濤

摘要：本文結(jié)合PLC技術(shù)和變頻技術(shù)，提出一種全新的附著式升降腳手架控制系統(tǒng)，其實(shí)現(xiàn)的方法是通過安裝在腳手架上的重力傳感器將每一個機(jī)位的荷載發(fā)送給相應(yīng)機(jī)位的變頻器，變頻器將讀取到的荷載實(shí)時傳送到PLC，PLC監(jiān)控比較每一個機(jī)位的荷載，當(dāng)某一機(jī)位的荷載參數(shù)達(dá)到設(shè)定的安全報警參數(shù)時就會自動報警，然后PLC通過內(nèi)部運(yùn)算，將信息發(fā)送給變頻器，變頻器讓每個機(jī)位電動葫蘆進(jìn)行調(diào)速運(yùn)行，使各機(jī)位荷載均勻分布，達(dá)到附著式升降腳手架的正常運(yùn)行。本控制系統(tǒng)精度高、主動性較強(qiáng)，最大程度的實(shí)現(xiàn)了工業(yè)的自動化，提高了施工過程的安全性。

關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng);PLC技術(shù);變頻器;主動性;

引 言

建筑工程中附著式升降腳手架的應(yīng)用日益增多，控制系統(tǒng)也不盡相同。傳統(tǒng)的附著式升降腳手架采用A/D轉(zhuǎn)換模塊與單片機(jī)組成控制系統(tǒng)，其接受的脈沖信號后轉(zhuǎn)化為測量值與預(yù)定數(shù)值進(jìn)行比較，形成差值后轉(zhuǎn)化為脈沖信號反饋于總控制系統(tǒng)，總控制系統(tǒng)發(fā)出控制指令，形成動作[1]。此種控制系統(tǒng)精度不高，易發(fā)生信號傳遞效率較低，動作滯后等一系列問題，同時不能自動進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，對建筑物結(jié)構(gòu)荷載要求較高，電機(jī)的損害較大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)的實(shí)際要求。本文結(jié)合PLC技術(shù)變頻技術(shù)，提出一種全新的附著式升降腳手架控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的精確化控制，能夠主動進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，最大程度的實(shí)現(xiàn)了工業(yè)的自動化，提升了附著式升降腳手架施工過程的安全性和可操作性。

1 兩種同步控制系統(tǒng)原理比較

1.1 傳統(tǒng)同步控制系統(tǒng)

傳統(tǒng)附著式升降腳手架采用的智能控制系統(tǒng)是由智能總控箱、分控箱、電動葫蘆、重力傳感器及控制電纜等組成，其控制系統(tǒng)框圖如下圖1所示。

在附著式升降腳手架工程的實(shí)際應(yīng)用中，每一個機(jī)位安裝一個提升設(shè)備（電動葫蘆），傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)同時控制多個提升設(shè)備，同時拉動附著式升降腳手架進(jìn)行升降工作，由于每個電動葫蘆輸入電壓不同、盤式定子和轉(zhuǎn)子之間的間歇差異等原因，會導(dǎo)致電動葫蘆運(yùn)行不同步。隨著電動葫蘆的運(yùn)行，當(dāng)其中任意一個機(jī)位發(fā)生超載或者欠載參數(shù)超過報警參數(shù)15%時，系統(tǒng)就會報警;當(dāng)任意一個機(jī)位發(fā)生超載或者欠載參數(shù)超過停機(jī)參數(shù)30%時，整個附著式升降腳手架就會自動停機(jī)。工程實(shí)際應(yīng)用中，需要手動逐個單機(jī)進(jìn)行調(diào)整異常機(jī)位的荷載，達(dá)到正常范圍后才能再次進(jìn)行附著式升降腳手架整體的升降工作。

因此，在附著式升降腳手架的整個運(yùn)動過程中，需要不定時的停止升降作業(yè)對系統(tǒng)進(jìn)行不斷調(diào)節(jié)，重復(fù)進(jìn)行電機(jī)的停啟工作，一方面會影響施工進(jìn)程，另一方面會縮短電動葫蘆的使用壽命，嚴(yán)重者可能直接損毀電機(jī)。同時，在附著式升降腳手架的升降過程中易造成結(jié)構(gòu)受力不均，導(dǎo)致建筑物結(jié)構(gòu)損壞和腳手架自身結(jié)構(gòu)破壞變形的現(xiàn)象，存在著一定的安全隱患。

