CN114578751A - 一种自动振捣装置的控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑机械技术领域，公开了一种自动振捣装置的控制系统及控制方法，包括上位机模块、PLC控制模块以及传感检测模块；所述上位机模块的数据输出端与PLC控制模块的通信端口相连，上位机模块用于控制PLC控制系统的输入；所述PLC控制模块用于接收到上位机模块的控制信号后对信号进行识别处理；所述传感检测模块的输出端与PLC控制模块的输入端相连，用于实时对行走车架的位移、振捣棒下降高度、振捣棒下降圈数、机械臂调节的角度进行检测。本发明的有益效果为用于预制钢筋混凝土的自动化振捣工作，利用振捣装备能够实现钢筋混凝土结构振捣施工自动化和标准化操作。

Description

一种自动振捣装置的控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于建筑机械自动控制技术领域，涉及一种自动振捣装置的控制系统及控制方法，具体涉及一种大型预制钢筋混凝土结构自动振捣装置的控制系统及控制方法。

背景技术

大型预制梁一般跨径大、体积大且对混凝土施工质量要求高，混凝土的自动振捣是实现建筑机械自动化的一个关键环节，目前，在工程技术领域虽有多款振捣装置，但基本都是人工操作振捣棒来进行振捣工作，尚未开发出针对大型预制钢筋混凝土结构振捣装置的控制系统与控制方法，无法实现对行走车架位移，轮盘旋转、机械臂调节角度和振捣棒振捣等关键部件单元的控制，不利于钢筋混凝土振捣朝着自动化方向的发展。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种自动振捣装置的控制系统及控制方法，用于预制钢筋混凝土的自动化振捣工作，利用振捣装备能够实现钢筋混凝土结构振捣施工自动化和标准化操作。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

第一方面，一种自动振捣装置的控制系统，所述控制系统用于控制振捣装置进行自动振捣工作，包括上位机模块、PLC控制模块以及传感检测模块；

所述上位机模块的数据输出端与PLC控制模块的通信端口相连，上位机模块用于控制PLC控制系统的输入，同时用于显示PLC控制模块中储存的振捣装置的运动状态信息，所述振捣装置的运动状态信息包括车架运行信息、电机状态、机械臂角度、振捣棒作用点、振捣棒运行状态；

所述PLC控制模块用于接收到上位机模块的控制信号后对信号进行识别处理，并控制振捣装置按照控制信号的变化对振捣装置的执行机构进行控制，所述执行机构包括行走车架、轮盘、机械臂以及振捣棒等，并接收来自所述检测模块的关于振捣装置的检测信息；

所述传感检测模块的输出端与PLC控制模块的输入端相连，所述传感检测模块的输入端分别与上位机模块和振捣装置的执行机构连接；用于实时对行走车架的位移、振捣棒下降高度、振捣棒下降圈数、机械臂调节的角度等相关参数进行检测，并将检测到的信息实时传输至PLC控制模块，PLC控制模块通过将检测信息与预设状态进行对比，根据对比结果，PLC控制模块进行调整控制系统的运作。

结合第一方面，进一步地，所述控制系统还包括硬件电路模块，所述硬件电路模块用于为控制系统中各个模块提供工作电源和为各模块之间提供通信电路；所述传感检测模块的输入端与硬件电路模块连接。

结合第一方面，进一步地，所述PLC控制模块包括系统控制单元、行走控制单元、轮盘控制单元、机械臂控制单元、振捣棒控制单元以及PLC控制端口单元；

所述系统控制单元用于向振捣装置发送系统控制信号，包括系统的启动、系统的停止、系统的工作模式以及紧急情况下的急停；

所述行走控制单元用于控制行走车架的运动，所述行走车架的运动包括车架上电机的启动与停止、前进后退的位移以及前进后退的速度；

所述轮盘控制单元用于控制储装振捣棒的轮盘运动，所述轮盘运动包括控制轮盘旋转电机的启动与停止、轮盘旋转的方向以及轮盘旋转的速度；

所述机械臂控制单元用于控制设置于机械臂上的伸缩电缸和调角电缸的运动，所述伸缩电缸和调角电缸的运动包括伸缩电缸和调角电缸的启动与停止、伸缩电缸和调角电缸的伸长与收缩、伸缩电缸和调角电缸的伸缩速度以及伸缩电缸和调角电缸伸缩后振捣棒下降的角度；

所述振捣棒控制单元用于向振捣棒发送指令控制信号，所述振捣棒的控制信号包括振捣棒的启动与停止、振捣棒振捣的频率；

所述PLC控制端口单元用于外接振捣装置的执行机构、检测装置以及上位机模块，PLC控制模块将接收到的控制信号以及检测信号经过处理后通过输出端口发送至振捣装置的执行机构，所述振捣装置的执行机构包括车体驱动电机、轮盘旋转电机、导向驱动电机、伸缩电缸、调角电缸以及振捣棒等，控制振捣系统完成振捣相关工作。

进一步地，PLC控制端口单元分别外接振捣车体的车体驱动电机、轮盘旋转电机、导向驱动电机、伸缩电缸、调角电缸以及振捣棒。

结合第一方面，进一步地，所述上位机模块包括上位机端口单元、车架运行信息显示单元、电机状态显示单元、机械臂角度显示单元、振捣棒作用点显示单元以及振捣棒运行状态显示单元；

