技术领域 [0001]本发明属于高空作业技术领域，具体涉及一种高空作业平台底盘自主调平系统建模方法。 背景技术 [0002]三菱PLC GX Works2是三菱电机推出的编程软件，GX Works2是仿真软件和模块设置软件合为一体的可编程软件，专用于PLC设计、调试、维护的编程工具，GX WORKS2提高了功能及操作性能，变得更加容易使用。 [0003]GX Works2功能特点 [0004]1、GX Works2三菱电机新一代PLC软件，具有简单工程(Simple Project)和结构化工程(Structured Project)两种编程方式。 [0005]2、支持梯形图、指令表、SFC、ST及结构化梯形图等编程语言。 [0006]3、可实现程序编辑，参数设定，网络设定，程序监控、调试及在线更改，智能功能模块设置等功能。 [0007]4、适用于Q、QnU、L、FX等系列可编程控制器。 [0008]5、兼容GX Developer软件。 [0009]6、支持三菱电机工控产品iQ Platform综合管理软件iQ Works。 [0010]7、三菱PLC GX Works2具有系统标签功能，可实现PLC数据与HMI、运动控制器的数据共享。 [0011]高空作业平台作用高度的不断上升，使得高空作业平台的倾覆力矩不断增大。同时，高空作业平台的稳定力矩主要是由整机的底盘提供。所以，高空作业平台的底盘水平度对于整机的抗倾覆能力至关重要。 [0012]目前，工程上的大高度高空作业平台主要采取增大底盘支撑力矩、增大底盘自重、底盘相对调平以及底盘支撑机构等方式，保证高空作业的安全稳定。但是，工程上常用的底盘支撑方式，首先是只能借助外物将底盘实现相对调平，其次手工调整底盘的支撑物的起升高度，只能实现底盘的一定调平。 发明内容 [0013]本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种高空作业平台底盘自主调平系统建模方法，简化了建模的复杂程度。 [0014]本发明采用的技术方案如下： [0015]一种高空作业平台底盘自主调平系统建模方法，包括： [0016]建立高空作业平台底盘的液压调平系统；所述高空作业平台底盘的支腿采用液压支撑结构；所述液压调平系统包括四个液压回路，每个液压回路上均包括一个开关阀，一个液压缸和一个压力传感器； [0017]采用角度误差式调平法对所述液压调平系统进行调平，包括： [0018]采用电磁比例换向阀对所述液压调平系统的主供油路流量进行调节，控制支腿伸出与缩回的速度； [0019]以及采用开关阀对每个支腿的调平时间进行调节，控制底盘X轴与Y轴的倾斜角度的精度； [0020]采用GX Works2对所述液压调平系统和所述液压调平系统的调平过程进行程序编写，完成高空作业平台底盘自主调平系统建模。 [0021]进一步的，所述高空作业平台底盘X轴和Y轴方向上安装有角度传感器，用于检测底盘X轴与Y轴的倾斜角度。 [0022]进一步的，所述采用角度误差式调平法对所述液压调平系统进行调平，还包括： [0023]将角度传感器和压力传感器的采集信号通过输入特性变更或放大器放大至PLC控制系统中AD模块的最大数字量范围，通过AD模块将角度传感器和压力传感器的采集信号转换为数字信号。 [0024]进一步的，所述采用角度误差式调平法对所述液压调平系统进行调平，还包括： [0025]PLC控制系统判断底盘X轴与Y轴倾斜角度的正负，控制与倾斜角度相关的各个中间继电器的动作； [0026]PLC控制系统根据底盘X轴与Y轴倾斜角度，通过DA模块反馈信号至电磁比例换向阀与四个开关阀；通过改变电磁比例换向阀阀口的大小，使得活塞杆伸出的速度不同，控制支腿伸出与缩回的速度，以及控制开关阀“导通”与“断开”状态，控制支腿伸出与缩回的时间，使得X轴与Y轴的倾斜角度不断减小，直至满足底盘的调平精度许可范围。 [0027]进一步的，所述采用角度误差式调平法对所述液压调平系统进行调平，还包括： [0028]将PLC控制系统DA模块的输出通过放大器放大至电磁比例换向阀线圈电压的量程范围。 [0029]进一步的，根据底盘X轴与Y轴倾斜角度，通过电磁比例换向阀和开关阀对各支腿进行调节，包括： [0030]若α＞0°，β＞0°，则支腿1为底盘最高点，保持支腿1不动，同时上升支腿2、支腿3使得倾角α减小直至为0，随后上升支腿3、支腿4使得倾角β减小直至为0； [0031]若α＞0，β＜0，则支腿4为底盘最高点，保持支腿4不动，同时上升支腿2、支腿3使得倾角α减小直至为0，随后上升支腿1、支腿2使得倾角β增大直至为0； [0032]若α＜0，β＞0，则支腿2为底盘最高点，保持支腿2不动，同时上升支腿1、支腿4使得倾角α增大直至为0，随后上升支腿3、支腿4使得倾角β减小直至为0； [0033]若α＜0，β＜0，则支腿3为底盘最高点，保持支腿3不动，同时上升支腿1、支腿4使得倾角α增大直至为0，随后上升支腿1、支腿2使得倾角β增大直至为0； [0034]所述上升支腿是指控制开关阀导通，支腿伸出； [0035]定义位于X轴正向，Y轴正向的为支腿4，位于X轴正向，Y轴负向的为支腿3，位于X轴负向，Y轴负向的为支腿2，位于X轴负向，Y轴正向的为支腿1； [0036]定义α为底盘理想状态下与实际状态下X轴方向的夹角，定义β为底盘理想状态下与实际状态下Y轴方向的夹角。 [0037]进一步的，所述采用角度误差式调平法对所述液压调平系统进行调平，还包括： [0038]调平开始时，所有支腿同步伸出，四支腿开始触及地面，压力油进入无杆腔，使液压支撑结构伸出，直至接触至地面，各支腿对应的无杆腔压力值若大于等于调定压力，则进入调平状态。 [0039]进一步的，所述采用角度误差式调平法对所述液压调平系统进行调平，还包括： [0040]调平开始时，电磁比例换向阀进线圈一直保持通电，直至四调平支腿均完成调平后，电磁比例换向阀线圈退线圈得电。 [0041]进一步的，所述底盘X轴与Y轴的倾斜角度的精度为： [0042]-0.1°＜α＜0.1°且-0.1°＜β＜0.1。 [0043]进一步的，所述液压调平系统还包括保护阀； [0044]调平过程中，保护阀一直得电，当四支腿的开关阀均处于断开状态时，保护阀断电。 [0045]与现有技术相比，本发明的有益效果是： [0046](1)本发明提供的建模方法，在对物理量的处理上，即压力值和角度值上，采取AD传感器内部功能，进行输入特性更改，使得输入电压从0.5V～5V变为0V～10V，间接的扩大了数字量的输入范围，使得压力与角度传感器的数值更为准确。 [0047](2)本发明提供的建模方法，在功能程序段先完成X轴的调平，继而完成Y轴的调平，并在功能程序中加入压力报警、角度报警以及对各个支腿的互锁功能的设定，简化了建模的复杂度，使得模型能够准确的判断出各支腿的动作时间、支腿的动作顺序以及支腿的动作精度； [0048](3)本发明提供的建模方法，对输出程序段通过DA转换器控制各个阀组，并加入相应的放大器使得输出电压能够匹配执行机构。 附图说明 [0049]图1是本发明中底盘三维图； [0050]图2是本发明中底盘支腿简化结构图； [0051]图3是本发明中液压调平系统简图； [0052]图4为本发明中液压调平系统中角度传感器配置示意图； [0053]图5是本发明中液压调平系统的硬件配置图； [0054]图6是本发明中液压调平系统的调平控制原理图； [0055]图7是本发明中AD模块工作原理图； [0056]图8是本发明中检测虚腿流程图； [0057]图9是本发明中支腿调节示意图； [0058]图10是本发明中输入特性更改曲线图； [0059]图11为输入特性更改程序； [0060]图12为FX3u-4AD的平均数程序； [0061]图13为支腿1动作指示程序； [0062]图14为支腿2动作指示程序； [0063]图15为支腿3动作指示程序； [0064]图16为支腿4动作指示程序； [0065]图17为电磁比例换向阀进线圈得电程序； [0066]图18为电磁比例换向阀退线圈动作指示程序； [0067]图19为保护阀指示动作程序； [0068]图20为虚腿判断程序； [0069]图21为触地指示灯程序； [0070]图22为压力报警灯程序； [0071]图23为判断倾角是否满足量程要求程序； [0072]图24为确定调平角度的正负程序； [0073]图25为确定最高支撑点程序； [0074]图26为判定倾角是否满足精度要求程序； [0075]图27为输出程序。 