1.2 PLC同步控制系統(tǒng)

附著式升降腳手架PLC同步控制系統(tǒng)（如圖2所示）主要由操作面板、S7-1200、變頻器、電動葫蘆、重力感應(yīng)器等組成。

PLC同步控制系統(tǒng)可以優(yōu)化傳統(tǒng)同步控制系統(tǒng)當(dāng)中的缺點(diǎn)，提高附著式升降腳手架的工作效率。為了提高生產(chǎn)效率和避免電機(jī)燒毀的現(xiàn)象的發(fā)生，減少附著式升降腳手架在工程施工升降過程中停機(jī)次數(shù)、甚至不停機(jī)。通過在控制系統(tǒng)加變頻器及PLC形成PLC同步控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對超載或欠載的電動葫蘆進(jìn)行調(diào)速。采用PLC同步控制系統(tǒng)，系統(tǒng)可根據(jù)受力實(shí)際進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，使建筑結(jié)構(gòu)受力基本均勻，保證附著式升降腳手架順利升降，提高了附著式升降腳手架施工過程的安全性，實(shí)現(xiàn)了附著式升降腳手架在升降過程中不停機(jī)、持續(xù)升降的目的，達(dá)到了荷載精確化控制，最大程度的實(shí)現(xiàn)了工業(yè)的自動化、信息化。

2 PLC同步控制系統(tǒng)工作過程

在工程實(shí)踐過程中，附著式升降式腳手架必須用電動葫蘆來進(jìn)行輔助升降工作，同時必須保障多點(diǎn)同步提升。附著式升降腳手架安裝完成后，檢查提升系統(tǒng)與腳手架可靠連接后，進(jìn)行架體的初次調(diào)平，增加負(fù)載，利用各工作裝置上的電路處理后以CANopen網(wǎng)絡(luò)信號的形式送到PLC電路中，經(jīng)PLC電路處理傳感器測得各提升點(diǎn)處在預(yù)工作時的受力情況，連接PLC控制程序錄入初值，開機(jī)進(jìn)行升降工作獲得實(shí)際值，實(shí)際值與初值進(jìn)行比較[2]。

附著式升降腳手架的升降作業(yè)過程中當(dāng)任意一個機(jī)位超載、欠載參數(shù)超過報警參數(shù)15%時，系統(tǒng)依靠重力傳感器和控制裝置等完成信號采集、對比、分析、處理輸出、輸入、顯示后，直接將信號傳遞給變頻器進(jìn)行減速或加速工作，讓該機(jī)位的載荷恢復(fù)至報警參數(shù)15%以內(nèi);當(dāng)任意一個機(jī)位荷載參數(shù)在報警參數(shù)范圍之內(nèi)是時，說明附著式升降腳手架受力均衡升降狀態(tài)正常，PLC系統(tǒng)將控制附著式升降腳手架勻速平穩(wěn)升降。

在附著式升降腳手架工程施工升降過程中出現(xiàn)卡死、傾斜等異常情況時，某一個或幾個機(jī)位數(shù)值會陡然增大或減小，即某一個機(jī)位或幾個機(jī)位超載、欠載參數(shù)超過報警參數(shù)30%時，PLC系統(tǒng)將信號直接傳遞給變頻器進(jìn)行緊急停機(jī)工作并報警，以確保安全，待異常排除后，荷載參數(shù)正常后將重新進(jìn)行升降工作。

3 PLC同步控制系統(tǒng)變頻器調(diào)速方法

PLC同步控制系統(tǒng)主要有三種變頻調(diào)速原則，恒電流變頻調(diào)速，恒功率變頻調(diào)速和恒磁通變頻調(diào)速，這三種調(diào)速模式的主要差別在于控制方式不同。恒電流變頻調(diào)速具有一定的局限性，因此本文只考慮剩余兩種模式。