所述上位机端口单元与PLC控制端口单元相连，使上位机模块能够接收来自PLC控制模块和传感检测模块发出的信息，并通过操作上位机来控制振捣装置的实时操作；

所述车架运行信息显示单元用于显示承载运送振捣装置的行走车架的位移情况，位移情况包括距离出发零点的实际位移以及行走车架两侧轮组与轨道的间隙距离；

所述电机状态显示单元用于显示使轮盘旋转的轮盘旋转电机和主动导向机构的导向驱动电机的状态信息，包括运行过程中实际的扭矩和速度；

所述机械臂角度显示单元用于显示构成机械臂的伸缩电缸与调角电缸的状态信息，包括两电缸伸出的位移，并由两者实际的伸出位移经PLC控制模块计算出的角度；

所述振捣棒作用点显示单元用于振捣棒振捣混凝土的作用点，具体包括显示运载车架运行的横向位移、振捣棒下降的高度、振捣棒倾斜的角度。

所述振捣棒运行状态显示单元用于显示振捣棒运行过程中的频率、下降的速度、下降的高度。

结合第一方面，进一步地，所述传感检测模块包括位移检测单元和圈数检测单元；所述位移检测单元和圈数检测单元用于将检测到关于振捣装置的振捣信息，通过检测电路传输至PLC控制模块，以便调整振捣装置的振捣运动；

所述位移检测单元包括设置于行走车架上的第一光电传感器和第二光电传感器、轮盘旋转电机上的第一编码器、伸缩电缸上的第二编码器以及调角电缸上的第三编码器；

所述第一光电传感器设置于行走车架左侧，通过光电原理来判断车架行走机构位移情况；所述第一编码器用于判断振捣棒下降的位移，具体是通过圈数检测单元中的第二光电传感器判断振捣棒实时下降的圈数，由圈数来推出此时振捣棒卷曲直径，再由轮盘旋转电机上的编码器得到的轮盘旋转的角度，最终得到振捣棒下降的位移；所述第二编码器用于判断伸缩电缸的位移，所述第三编码器用于判断调角电缸的位移，进而可以通过PLC控制程序计算出两电缸组成的机械臂调节后所处角度，即振捣棒下降的角度；

所述圈数检测单元包括作为检测装置的设置于行走车架右端内侧的第二光电传感器，所述第二光电传感器用于判断振捣棒下降的圈数，具体为第二光电传感器测得振捣棒下降的位移，由于振捣棒卷曲存储于储管机构内，因而在振捣棒下降的过程中，圈数会由第二圈变为第一圈，第二光电传感器测得的位移也会变化，可以根据不同的位移，判断是第一圈还是第二圈。

结合第一方面，进一步地，所述硬件电路模块包括电源电路、检测电路以及显示电路；

所述电源电路用于为整个振捣装置提供工作电源，保证整个振捣装置的正常运行；

所述检测电路用于连接传感检测模块中的各编码器和各光电传感器，并将检测到信息传输至PLC控制模块；

所述显示电路用于将上位机模块的控制信号传输至PLC控制模块，同时将PLC控制模块中实时的运行信息传输到上位机模块。

结合第一方面，进一步地，所述上位机模块、PLC控制模块以及传感检测模块之间采用屏蔽线实现电路连接，减少电路互相之间的干扰。

结合第一方面，进一步地，所述振捣控制系统，用于大型预制钢筋混凝土结构自动振捣，为了实现效果，开发设计了3种功能，闭环控制功能、同步控制功能、紧急报警功能等；

闭环控制功能主要涉及PLC控制模块、传感检测模块以及硬件电路模块，根据传感检测模块采集到的相关数据实时反馈给PLC控制模块，实时的调整振捣装置的振捣状态。相关数据包括车体驱动电机的位移，伸缩电缸和调角电缸的位移、轮盘转动的圈数、振捣棒下降的高度。

同步控制功能为PLC控制模块内部预设的算法，用于控制振捣棒下降的轮盘旋转电机与主动导向机构的导向驱动电机同步工作，保证振捣棒在轮盘处的下降速度与经过主动导向机构处的下降速度同步，来保证振捣装置运行的可靠性与安全性。

进一步地，本发明的控制系统还包括紧急报警装置，所述紧急报警装置分别与PLC控制模块、传感检测模块以及硬件电路模块连接，当任一模块的状态与预设值不相同时，启动紧急报警，暂停振捣装置运行，等待检查

所述的闭环控制功能即在每一个伸出振捣棒进行振捣的控制循环中，系统会根据采集进行振捣的相关机构，如行走车架、轮盘、电缸、电机、振捣棒的运动信息，实时的调整振捣装置的振捣状态；

所述同步控制功能即在振捣系统的振捣过程中，用于控制振捣棒下降的轮盘上的轮盘旋转电机与主动导向机构的导向驱动电机，保证振捣棒在轮盘处的下降速度与经过主动导向机构的下降速度一致，来保证振捣装置运行的可靠性与安全性。

第二方面，一种自动振捣装置的控制方法，利用上述的控制系统，包括以下步骤：

S1：启动所述控制系统，并对所述控制系统进行调试；

S2：行走车架开始行走，并判断是否到达预设的第一处振捣位置；

S3：启动伸缩电缸和调角电缸，调节振捣棒下降的角度，并判断是否达到振捣棒下降的预设角度；

S4：启动轮盘旋转电机，使振捣棒伸长到指定位置；

S5：振捣棒下插，进行振捣；

S6：振捣停止；

S7：轮盘旋转电机开始反转，振捣棒上拔，回收振捣棒；

S8：回缩伸缩电缸和调角电缸到零点位置。

结合第二方面，进一步地，所述步骤S1的具体步骤为：所述控制系统启动；选择手动工作模式或自动模式，对控制系统进行调试，如果控制系统工作正常，执行下一步判断，如果控制系统存在问题（比如控制系统工作电压异常或其他模块异常触发紧急报警的情况），则停止控制系统，检查控制系统各模块；

