1、輪式起重機伸縮臂液壓和電氣控制系統設計鄒勇 摘 要 起重臂是輪式起重機主要的受力構件, 一般設計制作為箱形結構, 起重臂內裝有伸縮缸或伸縮系統和伸縮用滑塊而具有伸縮功能，它的設計是否合理直接影響著起重機的整機自重、承載能力、整機穩定性, 同時決定著起重機的發展。起重臂伸縮控制技術取決于伸縮機構的結構形式, 起重機的單缸插銷式伸縮機構采用單個油缸來推動各節臂的伸縮，采用機電液相結合的綜合控制技術來實現單個伸縮油缸自動進行起重臂伸縮目標的控制。本設計主要研究內容如下：(1) 通過對多種伸縮臂控制機理的優缺點的比較 , 選出一種代表先進研究方向的伸縮臂控制機理, 并對其進行詳細分析研究與設計計算。(

2、2) 設計伸縮臂動作的液壓控制回路, 并對主要元件的主要參數進行設計計算, 對系統一些主要靜態指標進行計算。(3) 設計出伸縮臂電氣控制系統的控制流程圖, 并用西門子編程軟件編制出伸縮臂動作的自動和手動控制程序,并進行仿真驗證。關鍵詞：伸縮臂；單缸插銷；輪式起重機；液壓；電氣控制系統輪式起重機是工程機械產品中重要組成部分，由于它的機動性好而被廣泛應用于礦山、建筑、港口、油田等領域。輪式起重機主要有3 種基本類型: 汽車起重機、輪胎起重機、全路面起重機。隨著世界經濟和吊裝技術的發展，輪式起重機在國際國內市場銷量都在不斷提高，可以說市場巨大。第 1 章 多種伸縮臂控制機理起重機伸縮控制技術取決于伸

3、縮機構的結構形式，而伸縮機構的技術直接影響起重臂的自重、整機的性能，也是制約起重臂乃至起重機發展的關鍵技術。因而國外知名企業對伸縮機構的研究都很重視，都研制出了自己的專利技術。在輪式起重機各個部件中，吊臂是其中一個主要部件，其最大伸縮長度決定著起重機的最大工作幅度及最大起升高度。一般輪式起重機吊臂的伸縮節數為2 3節，每節臂長度一般為3m左右，這樣其工作幅度大約在12m以 下，但有時用戶需要在更大的工作幅度或高度作業，為滿足這種需求，吊臂必須采用多節伸縮。下面介紹幾種典型的伸縮臂結構和動作順序，并對他們之間的優缺點進行比較，并選擇其中的一種進行具體分析設計。1.1 多節伸縮臂結構和控制原理圖

4、1.1 伸縮臂結構示意圖1. 固定臂2. 一節伸縮臂3. 二節伸縮臂4. 三節伸縮臂5. 四節伸縮臂6. 頂節臂7. 伸縮油缸五節伸縮臂的結構如圖1.1 所示，伸縮油缸的組裝示意圖如圖1.2 所示。伸縮油缸放置在吊臂的內部，這使得吊臂外形簡單，結構緊湊。一級缸的缸筒與二級缸的活塞桿鉸接，二級缸的缸筒與三級缸的活塞桿鉸接。伸縮缸上的A, B, C, D 分別與固定臂、一節伸縮臂、二節伸縮臂、三節伸縮臂鉸接，當一、二、三級伸縮缸按順序伸出時，帶動一、二、三節伸縮臂按順序依次伸出。四節伸縮臂及頂節臂是靠鋼絲繩帶動與三節伸縮臂同步伸縮的。油缸縮回時順序則相反，三節伸縮臂在油缸的帶動下首先回縮，四節伸縮

