CN112408287A - 一种高空作业平台伸缩臂位置监测系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高空作业平台领域，涉及一种直臂式高空作业平台伸缩臂位置监测系统及控制方法，包括供电系统、监测装置、液压系统及整车控制系统；采用拉线传感器测量伸缩臂伸出长度，并以该测量数据计算当前伸缩臂伸出速度，并在三级限位开关已触碰且二级限位开关未触碰的行程区间内，通过闭环方式控制液压阀开口大小，进而控制伸缩臂伸出速度，同时，在二级限位开关已触碰且一级限位开关未触碰的行程区间内，禁止伸缩臂继续伸出。本发明可减少因预安全功能造成的机器工作曲线的损失，并保障安全控制系统正常工作。

Description

一种高空作业平台伸缩臂位置监测系统及控制方法
技术领域
本发明属于高空作业平台领域，涉及伸缩臂式高空作业平台/车的一种控制系统及方法，该控制系统及方法可减小高空作业平台/车因安全控制措施而损失的工作曲线。
背景技术
高空作业平台服务于各个国家的多种行业，主要负责高空作业、设备安装、检修等，通常为载人作业，其安全性尤为重要，在国际相关标准中以性能等级PLr作为评估其安全能力的指标，性能等级高的产品在市场上将更具竞争力，相对的，安全能力越高，其控制系统的复杂程度和配套的零部件规格越高，成本也随之增加。
目前高空作业平台提升安全等级时采用了将安全功能执行系统合一的方式，这种方法不仅提升安全控制系统等级，同时简化了系统复杂度，安全功能触发会切断整个上车的动力系统，防止发生危险，并以“预”安全功能的形式独立控制各个执行动作，弥补整车的操控性。高空作业平台通常可分为直臂式、曲臂式以及剪叉式，但针对直臂式高空作业平台，利用上述方式会引起直臂式高空作业平台工作曲线的损失。
发明内容
一种高空作业平台伸缩臂位置监测系统，包括供电系统、监测装置、液压系统及整车控制系统；
所述供电系统为系统供电；
所述监测装置包括三个限位开关和一个拉线传感器；
所述液压系统包括液压泵、管路、伸缩臂的伸缩油缸以及控制伸缩油缸的液压阀；
所述整车控制系统根据拉线传感器的数据以及限位开关状态判断伸缩臂位置，进而通过控制液压阀开口大小对伸缩臂伸缩速度进行控制。
进一步的，所述三个限位开关定位伸缩臂伸出位置，并按触碰顺序分为三级、二级、一级，三级限位开关用于标定伸缩臂伸出位置，二级限位开关用于触发预安全功能，一级限位开关用于触发安全功能。
进一步的，采用拉线传感器测量伸缩臂伸出长度，并以该测量数据计算当前伸缩臂伸出速度，并在三级限位开关已触碰且二级限位开关未触碰的行程区间内，通过闭环方式控制液压阀开口大小，进而控制伸缩臂伸出速度。
进一步的，其中一个限位开关属于安全元件，其性能等级应至少为PLd。
进一步的，三个限位开关对齐固定在一节臂上。
进一步的，当伸缩臂伸出，三级限位开关首先触碰，其次是二级限位开关和一级限位开关。
本发明还提供一种高空作业平台伸缩臂位置监测系统控制方法，包括以下步骤：
操控人员操控直臂式高空作业平台伸缩臂伸出时，依次触碰三级限位开关S3、二级限位开关S2、一级限位开关S1，拉线传感器监测伸缩臂伸出长度，整车控制器计算得到伸出速度；
当伸缩臂触碰到S3，且未触碰S2时，即在速度受限行程区间L1内，整车控制器首先基于S3信号对伸缩臂伸出位置进行标定，并控制液压阀开口大小降低伸缩臂的伸出速度，使其降低至设定速度以内，伸缩臂可在该速度下继续缓慢伸出；
当伸缩臂触碰到S2，且未触碰S1时，即在禁止伸出行程区间L2内，整车控制器关闭阀口，禁止继续伸出。
进一步的，S1安装位置为机器工作曲线的边界位置。
进一步的，L1间距大于伸缩臂从起始速度V1降至设定速度V2过程中移动的距离。
进一步的，L2间距大于伸缩臂缓慢停止过程中移动的惯性距离。
有益效果
本发明提出一种直臂式高空作业平台伸缩臂长度监测系统及控制方法，可减少因预安全功能造成的机器工作曲线的损失，并保障安全控制系统正常工作，其特征在于：采用三个限位开关精准定位伸缩臂伸出位置，并按触碰顺序分为三级、二级、一级，三级限位开关用于标定伸缩臂伸出位置，二级限位开关用于触发预安全功能，一级限位开关用于触发安全功能；采用拉线传感器测量伸缩臂伸出长度，并以该测量数据计算当前伸缩臂伸出速度，并在三级限位开关已触碰且二级限位开关未触碰的行程区间内，通过闭环方式控制液压阀开口大小，进而控制伸缩臂伸出速度。