所述步骤S2的具体步骤为：横向行走车架开始行走，判断是否到达预设的第一处振捣位置，如果没有，控制系统重新确定位置，并运行到指定位置，如果已经到达第一处振捣位置，则控制系统进入下一步，开始进行振捣的运动；

所述步骤S3的具体步骤为：启动伸缩电缸和调角电缸，调节振捣棒下降的角度（振捣棒下降的角度能够通过调角电缸伸出的距离进行比例换算计算得到），判断是否达到振捣棒下降的预设角度，如果没有，系统重新确定角度，并将其分配给伸缩电缸与调角电缸进行伸缩，如果已经到达振捣棒下降的角度，则系统进入下一步；

所述步骤S4的具体步骤为：启动轮盘旋转电机，并启动快速下插模式，带动轮盘旋转，进而带动振捣棒伸长到指定位置，判断下降是否振捣位置，如果没有，系统重新确定位置，并运行到指定位置，如果已经到达下降振捣位置，则系统进入下一步；

所述步骤S5的具体步骤为：：进行振捣，并对振捣棒在混凝土中振捣的时间进行计时，使其达到混凝土振捣施工的工艺要求，如果没有则重新振捣，保证振捣时间达标，系统进入下一步；

所述步骤S6的具体步骤为：：振捣停止；

所述步骤S7的具体步骤为：：轮盘旋转电机开始反转，并启动慢速上拔模式，带动轮盘向内旋转，进而带动振捣棒回收，判断振捣棒是否回收到零点位置，如果没有，系统再次启动轮盘旋转电机使振捣棒回收到达零点位置，如果已经到达零点位置，则系统进入下一步；

所述步骤S8的具体步骤为：：回缩伸缩电缸和调角电缸到零点位置，判断伸缩电缸和调角电缸是否到达零点位置，如果没有，系统重新确定零点位置和限位开关，并再次回缩伸缩电缸和调角电缸使两者到达零点位置，如果已经到达零点位置，则结束此次振捣。

需要说明的是：上述快速下插模式，在下插时，需要快速下插（快速指振捣棒下降速度为0.4m/s～0.8m/s），故预设的程序使得轮盘旋转电机转速达到振捣棒下降速度的要求；上述慢速上拔模式，是混凝土振捣施工要求，在上拔时，需要慢速上拔（慢速振捣棒下升速度为0.2m/s～0.4m/s），故预设的程序使得轮盘旋转电机转速达到振捣棒上升速度的要求。上述手动工作模式表示通过手动模式操作上位机单独使某一执行部件运动，而其他执行部件均不动；上述自动模式为指控制下达后，按照上述控制方法的步骤进行全自动振捣。

与现有技术相比，本发明提供了一种自动振捣装置的控制系统及控制方法，具备以下有益效果：

（1）本发明的控制系统通过设置上位机模块能方便的对振捣装置进行控制，通过PLC控制模块中的系统控制单元可以随意的切换系统的工作模式（在手动工作模式和自动模式之间切换），实现系统的启动、停止以及紧急停止；同时，可以调节行走车架的位移、控制轮盘的旋转进而带动振捣棒下降、机械臂调节振捣棒下降的角度、振捣棒振捣的启动停止与工作频率实现振捣位置的移动，将钢筋混凝土振捣这一过程自动化、标准化了；

（2）本发明的控制系统通过设置传感检测模块实时的对振捣系统的运动状态进行检测，保证行走车架的移动、振捣棒的下降、伸缩电缸以及调角电缸的伸缩可以到达预设指定位置；同时，当检测到振捣系统运动状态不正常时，将信息反馈给振捣控制系统，调整振捣装置的运动状态，当出现紧急情况时发出报警信息，并将装备紧急停止，提高了该振捣装置工作的安全性以及可靠性；

（3）本发明的控制系统各个组成模块通过控制电路连接为一个整体，使得系统的结构更加紧凑；同时，模块之间也可以通过电路进行信息的交互，提高了系统获得信息的及时性。

附图说明

图1为本发明控制系统的结构示意图；

图2为本发明控制方法的振捣动作流程图；

图3为本发明实施例中自动振捣装置的立体结构示意图一（图中振捣棒未示出）；

图4为本发明实施例中自动振捣装置的主视结构示意图（图中振捣棒未示出）；

图5为本发明实施例中自动振捣装置中对滚机构的立体结构示意图；

图6为本发明实施例中自动振捣装置中角度调节机构的立体结构示意图；

图7为本发明实施例中自动振捣装置中主动导向机构和第二导向架的立体结构示意图。

图中附图标记的含义为：100-上位机模块；101-上位机端口单元；102-车架运行信息显示单元；103-电机状态显示单元；104-机械臂角度显示单元；105-振捣棒作用点显示单元；106-振捣棒运行状态显示单元；200-PLC控制模块；201-系统控制单元；202-行走控制单元；203-轮盘控制单元；204-机械臂控制单元；205-振捣棒控制单元；206-PLC控制端口单元；300-传感检测模块；301-位移检测单元；302-圈数检测单元；400-硬件电路模块；401-电源电路；402-检测电路；403-显示电路；1-车架；2-前轮组；3-车体驱动电机；4-传动机构；5-后轮组；6-轮盘旋转电机；7-轮盘；8-滑环；9-轮轴；10-轴承座；11-储管支架；12-对滚机构；13-机械臂；14-主动导向机构；15-第二导向架；16-连接支撑板；17-第一支撑板；18-第二支撑板；19-第一滚轮组；20-第二滚轮组；21-第一支架；22-摆动臂；23-调角电缸；24-第一电缸铰支座；25-第二电缸铰支座；26-伸缩电缸；27-伸缩臂；28-第三电缸铰支座；29-第一导向架；30-第三滚轮组；31-滚轮支撑板；32-第四滚轮组；33-导向驱动电机；34-第一光电传感器；35-第二光电传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的控制系统用于控制的振捣装置可能包括的结构如下：

