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基于S7―200PLC技术的机车升降平台控制系统设计

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目前线路曲线超高由原来的最高 150mm已提高到超高最大为200mm(见图 1)-发适合高速铁路施工要求的接触 网作业车 .满足高速铁路外轨超高接近200ram的情况下安全使用的产品显得极为迫切。传统的升降旋转平台在曲线线路外轨超高的情况下,车身会倾斜,固定在其上的立柱平台随之也跟着倾斜(见图2),升降平台地板面距轨面最高达 6.8m,外轨超高最大达 200mm,等同于倾斜角 7.9。,作业人员的安全受到很大的威胁,特别是遇到下雪、冰冻的恶劣气候条件,作业人员无法正常工作。另-方面立柱平台在外轨超高倾角很大的情况下 ,立柱升降、平台旋转带载作业时,机构功能实现的可靠性降低。

- - - - - - - - - - - - 皿 图 1 铁路外轨超高示意图基金项目:太原市大学生科技创新项目(120164005)收稿日期:2012-07-02作者简介:侯云辉(1986-),男,山西大同人,硕士研究生,研究方向为机电液-体化。

图 2 接触 网作业车立柱、平台调平机构二维示意图1 接触网作业车姿态调整方案设计本方案设计为ZT-A型接触网作业车升降平台自调平及检测控制系统利用液压系统驱动机械机构实现接触网作业车车载作业平台的升降、旋转、调平及复位动作,还增设了平台转角电子检测与控制、立柱升降电子检测与控制,并与作业平台调平系统-起组成-套工作参数数字显示的计算机控制智能化接触网作业车工作平台(见图3)。由此解决了以往平台回中位反复手动点动目测对中操作,简化了作业、节省作业时间。除了传统的万转开关操作,触摸屏操作支持直接触摸升、降、旋转按钮或键盘输入设定值自动运行。实时以数值与图形显示平台的各个姿态参数及状态,包括平台距轨面高度、平台旋转角度.平台倾斜角度。

ZT-A型接触网作业车升降平台自调平及检测控制系统采用西门子 S7-200PLC和 WEINVIEW 触摸屏组成主、副双屏控制模式的自动控制系统;以分别测量位移、转角、倾角(2个)的4个传感器输出的电流信号作为反馈信号,构成闭环控制系统;通过控制液压马达41液压 气动 与密封/20l3年 第 O2期驱动蜗轮蜗杆升降机升降实现作业平台的调平与复位。也可根据作业要求使平台倾斜某-角度。在动力源发生故障,可采用手动方式将升降平台调平或复位。实时控制及显示平台的各个姿态参数及状态,实现机电液-体化技术在接触网作业车升降平台的良好应用。

l-液压马达 2-丝杠 3-蜗轮蜗杆 4-联轴器 5-大锥齿轮6-小锥齿轮 7-轴 8-手轮 9-立柱底座1O-立柱底座转盘从动齿轮 1 1-液压缸 l2-作业平台13-套管立柱 14-主动齿轮 15-作业车底架l6-平台与车架间的连接轴 17-倾角传感器 l8-液压马达图 3 zT-A型接触 网作业车作 业平 台立体简图1.1 主要组成如图 4所示 ,自调平及检测控制系统主要 由液压系统、调平机构、电气(智能控制)系统组成。

囡 姿态l图 4 控 制 系统 原 理 图(1)液压系统包括:液压泵、电磁换向阀、液压马达、升降油缸、管路等。是系统的执行机构,用于驱动并执行平台的调平、复位、升降、旋转动作。

(2)调平机构主要由铰接底座、蜗轮蜗杆升降机构、锥齿轮、安装支架、自救手柄等组成。同样作为系统执行机构的-部分.该部分配合液压系统工作实现上述基本动作。通过锥齿轮将蜗杆轴的驱动操作引到作业车底架上来,便于司机自救操作。

(3)电气(智能控制)系统包括平台倾角传感器、车身倾角传感器、转角传感器、高度传感器、主控制屏(位于驾驶室内)、副控制屏(位于平台上)、控制箱(包括PLC、信号采集拈、控制电路板等)。其中,4个传感器作为系统的反馈部分向控制器反馈立柱平台与车身的倾角、距轨面高度、转角等实时数据。人机界面作为操作员与立柱平台控制系统的交互界面,可实现人与设42备的信息交流、数据显示 、图形显示、命令输入、参数设定、手动触控等∝制器作为整个系统的控制中枢,通过电子数控向各个电磁阀发出命令信号从而实现对液压及机械部分的控制,进而控制立柱平台完成各项指定动作。