在“预安全功能”与“安全功能”同时防护的高空作业平台电控系统中，本发明采用三个限位开关配合拉线传感器，精准测量伸缩臂位置，同时控制其伸出速度，可降低机器工作曲线的损失，同时保障安全控制系统正常工作。采用限位开关触发安全功能与预安全功能，进行点控制，触发稳定。通过拉线传感器测量伸缩臂伸出速度，采用闭环方式控制阀口开度，提升了高空作业平台的操控舒适性及稳定性。
本发明通过精准控制伸缩臂位置及伸出速度，使机器工作位置能够逼近工作曲线边界值，大幅降低机器工作曲线损失。本发明采用三个限位开关配合拉线传感器，并以限位开关标定位置数据，可有效避免安全功能非必要的触发，保障整车操控性和舒适性。
附图说明
图1为伸缩臂示意图；
图2为限位开关位置图；
图3为相关硬件包括供电系统、监测装置、液压系统及整车控制系统；
图4为工作流程图；
1.一节臂；2.二节臂；3.三节臂；4.伸缩油缸；5.钢丝绳固定点；6.滑轮；7.钢丝绳；8.触碰限位开关而在相应位置焊接的条状钢筋(三条)；9.拉线传感器；S3：三级限位开关；S2:二级限位开关；S1：一级限位开关；A3：三级限位开关碰触钢筋；A2:二级限位开关碰触钢筋；A1:一级限位开关碰触钢筋。
具体实施方式
实施例1
高空作业平台安全控制系统安全等级要求高，其安全性能直接影响操控人员的生命安全，目前高空作业平台采用预安全功能联合安全功能的控制方法，该方法可提升其安全控制系统的安全等级，并简化系统的复杂程度，同时降低成本，但对于直臂式高空作业平台伸缩臂长度控制，在差值或间距上设定过大将增加高空作业平台工作曲线的损失，过小则会影响整车操控性。针对上述问题，本发明提出一种直臂式高空作业平台伸缩臂长度监测系统及控制方法，目的是减少工作曲线损失，并保障安全控制系统正常工作，恢复操控性，其特征在于：
1.采用三个限位开关精准定位伸缩臂伸出位置，并按触碰顺序分为三级、二级、一级，三级限位开关用于标定伸缩臂伸出位置，二级限位开关用于触发预安全功能，一级限位开关用于触发安全功能。
2.采用拉线传感器测量伸缩臂伸出长度，并以该测量数据计算当前伸缩臂伸出速度，并在三级限位开关已触碰且二级限位开关未触碰的行程区间内，通过闭环方式控制液压阀开口大小，进而控制伸缩臂伸出速度。
伸缩臂示意图见附图1。
本发明公开的直臂式高空作业平台伸缩臂长度监测系统及控制方法相关硬件包括供电系统、监测装置、液压系统及整车控制系统，见附图3。
供电系统为监测装置及其他系统供电。
监测装置包括三个限位开关，一个拉线传感器，其中一个限位开关属于安全元件，其性能等级应至少为PLd，其他两个属于标准元件，无等级要求，拉线传感器属于标准元件，无等级要求。
液压系统包括液压泵、管路、伸缩臂的伸缩油缸以及控制伸缩油缸的液压阀。
整车控制系统根据拉线传感器的数据以及限位开关状态判断伸缩臂位置，进而通过控制液压阀开口大小对伸缩臂伸缩速度进行控制。
具体工作流程：
1.操控人员操控直臂式高空作业平台伸缩臂伸出时，依次触碰三级限位开关S3、二级限位开关S2、一级限位开关S1，S1安装位置应为机器工作曲线的边界位置，且拉线传感器监测伸缩臂伸出长度，整车控制器计算得到伸出速度。
2.当伸缩臂触碰到S3，且未触碰S2时，即在速度受限行程区间L1内，L1间距应满足大于伸缩臂从起始速度V1降至设定速度V2过程中移动的距离，该间距在整个工作曲线应占比很小，一般情况下不会影响作业效率。整车控制器首先基于S3信号对伸缩臂伸出位置进行标定，并控制液压阀开口大小降低伸缩臂的伸出速度，使其降低至设定速度以内，伸缩臂可在该速度下继续缓慢伸出。
3.当伸缩臂触碰到S2，且未触碰S1时，即在禁止伸出行程区间L2内，L2间距应大于伸缩臂缓慢停止过程中移动的惯性距离，整车控制器关闭阀口，禁止继续伸出。L2长度将直接决定工作曲线损失比例，其最小距离由伸缩臂停止前惯性移动距离决定，若设定速度V2极小，则L2也将很短，曲线损失比例降低。
4.在L2内时，伸缩臂被禁止继续伸出，所以S1不会被触碰，安全功能不会被轻易触发，整车操控性得以保障。