如图3、图4以及图7所示，本发明中的振捣装置，包括振捣车体、振捣棒、设置于振捣车体上的储管机构和对滚机构12；振捣棒为高频振捣棒，为对混凝土进行振捣的执行部件；振捣车体能够在带动振捣装置在施工区域位移；储管机构用于对振捣棒进行收卷和放卷，以实现振捣棒的自动上下插拔；对滚机构12用于对振捣棒进行导向。

振捣车体包括行走车架1、前轮组2、后轮组5、传动机构4以及车体驱动电机3，前轮组2设置于行走车架1前端，后轮组5设置于行走车架1后端，传动机构4设置于行走车架1中部，用于传递动力，车体驱动电机3用于直接驱动前轮组2，前轮组2通过传动机构4带动后轮组5转动，实现振捣车体的位移。

车体驱动电机3设置于行走车架1前端；振捣车体为四轮驱动；前轮组2和后轮组5中的前后轮放置于施工区域成对设置的横向和纵向的导轨上，实现本发明的振捣装置在水平方向上的移动，使得本发明的振捣装置能够对施工全域的混凝土进行振捣。

储管机构包括轮盘7、轮轴9、轴承座支架、储管支架11以及轮盘旋转电机6；轮盘7设置于轮轴9上，轮轴9的一端设置在轴承座支架上，另一端设置在储管支架11上，轮盘旋转电机6设置于轴承座支架上，轴承座支架和储管支架11皆设置于振捣车体上，轮盘7在轮轴9上为近储管支架11侧设置，轮盘旋转电机6驱动轮轴9转动，轮轴9带动轮盘7转动，实现绕卷在轮盘7上的振捣棒被收卷或放卷，进而实现振捣棒的上下移动和定位。

储管机构还包括滑环8，滑环8设置于轮轴9上，用于保证轮盘7在转动过程中，电线不发生缠绕。优选地，滑环8设置于轮盘7和轴承座支架之间。

储管支架11通过螺栓连接固定在行走车架1上，轮盘旋转电机6通过螺栓连接安装于轴承座支架上。

轴承座支架和储管支架11皆设置于行走车架1上。

轮盘7为下沉式设置，即轮盘7的半径大于轮轴9的中轴线至行走车架1上表面的距离，行走车架1内设置有能够容纳轮盘7的空间部，下沉式设置，保证振捣装置整体结构在高度方向结构紧凑，避免与上方布料机干涉。

在本实施例的一种具体实施方式中，振捣车体前轮组2与后轮组5近轮盘7侧，分别设置有滑轮，滑轮的设置是用于对振捣棒起限位作用，滑轮与轮盘7的间隙用于供振捣棒通过。

如图5所示，对滚机构12包括连接支撑板16、第一支撑板17、第二支撑板18、第一滚轮组19以及第二滚轮组20；连接支撑板16设置于振捣车体上，第一支撑板17和第二支撑板18设置于连接支撑板16上，第一支撑板17和第二支撑板18之间设置有第一滚轮组19和第二滚轮组20，第一滚轮组19和第二滚轮组20之间设置有容纳振捣棒穿过的空隙，对振捣棒起导向作用。

连接支撑板16为L型板，L型板的短板设置于行走车架1上，长板与第一支撑板17和第二支撑板18连接；第一滚轮组19和第二滚轮组20皆为U型滚轮组，且两滚轮组结构与尺寸一致；第一滚轮组19和第二滚轮组20为相互平行设置，第一滚轮组19一端与第一支撑板17连接，；另一端与第二支撑板18连接；第一支撑板17和第二支撑板18结构尺寸一致，并对称且相互平行设置于连接支撑板16上。

振捣棒包括电缆段和振捣棒头，电缆段包括设置于外部的橡胶管和设置于橡胶管内部的电缆，振捣棒头包括设置于外部的锰钢、设置于锰钢内部的振捣棒电机和与振捣棒电机连接的电缆，电缆段一端与电控柜连接，另一端与振捣棒电机连接，电控柜置于振捣车体上。本发明中高频振捣棒与现有市场上高频振捣棒的结构相同，其工作原理也与现有技术中的相同。

如图7所示，本发明中的振捣装置还包括主动导向机构14，主动导向机构14设置于振捣车体的下部，包括第一导向架29、第三滚轮组30、滚轮支撑板31、第四滚轮组32以及导向驱动电机33；第一导向架29的左端直接或通过连接件与振捣车体连接，右端与滚轮支撑板31连接，后侧与导向驱动电机33连接；第三滚轮组30设置在第一导向架29内，且设置于与导向驱动电机33同轴线的位置，第四滚轮组32设置于滚轮支撑板31上，第三滚轮组30和第四滚轮组32为相互平行设置；第三滚轮组30和第四滚轮组32之间设置有供振捣棒通过的空隙，且空隙能够调节；导向驱动电机33用于驱动第三滚轮组30转动。

第一导向架29为U型导向架，U型的底部通过连接件与振捣车体的行走车架1连接。滚轮支撑板31有两条，平行设置，第四滚轮组32设置于两条滚轮支撑板31之间。

滚轮支撑板31为T型板。

滚轮支撑板31与第一导向架29通过螺栓连接，通过螺栓能够调节第三滚轮组30和第四滚轮组32之间的间隙，比如通过拧紧螺栓，第三滚轮组30和第四滚轮组32之间的间隙变小，通行在两滚轮组之间的振捣棒的橡胶管发生弹性变形，振捣棒被充分夹持住，当导向驱动电机33驱动第三滚轮组30转动时，振捣棒就是被迫向下振捣，避免了振捣棒下落精度差的问题。

