双导架爬升式工作平台自动调平控制系统设计

高 娟，王红格，肖洪涛

（中国建筑科学研究院有限公司 建筑机械化研究分院，河北 廊坊 065000）

导架爬升式工作平台是一种通过驱动系统进行提升，并通过导架导向和移动的施工设备，有单导架平台与双导架平台两种形式。相对于单导架平台，双导架平台可作业面积较大，整机稳定性更强，但双导架平台由两套驱动机构同时驱动运行，其在运行过程中，由于机械误差、长时间运行以及频繁启停会导致两侧的驱动机构不同步，经常倾斜较大会影响机械寿命甚至损坏设备。目前常规的做法是倾斜偏差较大时进行手动调整，既影响施工效率又有安全隐患。

针对这个问题，本文设计了一套用于双导架平台的自动调平系统，通过采用基于PID算法的位置、速度双闭环调速方法，对双导架平台的驱动机构的运行速度进行实时调整，实现了双导架平台在高精度范围的自动调平，彻底解决双导架平台运行的同步问题，大大降低了双导架平台使用中的安全隐患。

1 控制系统组成

该平台的控制系统主要由核心控制部分（可编程序逻辑控制器——PLC）、信号采集与检测部分（编码器）、动作执行部分（变频器和电动机）和其他外围主令控制安全保护电器元件等等构成，系统主要组成如图1所示。

图1 工作平台控制系统组成

1）核心控制部分PLC作为主控单元，是整个系统的核心部分，负责对输入信号进行逻辑运算，对接收到的信号进行控制运算，通过串行总线与变频器进行通讯，读取变频器的状态数据，并向变频器发出相应的控制信号和运转指令。变频器根据编码器反馈的信号实时调节电动机的转速，保证系统控制精度。

2）信号采集与检测部分编码器作为位置检测和速度检测的部件，负责采集每侧导架的位置和电动机的转速，并将这些信号传送给PLC和变频器。

3）动作执行部分变频器通过速度闭环对电动机进行速度控制，速度的变化必然引起位置的变化，所以速度闭环是位置闭环的基础，位置的接近无差则是最终控制目标。

2 功能实现

系统中2个变频器同时速度闭环驱动2台电动机，变频器分为主变频器和从变频器。PLC通过串行通讯读取主变频器侧和从变频器侧编码器位置信息，计算两侧平台的实际位置，将这两个位置之差在PLC内部经PID算法换算成速度修正值，然后再将这个速度修正值叠加主变频器的实际速度，作为从变频器的给定速度，通过串行通信将该速度发送给从变频器，并引入S型加减速曲线，以减缓电机的硬冲击。当平台两侧产生一定的高度差时，实时调整从变频器的运行速度，减少高度差至可接受范围内，从而保证了平台两侧总是处于要求范围内的水平状态。系统控制结构框图如图2所示。

图2 工作平台控制系统结构图

PLC和主变频器、从变频器之间采用串行总线通信，当由于某种原因（比如编码器损坏、变频器故障等）出现自动调平异常，导致倾斜限位动作，需要单独控制一侧驱动机构时，可以通过串行总线关闭从变频器的同步和闭环功能，手动调节两侧导架的位置，防止平台因倾斜过度造成结构损坏。另外平台底部设有下行停止限位，顶部设有上行停止限位，每次下降到底部时，平台都会触碰下行停止限位而自动调平，消除累积误差。工作流程如图3所示。

在调试过程中，根据实际情况对PID的参数进行修改调整。因为机械设备对于安全性要求很高，只有在保证系统稳定的基础上进行精度的优化。做参数整定时最好配合变频器参数一起进行，以设备可自动调平并且不引起设备震荡为目标。比例增益不能设置太大，采样周期设置要和实际运行速度结合起来。

图3 工作平台控制系统作业流程图

3 结 语

该自动调平系统结合变频器速度闭环控制的高稳速精度和PLC的强大控制能力，以位置环为外环、速度环为内环的双闭环控制，实现了双导架平台在高精度范围的自动调平，彻底解决双导架平台运行的位置同步问题。某军工用双导架平台应用该自动调平系统控制后，平台两侧在上下运行过程中，偏差不超过10mm，能充分保证平台两侧驱动机构的运行相对位置偏差在允许范围内，大大降低了双导架平台使用中的安全隐患。