由于電動葫蘆使用的是錐形電動機(jī)，對恒磁通變頻調(diào)速，由E1=4.44f1N1Kω1φm知，如果忽略定子壓降，則上式可寫成U1≈E1=KEf1φm，式中KE=4.44N1Kω1為常數(shù)（N1為每相繞組的匝數(shù)，Kω1為繞組系數(shù)）。為保持φm恒定，必須使定子電壓與頻率成正比，即U1/f1=U1/f1=const（常數(shù)）[4]。根據(jù)異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩表達(dá)式T=CmφmI2cosφ2（cosφ2為轉(zhuǎn)子功率因數(shù)），當(dāng)有功電流I2額定，φm為常數(shù)時，電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩也恒定，因而這種調(diào)控方式屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速性質(zhì)，可以滿足起重設(shè)備鉆具復(fù)合的要求，在進(jìn)行電動葫蘆調(diào)速減速時，工作人員可以在變頻器進(jìn)行逆變時減小頻率，或者減小電壓，而變頻器常用的VVF變頻方式就可以滿足以上需求。電動葫蘆在進(jìn)行增速調(diào)節(jié)時，由于電動機(jī)的電壓無法增高，因此頻率上升時電磁沖減少，軸向拉力也會相應(yīng)降低，造成制動器無法推開，從而發(fā)生危險。電動葫蘆的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)表明，當(dāng)電壓下降至額定電壓的58%時，錐形電機(jī)的軸向磁拉力依舊可以照常運(yùn)行。即（85%）2Fm>彈簧力，也即0.72 Fm>彈簧力，而Fm正比于φm2。當(dāng)錐形電機(jī)增速至額定速度的120%時，變頻器頻率f=60Hz，主磁通φm=0.83φm=0.83φm，此時軸向磁拉力Fm≈（0.83）2=0.694Fm<0.72Fm。由此可見，當(dāng)錐形電機(jī)進(jìn)行調(diào)速時，最高轉(zhuǎn)速必須小于額定轉(zhuǎn)距的1.2倍，否則會造成電池壓力縮小，不能推動壓力彈簧正常運(yùn)作，造成電機(jī)出現(xiàn)故障。

所以工作人員在使用PLC同步控制系統(tǒng)對錐形電機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速時，恒功率變頻調(diào)速的方法和恒磁通變頻調(diào)速的方法，在理論和實(shí)際上都可以正常運(yùn)作，但是工作人員要在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速的原則之下，應(yīng)該保障錐形電動機(jī)縱向磁拉力在減小之后，依舊可以推開制動期，保障機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 結(jié) ?語

PLC附著式升降腳手架同步控制系統(tǒng)比傳統(tǒng)控制系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，在不同荷載情況下進(jìn)行升降工作中，效果顯著，能夠主動對其荷載進(jìn)行合理的控制和調(diào)節(jié)，有效的防止了附著式升降腳手架升降過程中各機(jī)位升降不同步的問題。在遇到突發(fā)及異常情況下，可實(shí)現(xiàn)自動報警與自動停機(jī)并實(shí)時顯示報警機(jī)位與參數(shù)，為操作人員提供了安全保證。PLC附著式升降腳手架同步控制系統(tǒng)是傳統(tǒng)附著式升降腳手架的技術(shù)改進(jìn)，是一種主動安全裝置，提高了控制系統(tǒng)的精確性和智能化，最大程度實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動化，進(jìn)一步了提高了施工過程的安全性。

參考文獻(xiàn)

[1] 韓超，張畢超，章植棟，丁武釗.導(dǎo)座式升降腳手架升降控制系統(tǒng)[J].西安工程大學(xué)報， 2011， 12.

[2] 殷洪義，吳建華.PLC原理與實(shí)踐[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008.

[3] 傅軍平，錐形異步電動機(jī)變頻調(diào)速理論的探討.輕工機(jī)械，2006

[4] 紀(jì)蕾，基于TMS320LF2407的高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的研究.河北工業(yè)大學(xué)碩士論文，2007

[5] 陳斌，金望，李宏，多傳感器數(shù)據(jù)融合在爬架控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].傳感器與微系統(tǒng)，2015，（9）.

[6] 冷波，基于Zigbee無線監(jiān)控的爬架同步荷載自動控制裝置[J].自動化應(yīng)用， 2014，（7）.

[7] 宋健，爬架在高層建筑施工中的應(yīng)用研究[J].黑龍江科技信息，2013，（8）.

[8] 楊光祥，附著升降腳手架同步升降控制方法研究[J].工業(yè)建筑，2011，（1） .