5、臂及頂節臂在鋼絲繩的帶 動下同步縮回。然后，二節伸縮臂、一節伸縮臂在油缸帶動下依次縮回?？梢姷醣鄣纳炜s基 本上為順序伸縮，即伸出時截面大的臂先伸，回縮時截面小的臂先回，這樣有利于使伸出后 吊機的起升載荷與起重特性相適應。圖1.2 油缸組裝示意圖1.一級伸縮缸 2. 二級伸縮缸3. 三級伸縮缸1.1.2油缸順序伸縮的原理圖1.3油缸順序伸縮液壓原理圖1.手動換向閥2. 平衡閥 3.固定套 4.中心套5, 7, 9, 10單向閥 6. 固定套 8. 撞塊如圖1.3所示，手動換向閥手把向前推，一級伸縮缸Al 口進油，經過中心管、單向閥進入一級伸縮缸的活塞腔，由于一級伸縮缸的活塞桿與固定臂相連是固定的

6、，在壓力油的作 用下一級伸縮缸的缸筒外伸，活塞桿腔回油經過B1 口回到多路換向閥，此時中心管跟隨缸筒 一起外伸，外伸到一定長度后，當中心管左端的固定套與活塞碰上時，中心管被迫停止，如 缸筒繼續伸，則中心管右端的固定套將單向閥 7打開，并使缸筒也停止運動。此時高壓油通 過單向閥7、油管到達二級伸縮缸的 A2口，并通過中心管進入到二級伸縮缸的缸底。這時一級缸已停止運動，由于二級伸縮缸的活塞桿與一級伸縮缸的缸筒相連接，因此二級伸縮缸的活塞桿是不動的。這樣在壓力油的作用下二級伸縮缸的缸筒外伸，回油經 B2, Bl 回到換向閥。與一級伸縮缸同樣的原理，二級伸縮缸伸到一定程度，打開單向閥4，并停止運動。高

7、壓油繼而進入三級伸縮缸的A3 口到達缸底，三級伸縮缸外伸。這樣一、 二、 三級伸縮缸依次外伸，就完成了順序伸出。手動換向閥手把向后拉，一級伸縮缸的B1 口即活塞桿腔進油，由于B2, B3 在結構上與BI 是相通的，因此二級缸和三級缸的活塞桿腔也同時有高壓油。由于單向閥5,9 是關閉的，一、二級缸的回油路不通。而單向閥10, 7是打開的，三級缸活塞腔的油路可經過A&單向閥 10 , A2 口、單向閥7, A1 口回到換向閥。因此三級缸首先回縮。當三級缸縮到規定的長度， 缸筒上的撞塊撞擊二級缸上的撞塊及推桿將單向閥9 打開， 二級缸活塞腔的回油路接通，二級缸開始回縮。同樣當二級缸縮到規定的

8、長度將單向閥S 打開，一級缸回油接通，開始回縮。這樣三、二、一級缸依次縮回，完成了順序回縮。圖 1.4 第四節和頂節伸縮臂外伸示意圖四節伸縮臂及頂節臂是靠鋼絲繩帶動伸縮的。如圖2.4 所示， 1 和為鋼絲繩端部，固定在第二節伸縮臂上，2 和 2' 為導繩輪固定于第三節伸縮臂前端，導繩輪3 固定于第四節伸縮臂上。當第三節伸縮臂在油缸帶動下外伸時，第二節伸縮臂是固定不動的（ 即 1 和 1' 不動 ） ，這樣固定在三節伸縮臂上的2 , 2' 外伸，就帶動3 伸出，即第四節伸縮臂伸出。由圖2.4 還可計算出，如果2, 2,伸出L,則3伸出2L,即2相對于1伸L, 3相對于2伸

