基于PLC控制的爬棚智能控制系统研究

　　针对目前附着式升降脚手架(爬棚)自动控制方面的难题，开发了一种爬棚智能控制系统，采用先进的计算机、PLC和网络控制技术，通过对提升重力和位移量的信息采集和综合分析，实现对多组多榀棚架升降智能同步控制和超载自动保护，有效保障了棚架的安全运行。

随着建筑物高度越来越高，为了改变传统脚手架的使用材料多、成本高等缺点，附着式升降脚手架(爬棚)已经广泛应用于各种高层建筑的建设中。但是附着升降脚手架在施工应用中经常会因升降中各机位运行不同步致使架体升降受阻，从而造成机具及架体超载而引发故障。

目前市场没有成熟的同步提升控制系统，为此我们开发了一种爬棚智能控制系统，有效保证了棚架升降过程的同步性，同时兼顾安全性、可靠性、操作方便性等特点。

　　1 爬棚智能控制系统简介

　　爬棚智能控制系统应用先进的计算机、PLC和网络控制技术，采用通用化和模块化设计，通过对提升重力和位移量的信息采集，经计算机进行综合分析后，实现对多组多榀架手动和自动同步升降智能化控制，并通过友好、简洁的操作界面完成参数设置、故障自动诊断及报警、运行信息监控和历史数据分析功能，为棚架的安全运行提供有效保障。

　　2 系统硬件组成

　　2.1 基本原理

　　爬棚智能控制系统的基本组成单元为“站”，每个“站”可控制两榀，多个“站”构成一组，每组实现自动同步或各榀单独控制。多组构成整个爬棚智能控制系统。

　　“站”分“主站”和“分站”，每组有且只能有一个“主站”，最多可有9个分站，每组最多可控制20榀。“主站”和“分站”之间通过目前工业自动化领域最流行的“Profibus总线”进行连接。“主站”可连接便携式电脑，实现整组自动或手动运行的智能化监控。系统每组结构框图如图1所示。

　　2.2 系统组成

2.2.1 主站。主站是整组控制系统的核心，通过它完成与各分站以及与上位机(便携式电脑)之间的数据交换。主站采用西门子的中型PLC(S7-300)CPU314C-2DP控制。它通过Profibus总线电缆连接分站，通过MPI电缆连接上位机。

主站还可连接远控操作盒，实现本站或整组的手动和自动控制。主站由一个防护等级为IP66的控制柜组成，控制柜上安装电源和故障指示灯，具有相序、漏电、缺相、过载和短路保护。主站结构示意图如图2所示。

　　2.2.2 分站。分站采用德国西门子公司微型PLC(S7-200)CPU224控制，它通过Profibus总线电缆与上一个和下一个分站连接，也可连接远控操作盒，实现本站或整组的手动和自动控制。分站由一个防护等级为IP66的控制柜组成，控制柜上安装电源和故障指示灯，具有漏电、过载和短路保护。分站结构示意图如图3所示：

　　2.2.3 上位机。上位机由一台便携式电脑组成，它通过MPI电缆与主站连接，实现整组运行的实时监控。

　　3 系统控制流程

　　爬棚智能控制系统有远控盒操作和电脑操作两种操作方式，而每一种操作都有手动和自动两种运行方式。

　　以远控盒操作方式为例：将某一站远控操作盒上“手动/自动”钮子开关打向“手动”位置，则只能手动控制本站两榀单独升降;手动方式下，无重量和同步保护;将某一站远控操作盒上“手动/自动”钮子开关打向“自动”位置，则本站可和其他站一起自动动作，通过远控盒上“自动升/降”按钮，可控制本组所有处于“自动”方式的站同时动作;自动方式下，有重量和同步保护，自动方式控制流程图如图4所示：

　　4 系统软件功能

　　爬棚智能控制系统的上位机软件通过开物2000组态软件开发，主要由主界面、参数设置界面、监控界面等组成。

　　4.1 参数设置

　　参数设置界面可进行本组运行参数、站榀选择和重量设置。参数设置共两幅界面，分别为站榀设置和运行设置。站榀设置用来选择本组所连接的站、榀及所连接榀的设定重量，如图5所示。运行设置用来进行电机方向选择、同步保护是否取消、本组起始榀的工程编号和自动对本组进行预拉紧操作，如图6所示。

　　4.2 监控界面

　　监控界面是系统运行中最常使用的界面，通过它完成运行监控和主要操作。监控界面分页头区和信息显示区。页头区中部为一些常用控制按钮，最下部显示本组所连接的站号。常用控制按钮包括故障复位、行程清零、重量称量、自动升降、紧急停止。

　　信息显示区共有4个分画面，分别为运行情况、报警信息、重量记录曲线和运行数据，其中运行情况以表格的形式显示本组各榀在运行过程中的重量、行程实时数据和运行状态、报警信息，并可通过截面提供的按钮对系统进行控制;运行数据以柱状显示运行过程中的实时重量，以坐标图显示移动距离，微调时须通过“微调”按钮打开微调操作区;报警信息显示系统运行过程中的报警信息，分实时和历史故障：实时故障显示本次运行出现的故障信息，不保存，而历史故障显示本次和以前的故障信息，以便查询，最多可保存300条信息，超过时自动删除最前面信息;重量记录曲线绘制系统每次运行时的重量变化曲线，以方便进行事后数据分析。

　　5 结语

　　爬棚智能控制系统通过采用计算机、PLC和网络控制技术，实现对多组多榀棚架升降智能同步控制和超载自动保护，且系统工作稳定、可靠，有效解决了爬棚自动控制方面的难题，保障了棚架的安全运行。

　　作者：魏志魁　吴俊　魏承威 来源：中国高新技术企业 2016年14期