具体实施方式 [0076]下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。 [0077]本发明提供一种高空作业平台底盘调平程序的建模方法，以四点支撑式的液压调平系统为基础，采用角度误差调平法对底盘进行相应的调平作业，对高空作业平台的底盘进行支撑。 [0078]参见图1和图2，高空作业平台底盘由底盘和支撑底盘的四个支腿构成。图2中，XYZ为底盘理想水平坐标系，X₀Y₀Z₀为底盘初始状态坐标系，α为X轴和X0轴之间的夹角，表示底盘X轴方向的倾角，β为Y轴和Y0轴之间的夹角，表示底盘Y轴方向的倾角。支腿采用液压支撑结构，每个支腿装配一个压力传感器。 [0079]本发明设计液压调平系统用于对底盘进行调平，参见图3，液压调平系统包括依次相连的油箱1，过滤器2，泵3，节流阀6，电磁比例换向阀7和平衡阀8，以及四个液压回路。每个液压回路上由一个开关阀，一个液压缸和一个压力传感器构成。参见图3，第一开关阀9-1，第一液压缸11-1和第一压力传感器10-1构成第一液压回路，第二开关阀9-2，第二液压缸11-2和第二压力传感器10-2构成第二液压回路，第三开关阀9-3，第三液压缸11-3和第三压力传感器10-3构成第三液压回路，第四开关阀9-4，第四液压缸11-4和第四压力传感器10-4构成第四液压回路。 [0080]平衡阀8和保护阀12均位于主供油路上。 [0081]泵3由电动机4驱动。另外还设置溢流阀5，溢流阀5在系统中主要起到安全保护的作用，与主供油路并联，当油路压力过大时，溢流阀开启溢流卸荷功能。 [0082]参见图5，电磁比例换向阀用于对主供油路流量大小进行调节，进而控制调平支腿的伸出与缩回的速度，压力传感器用于检测液压缸的压力，从而使得各支腿充实，通过控制开关阀的得电时间，对调平支腿的调平时间进行控制，通过控制调平时间使得底盘X轴与Y轴的倾斜角度满足调平精度。 [0083]参见图4和图5，高空作业平台底盘X轴和Y轴方向上安装有角度传感器，角度传感器用于检测调平精度是否满足工况需求，确保底盘的调平精度，X轴和Y轴的倾角≤0.1度。 [0084]本发明借助GX Works2根据液压系统原理图和调平方法对调平程序进行编写，底盘自调平系统的程序主要分为输入程序编写、功能程序编写以及输出程序编写，整体程序主要是以体形图的方式对程序进行编写的。 [0085]一、输入程序的编写 [0086]输入程序编写包括两个部分：输入特性的变更和平均数程序。 [0087]输入程序需要对四个压力传感器和两个角度传感器的信号进行采集，并将模拟量转换为电压量。 [0088]AD模块选择的数量，取决于AD转换的通道数量、压力传感器以及角度传感器的数量。 [0089]本发明中AD模块有4个通道，因此采用两个AD模块对采集的模拟量进行转换。AD模块作用原理参见图7。采用三菱公司的FX3u-4AD的PLC作为控制系统，由于压力传感器以及角度传感器的输出电压均为0.5～4.5V，而FX3u-4AD的输入电压为-10V～+10V，为了提高信号的分辨率，因此指定AD模块的电压输入的模式为0模式，即数字量的范围为-32000～+32000。 [0090]因此，为提高传感器采集信号的分辨率，需要将传感器的输出电压同比例的增长至最大的数字量范围，即-32000～+32000。 [0091]输入程序需要进行输入特性变更或加入放大器，使得压力传感器与角度传感器的输入电压与PLC控制系统的输入电压相匹配，输出程序也可进行输入特性变更或加入相应的放大器，使得PLC控制器的输出电压与开关阀的电压相匹配。 [0092]用数字值0～32000输出DC0.5～4.5V，输出模式0，即出厂时的输出特性。 [0093]偏置数据：数字值为0(偏置基准值)时的模拟量输入值，即0.5v＝500mv； [0094]增益数据：数字值变为增益值时的模拟量的输入值，即2.5v＝2500mv。 [0095]因此，程序会对相应的AD模块进行输入模式的指定，采用顺控程序，写入偏置数据(BFM#41～#44)、增益数据(BFM#51～#54)，将其写入输入特性写入(BFM#21)的各通道相支持的位置ON，从而改变输入特性。图10为输入特性更改曲线图。 [0096]此外，输入模式需要加入定时器，定时时间为5s，用于输入模式(BFM#0)的变更，在输入模式变更后，经过约5秒以上的时间再执行各设定的写入。 [0097]图11为相应的变更程序。 [0098]本发明采用FX3u-4AD的平均数程序进行数据采集，平均数程序的主要是使得数字量采集更为准确，加强系统的抗干扰能力。首先需要指定通道的模式，其次设定采样的平均数以及滤波器的功能设定，最后将通道内的数据读出值数据存储器内。 [0099]变更2个AD模块的输入特性(M0/M1)。 [0100]图12为相应平均数程序，设定2个AD模块采样平均数与数字滤波器，由上述的程序可知，第一个AD模块使用的模拟量输入电压为-10V～+10V，对应的数字量为-32000～+32000，使用的数字量为0～+32000。压力传感器的模拟量写入了第一个AD模块的D0～D3内，角度传感器的模拟量写入了第二个AD模块的D4～D5内。 [0101]二、功能程序的编写 [0102]功能程序段主要分为三个阶段，第一阶段为液压缸的活塞杆自由伸出阶段，第二阶段为底盘调平阶段，第三阶段为液压缸的活塞杆缩回阶段。 [0103]主要包括设置各支腿的动作时间、设置调平精度、设置压力报警、设置角度报警、设置互锁报警等功能程序段。 [0104]表1为程序的触点、数据存储器以及线圈，由于压力传感器的量程为0～200bar，对应的输出电压为0.5～4.5V，将其转为相应的数字量0～32000，10bar对应的数字量为1600，100bar对应的数字量为16000。角度传感器的量程为-15°～+15°，对应的输出电压为0.5～4.5V。因此30°对应于32000，调平精度为0.1°对应的数字量约为107。 [0105]表1为触点与线圈的对应表 [0106] [0107]表2为中间继电器的分布表 [0108] [0109] [0110]整个支腿调平过程为： [0111]所有支腿同步伸出，四支腿开始触及地面，压力油进入无杆腔，使液压支撑结构伸出，直至接触至地面，压力油不断的输入无杆腔使液压支撑结构克服虚腿，将地面压实，调平系统开始。 [0112]各支腿对应的液压缸的无杆腔压力值若大于等于调定压力，则进入调平状态，将最高点支腿保持不动，其余三支腿追逐最高点，缩短各自的调平位移差，首先将X轴的角度进行调平，完成之后再对Y轴的角度进行调平，均完成后，则底盘完成调平。 [0113]调平过程参见图6，通过角度传感器检测X轴与Y轴的倾角α、β，将检测角度α、β通过A/D转换器反馈至PLC控制系统，PLC控制系统通过相应的程序，判断倾角α、β的正负，判定各个中间继电器的动作，并先调节X轴的倾角，再调节Y轴的倾角，完成底盘调平。 [0114]控制系统反馈信号给予电磁比例换向阀与四个开关阀，通过改变电磁比例换向阀阀口的大小，控制支腿的伸出与缩回，开关阀只有“通”与“断”两种状态，控制通断时间的长短，使得平台的倾角α、β不断的减小，直至满足底盘的调平精度许可范围。 [0115]图13为支腿1动作指示，共分为3阶段，第一阶段为常闭触点Y010，第一阶段执行的动作为支腿自由伸出，当四支腿均触地后，执行第二阶段常开触点Y010，第二阶段执行的动作为支腿开始调平。完成底盘调平后，执行第三阶段Y005，第三阶段动作为按下X003后，动作为支腿全部缩回。 [0116]同理，图14，图15，图16分别为支腿2动作指示程序，支腿3动作指示程序和支腿4动作指示程序。 [0117]根据X轴与Y轴的倾角α、β，对支腿进行调节参见图9，过程如下： [0118]若α＞0°，β＞0°，则支点1为底盘最高点，保持支腿1不动，同时上升2、3点使得倾角α减小直至为0，随后上升3、4点使得倾角β减小直至为0。此时α、β均为0，系统停止工作，底盘处于水平状态。表3为该情况下的调平过程： [0119]表3α＞0°，β＞0°调平过程 [0120] [0121]若α＞0，β＜0，则支点4为底盘最高点，保持支腿4不动，同时上升2、3点使得倾角α减小直至为0，随后上升1、2点使得倾角β增大直至为0。此时α、β均为0，系统停止工作，底盘处于水平状态。表4为该情况下的调平过程： [0122]表4α＞0°，β＜0°调平过程 [0123] [0124]若α＜0，β＞0，则支点2为底盘最高点，保持支腿2不动，同时上升1、4点使得倾角α增大直至为0，随后上升3、4点使得倾角β减小直至为0。此时α、β均为0，系统停止工作，底盘处于水平状态。表5为该情况下的调平过程： [0125]表5α＜0°，β＞0°调平过程 [0126] [0127] [0128]若α＜0，β＜0，则支点3为底盘最高点，保持支腿3不动，同时上升1、4点使得倾角α增大直至为0，随后上升1、2点使得倾角β增大直至为0。此时α、β均为0，系统停止工作，底盘处于水平状态。表6为该情况下的调平过程： [0129]表6α＜0°，β＜0°调平过程 [0130] [0131] [0132]此外，若|α|＞|β|，则先调整倾角α，后调整倾斜角β。用此方法进行调平时，保持最高点不动，只需支腿伸出就可实现相应的底盘水平。 [0133]电磁比例换向阀进线圈得电程序如图17所示，按下X001后，电磁比例换向阀阀进线圈会进行自保持，线圈一直通电，只有当四调平支腿均完成调平后，即Y000、Y001、Y002、Y003均失电后，电磁比例换向阀线圈失电。 [0134]电磁比例换向阀退线圈动作指示程序如图18，按下X003，电磁比例换向阀退线圈得电。 [0135]保护阀指示动作程序如图19，一般Y006保护阀一直得电，只有当四支腿均不得电，即开关阀处于断开状态，保护阀Y006断电。 [0136]判断四支腿无杆腔的压力值，与设定的压力值进行比较，判断是否产生虚腿或产生超载现象如图8所示，程序参见图20。 [0137]触地指示灯程序和压力报警灯程序如图21和图22。 [0138]整个调平过程程序如下： [0139]采用PLC程序中的ZCP指令，比较倾角α、β是否满足量程要求参见图23。 [0140]确定X轴与Y轴的调平精度均为0.1度，确定好调平角度的正负参见图24。 [0141]根据调平角度的正负，从而确定最高支撑点，使得各调平支腿有选择性的判断伸出的调平伸出量的大小，从而完成底盘调平如图25。 [0142]调平精度满足调平要求-0.1°＜α＜0.1°且-0.1°＜β＜0.1时调平完成指示灯如图26。 [0143]三、输出程序的编写 [0144]由于FX3u-4DA模块输出电压为-10V～+10V，电磁比例换向阀的线圈电压为24V，因此若使得电磁比例换向阀阀口全开，需要加入放大器，对输出电压进行成比例的放大。 [0145]其次，需要向DA模块的BFM#0(通道1～4输出模式)传HFF00，通道3、4均无信号输入，通道1、2电压输出(-10V～+10V)输出模式为0。 [0146]再者，对通道1、2写入的数据的条件不同，当Y004被导通，同时Y010不被导通，压力油流入无杆腔，活塞杆自由伸出阶段，PLC向DA模块的存储器写入K32000，即+10V电压，当Y004被导通，同时Y010被导通，活塞杆触地调平阶段，PLC向DA模块的存储器写入K16000，即+5V电压。放大器将DA模块的输出电压放大，使得比例换向阀进线圈得电，活塞杆根据线圈得电的不同调整比例换向阀相应的开口度，使得活塞杆伸出的速度不同。当Y005导通时，即液压缸有杆腔进油，PLC向DA模块的存储器写入K32000，即+10V电压，使得比例换向阀退线圈得电，活塞杆缩回，如图27。 [0147]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。