9、L。這樣第三 節伸縮臂外伸時，第四節伸縮臂即以同樣的速度伸出。同樣的道理，4 和 4' 固定在第三節伸縮臂上， 5 和 5' 為導繩輪固定于第四節伸縮臂上，6 固定于頂節臂上。當第四節伸縮臂外伸時，第三節伸縮臂相對是固定不動的，這樣固定在四節伸縮臂上的4、 4 外伸，帶動 6 伸出，即頂節臂伸出。同樣頂節臂與四節伸縮臂速度也是相同的。這樣，三、四節伸縮臂及頂節臂達到同步伸出。圖 1.5 伸縮臂縮回示意圖如圖 1.5 所示 :a, a' 為鋼絲繩端部，固定在第三節伸縮臂上;b ,b' 為導繩輪，固定在三級伸縮缸上;a、 c' 為導繩輪，固定在二級伸縮缸上;

10、d 為導繩輪，固定在頂節臂上。三級伸縮臂在油缸帶動下回縮時，由于C . C' 與二級伸縮臂相連，此時固定不動，三級伸縮缸與三級伸縮臂相連即a, a' 、 b, b' 一起回收，這樣就帶動d 即頂節臂回收。由圖2.5 可計算出三節伸縮臂回縮L,頂節臂回縮3L。又由圖1.4可知，6固定于頂節臂，4及4'固定于三節 伸縮臂。當4及4'隨三級伸縮臂縮L, 6縮3L時，就可帶動5及5'縮2L.5和5'固定于四節 伸縮臂上，即第四節伸縮臂縮2L。這樣頂節臂回縮的同時就帶動了四節伸縮臂同時回縮。上 述過程是同時發生的，并且三節伸縮臂、四節伸縮臂及頂節臂

11、是以相同的速度同時縮回。此種伸縮臂采用5 節伸縮，伸縮臂節數多，工作幅度大。而且油缸采用內置，結構緊湊，且吊臂按順序伸縮。這種結構在設計工作幅度大的起重機吊臂時可以參考，并且其原理亦可以用于其它類似的伸縮機構。1.2 單缸插銷式伸縮臂的插、拔銷軸機構布置 圖1.6缸銷、臂銷結構圖個能夠把臂與臂鎖定在一起并可以上下方向運動的銷軸 （由于安裝在起重臂上稱為臂銷），臂 銷的作用是實現臂與臂之間的鎖定和解鎖，臂銷在彈簧力的作用下可以向上運動到另一節臂 的臂孔中，這樣臂與臂之間不能相互運動以達到剛性鎖定的目地。當臂銷受伸縮油缸上的臂 銷缸控制下的拔銷機構作用時，臂銷從另一節臂的臂孔中縮回，并向下移動，臂

12、與臂之間處 于解鎖狀態就可以相互運動，達到解鎖的目的，臂銷的上端有受力后鎖定結構，防止臂與臂 脫落。臂銷上下運動到終點位置后的位置檢測由圖1.6所示的接近開關完成，當臂銷上移到終點位置后上側接近開關發出電信號，這時臂與臂處于鎖定狀態，臂銷缸下移到終點位置時 下側接近開關發出電信號，這時臂與臂處于解鎖狀態。在伸縮油缸缸頭的兩側設有可以左右方向運動的銷軸（由于安裝在伸縮油缸上稱為缸銷），缸銷的作用是實現油缸與吊臂之間的鎖定和解鎖，缸銷初始位置在彈簧力的作用下可以 左右方向運動并可以伸進吊臂后端兩側銷孔中達到與臂剛性鎖定的目標，這時油缸與吊臂鎖 定成為一體，缸銷在缸銷油缸的作用下缸銷也可以從缸銷孔中

13、縮回，吊臂與伸縮油缸的剛性 鎖定解除。缸銷伸縮的檢測由伸縮油缸下方在左右缸銷的兩端安裝的兩個接近檢測開關完成， 左缸銷外伸到終點時左側伸接近開關發出電信號 （見圖1.6）,右缸銷外伸到終點時右側伸接 近開關發出電信號，當左、右兩側的接近開關都發出電信號時說明左右缸銷都伸入進了吊臂 上的缸銷孔，伸縮油缸與吊臂處于鎖定狀態。左缸銷回收到終點位置后左側縮接近開關發出 電信號，右缸銷回收到終點位置后右側縮接近開關發出電信號，當左、右兩側接近開關同時 發出信號后說明缸銷缸縮回出吊臂上的缸銷孔，油缸與吊臂處于解鎖狀態。在二、三、四、五每一節吊臂后端的左或右側都安裝了接近開關檢測板，在伸縮油缸缸 頭兩側的浮

