架桥机控制过程模拟实验研究

摘要：可编程控制器（PLC）在自动化控制领域应用广泛，随着机械控制向着复杂化、集成化的方向发展，采用PLC控制大型机械的案例越来越多。对教学模拟实验系统的研究，在以后的工作和学习中将进一步扩展和完善。本文主要研究的是架桥机控制过程模拟实验。

关键词：架桥机；控制；模拟实验

中图分类号：C35文献标识码： A

引言

在微处理技术以及大规模集成电路快速发展的当下，可编程控制器简称PLC以其优越的性能迅速普及，其优越性主要表现在可靠性高、抗干扰能力强、接线简单、通用性好、编程语言简单易掌握、功能完善、设计安装调试周期短且体积小、功耗低、扩展灵活、维修方便、具有成熟的接口电路以及输出驱动能力强等方面。历经多年发展，PLC控制技术逐渐取代早期的继电器逻辑控制，广泛应用于机械制造、钢铁、轻工、汽车、化工、电力、环保等各行各业，成为工业生产自动化的支柱产业之一。

1、架桥机在我国发展水平及其控制系统研究动态

随着我国高速公路建设和铁路建设进入跨越式发展，施工机械化程度与水平不断提高，架桥机在公路、铁路建设中应用越来越多，其在保障施工安全、提高施工质量、降低施工成本、缩短施工周期等方面发挥了重要的作用。在高速铁路的架设工程中，架桥机完成了将运梁车从梁场运来的待架梁提升，并纵移至待架桥孔位置后，微调落梁就位的任务。因此，高速铁路架桥机作为进行大量桥梁架设施工不可或缺的关键设备，对其过程控制的研究对于高效铺设铁路线具有重要意义。

近年来，随着国家产业政策的带动，同时为满足日益增长的运输需求，我国针对铁路客运专线的大规模建设已经展开。从十二五规划至今，规划的“五纵六横七连线”铁路客运专线已经陆续开工。在这些客运专线中部分地区需要通过大量隧道，存在着大量隧道口，会面临隧道内架梁的架设工况，现己设计出无需瘦身拆卸符合隧道内架梁需求的新型架桥机。根据科技部2012年4月18日公布的《高速列车科技发展“十二五”专项规划》中的论述，“十一五”期间，我国已经建成高速铁路5000km以上，在高铁里程上名列世界前茅;计划至2020年，我国将建成总里程长约16000km的高速铁路，届时将成为全世界高铁架设总里程最长的国家。然而我国西部的部分地区，还存在铁路密度小、等级低的特点。面对西部快速发展的需要，建设和改造铁路的任务仍然十分艰巨。

2、架桥机结构与工作原理

TTSJ900隧道内外通用架桥机摒弃了宽大的“O”型支腿，整机任意位置截面均小于隧道断面，并且配合其独有的架梁、过孔、驮运工法，可以自助完成驮运进入隧道就位、隧道内架梁、驮运出隧道的整个过程，无需任何外部起重设备辅助。该架桥机无下导梁，采用前悬臂纵移过孔的方式，简单直接，安全性好。通过变跨完成32m、24m、20m不同跨度梁体的架设，且动作可逆，机动性强、经济性好、施工效率高。

整体结构分为上部的架桥机和下部的矮式运梁车，架桥机部分主要由可伸缩的辅助支腿、前支腿、后支腿，可向后翻转90°的行走支腿和前、后吊梁天车，与起升机构、电气系统、液压系统、安全装置一并组成。具体结构如图1所示。

图1TTSJ900型隧道内外通用架桥机总体组成

各部分横断面如图2所示。

图2架桥机各部分纵图

架桥机主要受控机构工作原理分析:

（1）前支腿工作原理

前支腿为套柱式结构，可登上桥台进行运架梁等作业，对登上运梁车踏板进行桥叫前移。上端依靠挂轮及托辊连接于主梁两侧，配有四台托辊机，过孔及变跨利用托辊电机提供动力推动架桥机整体前移。两侧斜撑方向及内侧竖直方向共设有四台提升油缸，用于移梁、落梁时调节桥头高度。前支腿提升下落由下部的顶升油缸控制，沿主梁纵移动作依托独立的四台行走电机完成。在柱脚底部设利支腿横移机构由横移油缸控制。

（2）辅助支腿工作原理

辅助支腿为套柱式结构，位于架桥机前端。分布有上下两层油缸，可分段调升降，便于高度微调。带支腿变跨机构，可在主梁上纵向平移指定距离。辅助支腿一般用来前支腿来支撑，帮助实现喂梁、过孔、变跨等功能。

（3）行走支腿工作原理

行走支腿结构，该支腿位于架桥机末端，属于套柱式结构，只负责整机行走，承受梁重量。

行走支腿上端配存折翻油缸，喂梁时，可折叠翻转90°平行于主梁梁体;过孔及变跨时，支腿翻转垂直下落，支撑于预先铺设好的轨道上，支腿内侧配有提升油缸，用来调节翻转落下的支腿高度，支腿下部配有轮轨式行走台过孔及变跨时推动整机而进。

（4）后支腿工作原理

后支腿为套柱式结构，固定于架桥机末端。架梁和转运时支立于运梁车上作为承重结构，支腿两侧设有提升油缸，可以通直伸缩，方便运梁车进出，不能纵移，仅起支撑作用。

3、架桥机控制过程模拟实验系统设计与实验分析

利用计算机多媒体仿真技术开发架桥机过程控制模拟实验系统，在保模拟实验功能要求的基础上，遵循内聚度高、偶合度低、功能尽可能单等模块划分原则，对实验系统的总体框架进行了构建，初步将该实验系统划分为:上位机模拟监控部分、上位机通信程序部分、下位机通信程序部分、PLC控制程序部分、人机交互操作板部分。架桥机控制过程模拟实验的总体设计框架及各部分间相互关联。

（1）上位机模拟监控部分

在计算机软件上实现，分为动画监视窗口和模拟手操板窗口。本次研究将在这个部分中进行模拟实验平台的搭建，并对元件进行属性的定义。搭建模拟实验平台的过程实际上就是设置相关元件的实验属性的过程。根据具体被控对象的动作，选取和设置完所有的元件后模拟实验平台也就组建完成了。该部分的功能主要是对PLC输出控制的对象动作进行模拟，以动画的形式仿真架桥机架梁过程，而上位机的模拟手操板和实际手操板一样可用PLC发送控制信号。

（2）上位机通信部分

在计算机上通过软件程序选择相应串口，设置串口参数，完成打开、关闭串口的操作。当模拟按钮触发时，上位机通信程序可将触发状态存储，继而将其发送给串口;当PLC输出存变化上位机通信程序可对串口进行读出操作。

（3）下位机通信部分

在PLC上首先通过TO指令对RS-232IF初始化。当上位机软件发送相关动作指令到串口后，指令被存储到RS-232IF的缓冲存储区，下位机PLC周期性扫描缓冲存储区，利用FORM指令接收缓冲存储区的数据，经过一系列逻辑判断输出给被控对象。当PLC需要对其输出的被控对象的动作进行动画演示时，该通信程序通过MOV指令将Y端口状态存储在数据存储器D中，继而通过TO指令将该数据存储器中数据发送给RS-232IF的缓冲存储区。

结束语

随着机械控制向着复杂化、集成化的方向发展，采用PLC控制大型机械的案例越来越多。特别近年来，我国高速铁路建设迎来快速发展的高峰。高铁桥梁运输起重设备的研究发展迅猛，在高铁建设过程中多种性能稳定的大吨位架桥机无一例外的采用了PLC控制技术，因而，学习架桥机的结构及其基于PLC的控制原理是非常有必要的。

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