如图6所示，本发明中的振捣装置还包括机械臂13，机械臂13替换连接件，设置于振捣车体与主动导向机构14之间，第一导向架29的左端与机械臂13的下端连接；机械臂13用于调节振捣棒的行程和角度。

机械臂13包括第一支架21、摆动臂22、调角电缸23、第一电缸铰支座24、第二电缸铰支座25、伸缩电缸26、伸缩臂27及第三电缸铰支座28；第一支架21设置于振捣车体的下方；摆动臂22设置于第一支架21的下端，调角电缸23用于驱动摆动臂22左右摆动；调角电缸23一端设置于第一支架21上，另一端设置于摆动臂22上；伸缩臂27嵌套于摆动臂22内部；伸缩电缸26一端设置于摆动臂22上，另一端设置于伸缩臂27上，伸缩电缸26用于驱动伸缩臂27在摆动臂22内伸出和回缩。通过调角电缸23和伸缩电缸26的组合，能够实现振捣棒的定位和避障振捣，此外，通过伸缩臂27和摆动臂22的组合，可对振捣棒起到助力作用，帮助振捣棒更好地下降振捣。

摆动臂22通过铰支座安装于第一支架21的下端。第一支架21通过螺栓连接在振捣车体的下方。调角电缸23通过第一电缸铰支座24安装于摆动臂22上。伸缩电缸26一端通过第二电缸铰支座25设置于摆动臂22上，另一端通过第三电缸铰支座28设置于伸缩臂27上。

如图7所示，本发明中的振捣装置还包括第二导向架15，用于为振捣棒提供导向作用，第二导向架15设置于主动导向机构14的底部，第二导向架15包括设置于下部的导向环，工作时振捣棒的振捣棒头穿过第二导向架15的导向环，防止振捣棒的橡胶管柔度影响棒头的定位。

第二导向架15与第三滚轮组30和第四滚轮组32之间的空隙上下对应设置。

第二导向架15焊接于主动导向机构14底端。在本实施例的一种具体实施方式中，还包括控制系统，控制系统分别与振捣车体、振捣棒、储管机构、机械臂13以及主动导向机构14电性连接，用于控制各机构之间的振捣动作的执行。

在本实施例的一种具体实施方式中，控制系统与振捣车体的车体驱动电机3电性连接，用于控制振捣装置水平方向移动；控制系统与振捣棒的振捣棒电源电性连接，用于控制振捣棒的频率；控制系统与储管机构的轮盘旋转电机6电性连接，用于控制轮盘卷放振捣棒的电缆段；控制系统分别与机械臂13的调角电缸23、伸缩电缸26电性连接，用于控制振捣棒定位和避障振捣；控制系统与主动导向机构14的导向驱动电机33电性连接，用于通过导向驱动电机33控制第三滚轮组30的转动，对振捣棒起到助力作用。

鉴于大型预制梁跨度大，目前大型预制梁钢筋混凝土振捣施工时，工人在振捣时需要移动振捣，施工工人劳动强度大、效率低，本发明中的振捣装置采用四轮驱动方式的振捣车体，能够实现振捣装置在水平方向上快速移动，对施工全域的混凝土进行振捣；储管机构的设置是以代替工人手持振捣棒上下振捣，能够较好地控制振捣棒的收、放，实现振捣棒的上下移动和定位；对滚机构12对振捣棒起到导向作用；机械臂13的设置是以代替工人手持振捣棒定位振捣，机械臂13通过调角电缸23和伸缩电缸26的组合能够实现避障振捣；主动导向机构14对振捣棒起到导向和助力作用。

如图2和图4所示，本发明的控制系统，控制系统用于控制振捣装置进行自动振捣工作，包括上位机模块100、硬件电路模块400、PLC控制模块200以及传感检测模块300；

上位机模块100的数据输出端与PLC控制模块200的通信端口相连，上位机模块100用于控制PLC控制系统的输入，同时用于显示PLC控制模块200中储存的振捣装置的运动状态信息，振捣装置的运动状态信息包括车架运行信息、电机状态、机械臂13角度、振捣棒作用点、振捣棒运行状态；

PLC控制模块200用于接收到上位机模块100的控制信号后对信号进行识别处理，并控制振捣装置按照控制信号的变化对控制系统、行走车架、轮盘7、机械臂13以及振捣棒等执行元件进行控制，并在变化过程中接收来自检测模块的关于振捣装置的检测信息；

传感检测模块300的输出端与PLC控制模块200的输入端相连，传感检测模块300的输入端与振捣装置的执行机构、上位机模块100以及硬件电路模块400连接；用于实时对行走车架的位移、振捣棒下降高度、振捣棒下降圈数、机械臂13调节的角度等相关参数进行检测，并将检测到的信息实时传输至PLC控制模块200，PLC控制模块200通过将检测信息与预设状态进行对比，根据对比结果，PLC控制模块200进行调整控制系统的运作；

硬件电路模块400用于为控制系统中各个模块提供工作电源和为各模块之间提供通信电路。

在本实施例的一种具体实施方式中，PLC控制模块200包括系统控制单元201、行走控制单元202、轮盘控制单元203、机械臂13控制单元204、振捣棒控制单元205以及PLC控制端口单元206；