14、動尼龍塊上共固定安裝了四個接近開關，分別可以檢測二、三、四、五四個臂尾 位置的檢測板。缸銷缸與臂銷缸運動方向的控制和壓力的提供，用排量20L 齒輪泵提供的70bar 的恒定壓力油源作為控制臂銷缸和缸銷運動的動力，方向的控制由電磁換向閥控制，壓力油由伸縮油缸的中央芯管來傳送，中央芯管既作為進油管又作為回油管使用，當芯管進油時臂銷缸或缸銷缸能夠動作，當從芯管中回油時臂銷缸或缸銷缸復位，為了避免液壓系統和管路帶來的滯后現象芯管保證了一定的預壓力。1.3 單缸插銷式伸縮臂自動伸縮控制過程在作業前，操作者根據吊重作業的工況和起重機的起重性能表，通過顯示器來選擇起重臂的臂長組合。吊臂仰角為50°

15、至70°左右，由于為了保證伸縮系統控制的可靠性和滿足伸縮機構上的設計要求，各個缸銷孔與缸銷的間隙比較大，在吊臂仰角較小時由于磨擦力作用時，每一節臂的所在位置都不能確定是不是處于全縮位置，這樣伸縮油缸上的長度傳感器檢測出的長度就不能準確代表伸縮臂上的臂銷銷軸所要動作的距離，容易造成誤控制，導致控制上的失敗。故進行自動伸縮時，起重臂應變幅到印角50°至70°左右。當選擇自動控制伸縮系統來實現吊臂向外伸出時，當預設置確認后，控制器根據伸縮油缸上的長度傳感器確認伸縮油缸缸頭所在的位置，確定伸縮油缸是伸出或者縮回，油缸會根據設置依次伸出五、四、三、二節起重臂，回收時依次回收

16、二、三、四、五節起重臂，從而完成預設的伸縮目標。1.4 單缸插銷式伸縮臂自動伸縮控制可靠性保證和故障預防單個伸縮油缸控制的多節臂自動伸縮系統是典型的機、電、液一體化系統，技術較為復雜，利用接近開關來檢測目標并發出電信號，由控制器編程來集中控制，狀態的檢測和傳遞對設計質量、制造質量、元件的可靠性提出了很高的要求，而起重臂出現故障后的維修性差，因而在安全和可靠性設計方面中作了以下幾點面處理：(1) 為確保安全性采用了液壓互鎖和機構互鎖的雙保險設計思想，臂銷和缸銷只能有其中一個可運動，而不能同時運動，液壓上電磁換向閥數量減少和系統設計都可以實現方向選擇上的互鎖和機構上的互鎖，臂銷與缸銷結構上的互鎖由

17、機構設計來實現。(2) 伸縮油缸的工作壓力可以根據不同的伸縮工況來自動選擇，為保證伸縮機構運動速度，伸縮油缸的運動速度很快，為了減小臂銷和缸銷在工作過程中的沖擊和震動，伸縮油缸在不同的工況下會自動選擇相應的工作壓力。(3) 為了解決控制系統失效后的起重臂收回問題，增加了手動應急操作工作方式。(4) 在任何的伸縮操作時，伸縮油缸的缸頭不能超過五節臂臂尾，防止油缸外伸運動過程中損壞起重臂的前端或其他機構。(5) 當伸縮油缸的缸頭不在吊臂的后端時(伸縮油缸上的接近開關不能檢測到撞塊位置)伸縮機構的控制系統可以進行鎖定，在這一伸縮過程中不能進行臂銷或缸銷的運動操作。(6) 伸縮油缸和附加其上的臂銷缸和