流程图见附图4。
以三节臂为例进行说明，三个限位开关对齐固定在一节臂上，位置如图2所示，当伸缩臂伸出，S3首先触碰，其次是S2和S1。
若拉线传感器自身测量精度提升，或使用有效算法滤波，在一定程度上可准确定位伸缩臂伸出长度时，则可将三级限位开关消除(本文中L2和L1间距都很小，其精度应控制在厘米级，方可去掉S3)，同时消除A3钢筋；同时设定伸缩臂伸出长度达到某一设定值时，降低伸出速度，该设定值(相当于虚拟S3的位置)与S2安装位置之间的距离差视为本文件L1，L1不宜过大，否则速度降低将影响工作效率。
缩略语和关键术语定义：
PLr：符号PL为性能等级，表示设备及产品控制系统安全相关部分的能力，以每小时危险失效概率划分为a、b、c、d、e五个等级，失效概率越小，等级越高。
控制系统安全相关零部件：用于提供安全功能的机器控制系统，包括软件和硬件。
标准部件：除安全相关零部件以外的其他元器件，技术规格一般低于安全相关零部件。
安全功能：为避免对人或物造成损害而引入的一种防护程序，存在触发条件，并在触发后控制执行器执行相应动作保障人或物的安全，在安全控制程序中设计，控制安全相关零部件。
预安全功能：同安全功能，在标准控制程序中设计，控制标准部件执行响应，其触发条件所设定的阈值参数被安全功能所设定的阈值参数包含。

Claims (10)

1.一种高空作业平台伸缩臂位置监测系统，其特征在于，包括供电系统、监测装置、液压系统及整车控制系统；
所述供电系统为系统供电；
所述监测装置包括三个限位开关和一个拉线传感器；
所述液压系统包括液压泵、管路、伸缩臂的伸缩油缸以及控制伸缩油缸的液压阀；
所述整车控制系统根据拉线传感器的数据以及限位开关状态判断伸缩臂位置，进而通过控制液压阀开口大小对伸缩臂伸缩速度进行控制。
2.根据权利要求1所述的高空作业平台伸缩臂位置监测系统，其特征在于，所述三个限位开关定位伸缩臂伸出位置，并按触碰顺序分为三级、二级、一级，三级限位开关用于标定伸缩臂伸出位置，二级限位开关用于触发预安全功能，一级限位开关用于触发安全功能。
3.根据权利要求2所述的高空作业平台伸缩臂位置监测系统，其特征在于，采用拉线传感器测量伸缩臂伸出长度，并以该测量数据计算当前伸缩臂伸出速度，并在三级限位开关已触碰且二级限位开关未触碰的行程区间内，通过闭环方式控制液压阀开口大小，进而控制伸缩臂伸出速度。
4.根据权利要求1所述的高空作业平台伸缩臂位置监测系统，其特征在于，其中一个限位开关属于安全元件，其性能等级应至少为PLd。
5.根据权利要求1所述的高空作业平台伸缩臂位置监测系统，其特征在于，三个限位开关对齐固定在一节臂上。
6.根据权利要求2所述的高空作业平台伸缩臂位置监测系统，其特征在于，当伸缩臂伸出，三级限位开关首先触碰，其次是二级限位开关和一级限位开关。
7.根据权利要求1～6任一项所述的高空作业平台伸缩臂位置监测系统控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
操控人员操控直臂式高空作业平台伸缩臂伸出时，依次触碰三级限位开关S3、二级限位开关S2、一级限位开关S1，拉线传感器监测伸缩臂伸出长度，整车控制器计算得到伸出速度；
当伸缩臂触碰到S3，且未触碰S2时，即在速度受限行程区间L1内，整车控制器首先基于S3信号对伸缩臂伸出位置进行标定，并控制液压阀开口大小降低伸缩臂的伸出速度，使其降低至设定速度以内，伸缩臂可在该速度下继续缓慢伸出；
当伸缩臂触碰到S2，且未触碰S1时，即在禁止伸出行程区间L2内，整车控制器关闭阀口，禁止继续伸出。
8.根据权利要求7所述的高空作业平台伸缩臂位置监测系统控制方法，其特征在于，S1安装位置为机器工作曲线的边界位置。
9.根据权利要求7所述的高空作业平台伸缩臂位置监测系统控制方法，其特征在于，L1间距大于伸缩臂从起始速度V1降至设定速度V2过程中移动的距离。
10.根据权利要求7所述的高空作业平台伸缩臂位置监测系统控制方法，其特征在于，L2间距大于伸缩臂缓慢停止过程中移动的惯性距离。
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