系统控制单元201用于向振捣装置发送系统控制信号，包括系统的启动、系统的停止、系统的工作模式以及紧急情况下的急停；

行走控制单元202用于控制行走车架的运动，行走车架的运动包括车架上电机的启动与停止、前进后退的位移以及前进后退的速度；

轮盘控制单元203用于控制储装振捣棒的轮盘7运动，轮盘7运动包括控制轮盘旋转电机6的启动与停止、轮盘7旋转的方向以及轮盘7旋转的速度；

机械臂13控制单元204用于控制设置于机械臂13上的伸缩电缸26和调角电缸23的运动，伸缩电缸26和调角电缸23的运动包括伸缩电缸26和调角电缸23的启动与停止、伸缩电缸26和调角电缸23的伸长与收缩、伸缩电缸26和调角电缸23的伸缩速度以及伸缩电缸26和调角电缸23伸缩后振捣棒下降的角度；

振捣棒控制单元205用于向振捣棒发送指令控制信号，振捣棒的控制信号包括振捣棒的启动与停止、振捣棒振捣的频率；

PLC控制端口单元206用于外接振捣装置的执行机构、检测装置以及上位机模块100，PLC控制模块200将接收到的控制信号以及检测信号经过处理后通过输出端口发送至振捣装置的执行机构，振捣装置的执行机构包括车体驱动电机3、轮盘旋转电机6、导向驱动电机33、伸缩电缸26、调角电缸23以及振捣棒等，控制振捣系统完成振捣相关工作。

在本实施例的一种具体实施方式中，PLC控制端口单元206分别外接振捣车体的车体驱动电机3、轮盘旋转电机6、导向驱动电机33、伸缩电缸26、调角电缸23以及振捣棒。

在本实施例的一种具体实施方式中，上位机模块100包括上位机端口单元101、车架运行信息显示单元102、电机状态显示单元103、机械臂13角度显示单元104、振捣棒作用点显示单元105以及振捣棒运行状态显示单元106；

上位机端口单元101与PLC控制端口单元206相连，使上位机模块100能够接收来自PLC控制模块200和传感检测模块300发出的信息，并通过操作上位机来控制振捣装置的实时操作；

车架运行信息显示单元102用于显示承载运送振捣装置的行走车架的位移情况，位移情况包括距离出发零点的实际位移以及行走车架两侧轮组与轨道的间隙距离；

电机状态显示单元103用于显示使轮盘7旋转的轮盘旋转电机6和主动导向机构14的导向驱动电机33的状态信息，包括运行过程中实际的扭矩和速度；

机械臂13角度显示单元104用于显示构成机械臂13的伸缩电缸26与调角电缸23的状态信息，包括两电缸伸出的位移，并由两者实际的伸出位移经PLC控制模块200计算出的角度；

振捣棒作用点显示单元105用于振捣棒振捣混凝土的作用点，具体包括显示运载车架运行的横向位移、振捣棒下降的高度、振捣棒倾斜的角度。

振捣棒运行状态显示单元106用于显示振捣棒运行过程中的频率、下降的速度、下降的高度。

在本实施例的一种具体实施方式中，传感检测模块300包括位移检测单元301和圈数检测单元302；位移检测单元301和圈数检测单元302用于将检测到关于振捣装置的振捣信息，通过检测电路402传输至PLC控制模块200，以便调整振捣装置的振捣运动；

位移检测单元301包括设置于行走车架上的第一光电传感器34和第二光电传感器35、轮盘旋转电机6上的第一编码器、伸缩电缸26上的第二编码器以及调角电缸23上的第三编码器；

第一光电传感器34设置于行走车架左侧，通过光电原理来判断车架行走机构位移情况；第一编码器用于判断振捣棒下降的位移，具体是通过圈数检测单元302中的第二光电传感器35判断振捣棒实时下降的圈数，由圈数来推出此时振捣棒卷曲直径，再由轮盘旋转电机6上的编码器得到的轮盘7旋转的角度，最终得到振捣棒下降的位移；第二编码器用于判断伸缩电缸26的位移，第三编码器用于判断调角电缸23的位移，进而可以通过PLC控制程序计算出两电缸组成的机械臂13调节后所处角度，即振捣棒下降的角度；

圈数检测单元302包括作为检测装置的设置于行走车架右端内侧的第二光电传感器35，第二光电传感器35用于判断振捣棒下降的圈数，具体为第二光电传感器35测得振捣棒下降的位移，由于振捣棒卷曲存储于储管机构内，因而在振捣棒下降的过程中，圈数会由第二圈变为第一圈，第二光电传感器35测得的位移也会变化，可以根据不同的位移，判断是第一圈还是第二圈。

在本实施例的一种具体实施方式中，硬件电路模块400包括电源电路401、检测电路402以及显示电路403；

电源电路401用于为整个振捣装置提供工作电源，保证整个振捣装置的正常运行；

检测电路402用于连接传感检测模块300中的各编码器和各光电传感器，并将检测到信息传输至PLC控制模块200；

显示电路403用于将上位机模块100的控制信号传输至PLC控制模块200，同时将PLC控制模块200中实时的运行信息传输到上位机模块100。

在本实施例的一种具体实施方式中，上位机模块100、PLC控制模块200以及传感检测模块300之间采用屏蔽线实现电路连接，减少电路互相之间的干扰。

在本实施例的一种具体实施方式中，振捣控制系统，用于大型预制钢筋混凝土结构自动振捣，为了实现效果，开发设计了3种功能，闭环控制功能、同步控制功能、紧急报警功能等；

闭环控制功能主要涉及PLC控制模块200、传感检测模块300以及硬件电路模块400，根据传感检测模块300采集到的相关数据实时反馈给PLC控制模块200，实时的调整振捣装置的振捣状态。相关数据包括车体驱动电机3的位移，伸缩电缸26和调角电缸23的位移、轮盘7转动的圈数、振捣棒下降的高度。