18、缸銷缸密封件元件選取都保證了伸縮系統的持久性工作，首先采用了可靠的結構來實現功能，采用了可以在低速時保證速度穩定的密封元件，該密封元件能夠承受一定的徑向力。(7) 伸縮油缸兩側都安裝有導向滑板，滑板的前后兩端結構都設計了可導向結構，在油缸的下方有兩個滑塊對伸縮油缸進行輔助支撐，以提高伸縮油缸運動到臂后端位置時定位的準確性，伸縮油缸滑塊進入吊臂的導向滑槽中后，臂銷油缸、缸銷油缸運動才能順利完成。(8) 吊臂中液壓系統采用雙回路設計避免吊臂中電磁換向閥(缸銷、 臂銷工況選擇)損壞后伸縮油缸不能縮回的可能。(9) 如果控制系統和液壓系統發生故障，伸縮系統將向安全方向運動并進行鎖定。(10) 為了消除

19、各個液壓元件和控制系統帶來的滯后操作，伸縮系統的缸銷與吊臂孔配合間隙設計上較大，臂尾位置檢測接近開關都采用可伸縮式浮動結構，保證了接近檢測開關在伸縮偏離位置時油缸檢測距離的準確性，在檢測到需要動作的吊臂后端目標后迅速減小主油泵的排量同時釋放缸銷，伸縮油缸迅速降低伸縮速度，保證缸銷在配合間隙內能夠完成缸銷鎖定和臂銷運動的轉換過程，防止伸縮油缸受力時臂銷缸所受的摩擦力大而影響各個銷軸的運動， 在進行臂銷鎖定時采用預先釋放的思想方法提一前釋放臂銷滑動一端距離后進入臂孔，這樣可以消除伸縮系統本身結構制造上帶來的誤差和各個控制元件的滯后響應帶來的影響。(11) 為了保證伸縮油缸和伸縮臂的裝配，缸銷缸與臂

20、銷缸裝有快速接頭。(12) 具有伸縮油缸回縮自動加速功能，伸縮油缸回縮時可根據工作壓力信號自動加速，保證了伸縮的控制性能。(13) 在整個伸縮過程中監控系統對系統的工作進行實時跟蹤，通過顯示器可以對整個過程進行監控。(14) 在伸縮油缸伸縮時，由于臂長的不同起升動作將適應性工作，這時主油泵將分離出一個油泵給起升油路提供工作用油。在吊臂回縮時單泵工作。(15) 因為發動機工作原因，在伸縮工作中讓液壓系統的功率、扭矩工作在發動機最佳工況，預防發動機熄火。1.5 小結本章通過對多種不同類型的伸縮臂結構和控制方式進行分析比較，得出結論，單缸插銷式伸縮臂以其在五節臂以上中大噸位起重機的起重臂中的優勢，使

21、得它的自動伸縮技術代表了當代伸縮臂控制技術的發展方向。本文主要研究設計單缸插銷式伸縮臂的液壓和電氣控制系統。第2章液壓控制系統設計2.1 液壓系統總體設計液壓系統為采用電比例控制的閥控缸位置伺服系統。伸縮油缸的運動速度很快，為 了減小臂銷和缸銷在工作過程中的沖擊和震動，增加了蓄能器。在，起重臂伸縮油缸兩側增 加了連通郵箱的單向閥。用多路閥控制多個油路如伸縮油路、缸臂銷油路、起開油路、回轉 油路、變幅油路等。泵體采用包功率恒壓變量雙泵，系統壓力32MPa預留壓力檢測口，便于系統調試和故障分析。伸縮臂液壓系統總體設計如圖3.1所示，A、B、C分別連接至回轉、 變幅、起開油路。圖2.1伸縮臂液壓系統