1.2 调平机构方案马达-升降机调平机构的设计:将平台套管立柱的底盘通过连接销轴与机车底板铰接,底盘的-侧安装有-台由液压马达驱动的蜗轮蜗杆升降机,通过控制液压马达的转动方向驱动蜗轮蜗杆升降机的升降从而牵引底盘以连接销轴为轴线摆动,实现平台的调平和复位动作;作业结束后同样可以通过控制蜗轮蜗杆升降机的升降将平台调节至起始的与车身平行的位置,即平台的复位动作。

升降立柱平台的安装底座通过连接销轴与作业车底架铰接,底座的-侧安装有-台由液压马达驱动的蜗轮蜗杆升降机,通过控制液压马达的转动方向驱动蜗轮蜗杆升降机的升降从而实现平台的调平;作业结束后同样可以通过控制蜗轮蜗杆升降机的升降,将平台调节至与车身平行的起始位置,即平台的复位动作。

国内普通的蜗轮蜗杆升降机体积大,无法在作业车有限的车架空间安装。经反复调研,确定采用圆弧圆柱蜗杆传动(也称尼曼蜗杆),与普通蜗杆传动相比具有体积小,承载能力大、传动效率高、平稳灵活、可靠性能好的特点,能按-定程序准确地控制提升高度或推进调整。满足强度和接触精度的要求。

液压马达选用国际知名品牌 EATON产品.该马达转速范围大,可在低速情况下,输出足够的扭矩,满足调平机构输入扭矩及调整时间的要求。

1.3 自动调平与复位立柱底座上安装有倾角传感器,当车身出现倾斜时,传感器在第-时问检测到平台倾角的变化。并将对应这-角度变化值的电流信号通过EM231拈转换为数字信号后传送到 PLC中,这些数字量经过-定的比例运算转换成实际的倾角值,可在触摸屏上观测到这个数值,当测量数值超过-0.5。0.5。这-范围时,控制器向液压系统中对应的电磁阀发出指令,从而启动调平液压马达正反转,液压马达带动蜗轮蜗杆升降机升或降,调节立柱底座的角度直到上述倾角范围内,系统将默认平台达到平衡状态,同时控制器发出停止指令 ,液压系统停止工作。

平台复位动作的自动控制原理与自动调平原理相似,唯-区别在于复位功能首先要同时检测平台和车身的倾斜角度,然后通过控制蜗轮蜗杆升降机的升降液压 气动 与密封/2013年 第 02期基于变频液压技术的起竖系统AMESim建模研究邓 飙,张 磊,任建华,于 杰(第二炮兵工程大学,陕西 西安 710025)摘 要:液压针对起竖系统液压回路节流、溢流损失大的问题,提出了变频容积调速和节流调速相结合的复合调速方法,用正弦加速度函数法规划了角速度曲线,进行了角速度跟踪控制的联合仿真研究♂果表明,相对于传统的节流调速,复合调速 法能够有效地减小泵源输出流量,提高系统能量利用率。

关键词 :变频容积调速 ;起竖 系统 ;角速度跟踪 ;AMESim;Simulink中图分类号 :TH137.9 文献标识码 :A 文章编号:1008-0813(2013)02-0044-03AMESim M odeling Study of Erecting System Based onVariable Frequency TechnologyDENG Biao,ZHANG Lei,REN ∞ -hua,YU .1ie(Second Artilery Engineering University,Xian 710025,China)Abstract: According to the great hydraulic restriction and overflow loss in erecting system, the variable frequency volume controlwith the combination of restriction control method is put forward.The erecting angle velocity is marked out using sinusoid of acceleration,and conduct the angular velocity tracking control of the joint simulation.The resuhs show that,compared with traditional restrictioncontrol,the compound method can efectively reduce the pump source output flow,and improve the system energy utilization ratio。

Key words:V/F control; erecting system;angular velocity tracking; AMESim; SimulinkO 引言多级缸起竖系统是大惯量 、低转速、变负载系统,传统液压回路采用节流调速方法,存在节流、溢流损失大,能量利用率不高的问题Il'2。变频液压技术是-种节能传动方式 .它省去复杂的变排量结构,用变频器普通电机定量泵的形式,通过控制变频器输入电压来改收稿 日期 :2012-08-06作者简介:邓飙(1969-),男,湖北恩施人,副教授,博士,研究方向为机电控制。

保护,加强了作业的安全可靠性,提高了接触网作业车的使用性能和技术档次。在国内工程车领域实属首创。

从近两年的接触网作业车招标情况看,也都要求平台具备 自调平功能,因而本系统具有良好的应用前景和广阔的市场前景!

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