同步控制功能为PLC控制模块200内部预设的算法，用于控制振捣棒下降的轮盘旋转电机6与主动导向机构14的导向驱动电机33同步工作，保证振捣棒在轮盘7处的下降速度与经过主动导向机构14处的下降速度同步，来保证振捣装置运行的可靠性与安全性。

在本实施例的一种具体实施方式中，本发明的控制系统还包括紧急报警装置，紧急报警装置分别与PLC控制模块200、传感检测模块300以及硬件电路模块400连接，当任一模块的状态与预设值不相同时，启动紧急报警，暂停振捣装置运行，等待检查

的闭环控制功能即在每一个伸出振捣棒进行振捣的控制循环中，系统会根据采集进行振捣的相关机构，如行走车架、轮盘、电缸、电机、振捣棒的运动信息，实时的调整振捣装置的振捣状态；

同步控制功能即在振捣系统的振捣过程中，用于控制振捣棒下降的轮盘7上的轮盘旋转电机6与主动导向机构14的导向驱动电机33，保证振捣棒在轮盘7处的下降速度与经过主动导向机构14的下降速度一致，来保证振捣装置运行的可靠性与安全性。

如图2所示，本发明的控制方法，利用上述的控制系统，包括以下步骤：

S1：控制系统启动；选择手动工作模式或自动模式，对控制系统进行调试，如果控制系统工作正常，执行下一步判断，如果控制系统存在问题（比如控制系统工作电压异常或其他模块异常触发紧急报警的情况），则停止控制系统，检查控制系统各模块；

S2：横向行走车架开始行走，判断是否到达预设的第一处振捣位置，如果没有，控制系统重新确定位置，并运行到指定位置，如果已经到达第一处振捣位置，则控制系统进入下一步，开始进行振捣的运动；

S3：启动伸缩电缸26和调角电缸23，调节振捣棒下降的角度（振捣棒下降的角度能够通过调角电缸23伸出的距离进行比例换算计算得到），判断是否达到振捣棒下降的角度，如果没有，系统重新确定角度，并将其分配给伸缩电缸26与调角电缸23进行伸缩，如果已经到达振捣棒下降的角度，则系统进入下一步；

S4：启动轮盘旋转电机6，并启动快速下插模式，带动轮盘7旋转，进而带动振捣棒伸长到指定位置，判断下降是否振捣位置，如果没有，系统重新确定位置，并运行到指定位置，如果已经到达下降振捣位置，则系统进入下一步；

S5：进行振捣，并对振捣棒在混凝土中振捣的时间进行计时，使其达到混凝土振捣施工的工艺要求，如果没有则重新振捣，保证振捣时间达标，系统进入下一步；

S6：振捣停止；

S7：轮盘旋转电机6开始反转，并启动慢速上拔模式，带动轮盘7向内旋转，进而带动振捣棒回收，判断振捣棒是否回收到零点位置，如果没有，系统再次启动轮盘旋转电机6使振捣棒回收到达零点位置，如果已经到达零点位置，则系统进入下一步；

S8：回缩伸缩电缸26和调角电缸23到零点位置，判断伸缩电缸26和调角电缸23是否到达零点位置，如果没有，系统重新确定零点位置和限位开关，并再次回缩伸缩电缸26和调角电缸23使两者到达零点位置，如果已经到达零点位置，则结束此次振捣。

在本实施例的一种具体实施方式中，进行快速下插时，振捣棒棒下降速度为0.4m/s～0.8m/s；进行慢速上拔时，振捣棒下升速度为0.2m/s～0.4m/s。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种自动振捣装置的控制系统，其特征在于：包括上位机模块、PLC控制模块以及传感检测模块；

所述上位机模块的数据输出端与PLC控制模块的通信端口相连，上位机模块用于控制PLC控制系统的输入，同时用于显示PLC控制模块中储存的振捣装置的运动状态信息；

所述PLC控制模块用于接收到上位机模块的控制信号后对信号进行识别处理，并控制振捣装置按照控制信号的变化对振捣装置的执行机构进行控制，所述执行机构包括行走车架、轮盘、机械臂以及振捣棒，并接收来自所述检测模块的关于振捣装置的检测信息；

所述传感检测模块的输出端与PLC控制模块的输入端相连，所述传感检测模块的输入端分别与上位机模块和振捣装置的执行机构连接，用于实时对行走车架的位移、振捣棒下降高度、振捣棒下降圈数、机械臂调节的角度进行检测，并将检测到的信息实时传输至PLC控制模块，PLC控制模块通过将检测信息与预设状态进行对比，根据对比结果，PLC控制模块进行调整控制系统的运作。

2.根据权利要求1所述的一种自动振捣装置的控制系统，其特征在于：所述PLC控制模块包括系统控制单元、行走控制单元、轮盘控制单元、机械臂控制单元、振捣棒控制单元以及PLC控制端口单元；

所述系统控制单元用于向振捣装置发送系统控制信号，包括系统的启动、系统的停止、系统的工作模式以及紧急情况下的急停；

所述行走控制单元用于控制行走车架的运动；

所述轮盘控制单元用于控制储装振捣棒的轮盘运动；

所述机械臂控制单元用于控制设置于机械臂上的伸缩电缸和调角电缸的运动；

所述振捣棒控制单元用于向振捣棒发送指令控制信号；

所述PLC控制端口单元用于外接振捣装置的执行机构、检测装置以及上位机模块，PLC控制模块接收到的控制信号以及检测信号经过处理后通过输出端口发送至振捣装置的执行机构，控制振捣系统完成振捣相关工作。

3.根据权利要求2所述的一种自动振捣装置的控制系统，其特征在于：所述上位机模块包括上位机端口单元、车架运行信息显示单元、电机状态显示单元、机械臂角度显示单元、振捣棒作用点显示单元以及振捣棒运行状态显示单元；