22、2.2 液壓油源回路設計圖2.2液壓油源回路帶功率調節器的變量雙泵，兩個旋轉組件分別帶一個獨立的功率調節器。功率調節器調 節與工作壓力有關的油泵排量，使其不超過給定的驅動功率。每一個調節器可獨立實現功率 設定，且各不相同，每個泵均可獨立設定 100%勺驅動功率。雙曲線功率特性通過兩個測量彈 簧近似實現。工作壓力借助一個多級活塞的測量面作用于測量彈簧，并影響一個從外部調整 的彈簧力的測量面，從而決定功率的設定值。若液壓力之和超過彈簧力，則控制油流向變量 活塞，泵回擺從而減小流量。2.3 多路閥輪式起重機油路很多，包括起升油路、變幅油路、伸縮油路、回轉油路，單缸插銷式起重機又包括缸銷、臂銷油路，所

23、以必須使用多路閥。多路閥原理如圖3.4所示。左圖中A、B、C分別連接至回轉、變幅、起開油路，右圖為缸、臂銷動作控制多路閥。圖2.3多路閥原理2.4 電液伺服閥的設計起重機起重臂的伸縮缸采用閥控缸位置伺服控制系統，主要控制元件為電液伺服閥。電 液伺服閥是電液伺服系統中關鍵的精密控制元件，價格昂貴，所以伺服閥的選擇，應用要謹 慎。在伺服閥選擇中考慮的因素有：A:閥的工作性能、規格；B:工作可靠、性能穩定、一定的 抗污染能力；C:價格合理;D:工作液、油源;E:電氣性能和放大器；F:安裝結構，外型尺寸等等。按照功能要求，本起重機伸縮臂液壓系統采用通用型射流管式流量電液伺服閥。用于位 置伺服系統的控制

24、，讓起重臂伸縮剛準確伸縮到指定位置，使得缸銷、臂銷能準確插入預設 的銷孔內。閥控缸式位置伺服系統見圖 2.4。圖2.4電液伺服閥控制的位置伺服系統射流管閥是力反饋型伺服閥，銜鐵工作在中位附近，不受伺服閥中間參數影響，線性度 好，性能穩定，抗干擾能力強，零漂小，是高性能的伺服閥。射流管噴嘴為最小流通面積處， 過流面積大，不易堵塞，抗污染性好。一般相頻寬可超過100Hz,高的亦可達到200Hz其次射流管閥射流放大器部分壓力效率和容積效率較高，推動閥芯力較大。同樣道理射流管閥工 作壓力范圍很廣，它的低壓工作性能優良，它甚至可以在0.5MPa供油條件下正常工作。下面為了消除某些手冊的結論的影響，特作如

25、下說明：伺服射流管先導級具有如下工作特點：(1)較大的流量接受效率(90%以上的先導級流量被利用)使得能耗降低，對于使用多臺伺服比例閥的系統，此優點更突出。(2) 伺服射流管先導級具有很高的無阻尼自然頻率(500Hz ) ，因此這種閥的動態響應較高。(3) 性能可靠。伺服射流先導級具有很高的壓力效率( 輸入滿標定信號時，壓力效率高大80%以上) ，因此她可提供給功率級滑閥較大的驅動信號，提高了閥芯的位置重復精度。(4)最低先導級控制壓力僅2.5MPa,由于它的這一優點，此閥可用于象汽輪機控制一類 的低壓系統中。(5) 先導級過濾器的壽命幾乎是無限的，因為先導級的名義間隙均在200 u m 以上

26、。(6) 由于閥的頻率響應改善，功率級滑閥的增益得到了提高，因此使得閥具有優異的靜態和動態性能，并使控制系統的性能大大提高。2.5 小結本章主要討論了伸縮臂液壓系統的整體設計。設計出能完成功能的液壓缸，并對其結構、運動速度、強度進行設計。對多路閥、電液伺服閥進行選擇設計，以滿足系統的動作要求。第 3 章 電氣控制系統設計3.1 電氣控制系統總體設計電氣系統采用先進的PLC控制技術，機電液相結合，有效地保證主機所有功能的實現， 充分體現集成控制的設計思想。這是本產品的關鍵核心技術采用基于PLC可編程控制系統，實現起重機的自動控制，讓起重機的所有操作變得更加簡單方便，大大提高起重機的作業安 全性、

27、可靠性和作業效率，大大降低了操作人員的勞動強度，充分體現了以人為本的設計理 念。該系統具有特殊設計的控制模塊確保系統在惡劣的環境下可以高效運行。具有良好的EMC電磁兼容和防震的連接器、外殼。系統可接入范圍廣泛的數字和模擬輸入輸出信號，具有處理各種傳感器信號以及控制各執行元件的能力。S7-200 還可以根據功能要求方便地擴展I/O口。系統還具有接口可以處理智能傳感器，各種電磁閥等控制元件以及其他的系統。主要功能為: 電比例控制參數的數字化調整和顯示。電比例系統的故障代碼顯示。液壓系統實時檢測數據的顯示。單缸伸縮控制系統，控制伸縮缸銷、臂銷的解鎖與鎖定及 油缸的伸縮動作，從而實現吊臂的伸縮控制。3

28、.2 控制系統的硬件選擇設計采用西門子57-200PLC,配置CPU226真塊，可提供24路數字量輸入和16路數字量輸出，7個可供擴展模塊，實時時鐘。CPU22機有如下性能特點:(1) 24 輸入 /16 輸出共 40 個數字量I/O 點。(2) 可連接 7 個擴展模板單元，最大可擴展至248 個數字量或35 路模擬量I/O 點。(3) 13KB 的程序和數據存儲區空間。(4) 6個獨立的30KHz高速計數器，2路獨立的20KHz的高速脈沖輸出。(5)具有PID控制器。(6) 2 個RS-485通信/編程口。(7) 具有多點接口MPI 通信協議。(8) 具有點對點接口PPI 通信協議。(9)

29、具有自由通信口。(10) I/O 段字排可以很容易地整體拆卸。CPU226勺接線圖如圖3.1所示。1. 81 訕5 !00000000000 000000000000行1d ij以七T*町* 8fUiilL圖柄模出電00(300000000000 00000000000000L L L L L i U L L L1 U I L LllLLLi j L t IJ J I L I t Ll ,圖3.1 CPU226接線圖人機操作界面采用文本顯示器 TD200 o TD200是57-200的操作員界面，其功能如下：(1)顯示文本信息。通過選擇項確認的方法可顯示最多80條信息，每條信息最多看包含4個變

30、量。可顯示中文 (2)設定實時時鐘.提供強制/O點診斷功能。(4)可顯示過程參數并可通過輸入鍵進行設定和修改。(5)具有可編程的8個功能鍵，可以代替普通的控制按鈕，從而可以節省8個輸點。(6)具有密碼保護功能。CPU22X的PPI接口上，用TD200不需要單獨的電源，只需要將它的連接電纜接到STEP-Micro/WIN軟件進行編程。傳感器選用選用抗振、抗電磁干擾、高精度低零漂，具有溫度補償功能的傳感器，即使 在持續的高強度作業時，仍然保持其應有的品質。由于實踐中發現電流型抗電磁干擾能力強, 系統所有的模擬傳感器都選擇是電流型。手柄選用光電型電比例手柄，有 X和Y雙軸電壓模擬量輸出，并有安全開關