所述上位机端口单元与PLC控制端口单元相连，使上位机模块能够接收来自PLC控制模块和传感检测模块发出的信息，并通过操作上位机来控制振捣装置的实时操作；

所述车架运行信息显示单元用于显示承载运送振捣装置的行走车架的位移情况；

所述电机状态显示单元用于显示使轮盘旋转的轮盘旋转电机和主动导向机构的导向驱动电机的状态信息；

所述机械臂角度显示单元用于显示构成机械臂的伸缩电缸与调角电缸的状态信息；

所述振捣棒作用点显示单元用于振捣棒振捣混凝土的作用点；

所述振捣棒运行状态显示单元用于显示振捣棒运行过程中的频率、下降的速度、下降的高度。

4.根据权利要求1或3所述的一种自动振捣装置的控制系统，其特征在于：所述传感检测模块包括位移检测单元和圈数检测单元；所述位移检测单元和圈数检测单元用于将检测到关于振捣装置的振捣信息，通过检测电路传输至PLC控制模块，以便调整振捣装置的振捣运动；

所述位移检测单元包括设置于行走车架上的第一光电传感器和第二光电传感器、轮盘旋转电机上的第一编码器、伸缩电缸上的第二编码器以及调角电缸上的第三编码器；

所述第一光电传感器设置于行走车架左侧，通过光电原理来判断车架行走机构位移情况；所述第一编码器用于判断振捣棒下降的位移；所述第二编码器用于判断伸缩电缸的位移，所述第三编码器用于判断调角电缸的位移；

所述圈数检测单元包括作为检测装置的设置于行走车架右端内侧的第二光电传感器，所述第二光电传感器用于判断振捣棒下降的圈数。

5.根据权利要求4所述的一种自动振捣装置的控制系统，其特征在于：所述硬件电路模块包括电源电路、检测电路以及显示电路；

所述电源电路用于为整个振捣装置提供工作电源，保证整个振捣装置的正常运行；

所述检测电路用于连接传感检测模块中的各编码器和各光电传感器，并将检测到信息传输至PLC控制模块；

所述显示电路用于将上位机模块的控制信号传输至PLC控制模块，同时将PLC控制模块中实时的运行信息传输到上位机模块。

6.根据权利要求1所述的一种自动振捣装置的控制系统，其特征在于：所述上位机模块、PLC控制模块以及传感检测模块之间采用屏蔽线实现电路连接。

7.根据权利要求1所述的一种自动振捣装置的控制系统，其特征在于：还包括紧急报警装置，所述紧急报警装置分别与PLC控制模块、传感检测模块以及硬件电路模块连接，当任一模块的状态与预设值不相同时，启动紧急报警，暂停振捣装置运行，等待检查。

8.一种自动振捣装置的控制方法，其特征在于：利用权利要求1-7中任一项所述的控制系统，包括以下步骤：

S1：启动所述控制系统，并对所述控制系统进行调试；

S2：行走车架开始行走，并判断是否到达预设的第一处振捣位置；

S3：启动伸缩电缸和调角电缸，调节振捣棒下降的角度，并判断是否达到振捣棒下降的预设角度；

S4：启动轮盘旋转电机，使振捣棒伸长到指定位置；

S5：振捣棒下插，进行振捣；

S6：振捣停止；

S7：轮盘旋转电机开始反转，振捣棒上拔，回收振捣棒；

S8：回缩伸缩电缸和调角电缸到零点位置。

9.根据权利要求8所述的一种自动振捣装置的控制方法，其特征在于：

所述步骤S1的具体步骤为：所述控制系统启动；选择手动工作模式或自动模式，对控制系统进行调试，如果控制系统工作正常，执行下一步判断，如果控制系统存在问题，则停止控制系统，检查控制系统各模块；

所述步骤S2的具体步骤为：行走车架开始行走，判断是否到达预设的第一处振捣位置，如果没有，控制系统重新确定位置，并运行到指定位置，如果已经到达第一处振捣位置，则控制系统进入下一步，开始进行振捣的运动；

所述步骤S3的具体步骤为：启动伸缩电缸和调角电缸，调节振捣棒下降的角度，判断是否达到振捣棒下降的预设角度，如果没有，系统重新确定角度，并将其分配给伸缩电缸与调角电缸进行伸缩，如果已经到达振捣棒下降的角度，则系统进入下一步；

所述步骤S4的具体步骤为：启动轮盘旋转电机，并启动快速下插模式，带动轮盘旋转，进而带动振捣棒伸长到指定位置，判断下降是否振捣位置，如果没有，系统重新确定位置，并运行到指定位置，如果已经到达下降振捣位置，则系统进入下一步；

所述步骤S5的具体步骤为：进行振捣，并对振捣棒在混凝土中振捣的时间进行计时，使其达到混凝土振捣施工的工艺要求，如果没有则重新振捣，保证振捣时间达标，系统进入下一步。

10.根据权利要求8所述的一种自动振捣装置的控制方法，其特征在于：所述步骤S6的具体步骤为：振捣停止；

所述步骤S7的具体步骤为：轮盘旋转电机开始反转，并启动慢速上拔模式，带动轮盘向内旋转，进而带动振捣棒回收，判断振捣棒是否回收到零点位置，如果没有，系统再次启动轮盘旋转电机使振捣棒回收到达零点位置，如果已经到达零点位置，则系统进入下一步；

所述步骤S8的具体步骤为：回缩伸缩电缸和调角电缸到零点位置，判断伸缩电缸和调角电缸是否到达零点位置，如果没有，系统重新确定零点位置和限位开关，并再次回缩伸缩电缸和调角电缸使两者到达零点位置，如果已经到达零点位置，则结束此次振捣。

Images