31、和方向開關 等開關量輸出，適合移動式起重機惡劣的工作環境。圖3.2手柄開關量輸出電路圖3.3手擬量輸路圖3.2.5 DC 輸入模塊和接近開關本設計方案輸入模塊采用DC俞入模塊接近開關的輸出類型要求與輸入模塊的類型相反 中輸入模塊采用PNPffl,接近開關采用NPNHo通信處理器采用EM277 EM27況連接SIMATIC現場總線PROFIBUS-DP站的通信模板， 使用EM27加以將S7-200 CPU乍為現場總線 PROFIBUS-DP從站連接到網絡中。在EM277, 有一個 RS-485接口，傳輸速率從 9.6、19.2、45.45、93.75、187.5 和 500Kb/s-1 Mb/s

32、 ,而 1.5、3.6、12Mb/s,可自動設置。采用個人計算機作為編程設備，但須配置制造廠提供的專用編程軟件。S7-200 的編程軟件為STEP7-Micro/MIN,通過一條PC/PPI電纜將用戶程序送入PLC中。3.3 小結本章主要對伸縮臂的電氣控制系統進行了總體設計。設計出能夠完成伸縮臂動作要求的硬件電路，并對能夠完成功能的各電氣元件進行設計，使系統具有高的可靠性和穩定性。結論和展望：本文以研發適合中國國情的、中價位、高性能的大噸位輪式起重機所急需攻克的關鍵技術之一輪式起重機伸縮臂液壓和電氣控制系統作為研究對象。借鑒國外先進技術，成功設計出單缸插銷式伸縮臂液壓和電氣控制系統，引領行業輪

33、式起重機產品技術發展方向，提升我國起重機行業整體競爭實力。在本論文中，本人所得出的結論如下:(1) 通過比較多種伸縮臂控制機理的優缺點，最終確定了單缸插銷式伸縮控制技術代表了伸縮臂控制機理的先進技術方向。(2) 伸縮臂動作的液壓控制回路采用閥控缸電液位置伺服系統，能夠對伸縮臂伸縮進行精確定位。對整個伸縮系統的液壓控制回路的主要元件如主泵、閥和液壓缸的主要參數進行設計計算，并對系統的一些主要靜態指標進行計算。(3) 設計出控制系統的硬件電路，對系統的主要電氣控制元件進行設計計算，在滿足基本功能的條件下，使其具有高的可靠性和穩定性。(4)采用PLC可編程控制技術，實現了通過一根雙作用往復式伸縮油缸

34、來實現起重臂的全部伸縮動作。通過計算機控制系統的顯示屏信息提示進行人機對話，實現起重臂按設定的工作模式和邏輯程序順序伸縮以及對起重臂伸縮狀態的實時監控。(5)建立液壓系統關鍵控制回路的數學模型，采用AMESimt擬軟件對伸縮臂位置伺服系統以及缸銷液壓系統進行了分析仿真。(6) 設計出電氣控制系統的控制流程圖，并用西門子編程軟件STEP7-Micro/MIN 編制出伸縮臂動作的自動和手動控制程序，并進行仿真驗證。本文的研究工作還只是開始，今后還應就如下方面開展研究工作:(1) 液壓和電氣系統的可靠性研究、故障自診斷功能和維修參考方案;(2) 電液控制位置伺服系統的優化設計;(3) 選擇研究更先進

35、的電氣控制元件并進行研究設計;(4) 進一步進行控制系統的可視化和智能化研究。參考文獻：1. 柳洪義 . 機械工程控制基礎，北京: 科學出版社，2006, 6-42.2. 王十剛 . 液壓系統可視化動態建模技術及其軟件實現方法研究D. 大連 : 大連理工大學， 2001.3. 章宏甲。液壓傳動，北京: 機械出版社，1997, 32-44.4. 陳祥華 . 變頻恒壓供水系統節能分析LJ ，機電設備，2003， 5(6): 43-45.5. 王俊普 . 智能控制，合肥: 中國科學技術大學出版社，1996, 25-44.6. 李永堂 . 液壓系統建模與仿真，北京: 冶金工業出版社，2003.2, 6

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