1、 I 论文题目： 爬模机电气控制系统的设计 专 业： 自动化 摘 要 爬模机是 采用顶升式爬模，利用电机来爬升模板的机器。爬模机的模板安装与传统模板的安装流程上保持一致，但有区别的是模板的拆装过程。传统式模板安装需要将模板分开，一次安装一个小块，整个墙面需要安装很多次，而采用顶升式爬模模板安装，只需要由 5 根主立柱顶着整个工作平台上升，所有模板也随着整个平台顶升，一次性将所有模板吊装到位，大大简化了高层建筑物和桥梁的施工。 如果采用爬模机安装修建高层，模板安装这个过程花费也就不到 1 天时间，大大缩短了建筑所需时间 。因此对爬模机电气控制系统进行研究具有很大的现实意义。 文章对爬模机电气系统
2、的设 计进行了比较深入的研究， 论文的主要内容包括： 第一 ,阅读了一些爬模机电气控制系统的相关文献，对西门子 S7-200PLC、西门子MM420 变频器等有了深入的研究，搭建起了系统的硬件平台。 第二 ,在西门子 S7-200PLC 的编程软件平台上，设计出了爬模机工作的控制程序，完成对爬模机手动 6 个速度档位的控制与自动爬模程序。 第三 ,对西门子 Smart Line 700 触摸屏操作手册与 SIMATIC WinCC flexible 2008 软件进行了研究，设计出了触摸屏的 3 个操作界面，实现了触摸屏对爬模机的控制与监控。 最后在构建的爬模机硬件平台上进行安装与调试，验证系
3、统运行的可靠性。 关键词： 爬模机， PLC,变频器，触摸屏 II Subject: Electrical control system design of the Climbing Mould Machine Specialty: Automation ABSTRACT Climbing mould machine is adopt roof up type climb mode, greatly simplifies the tall building and bridge construction. Climbing mould machines form installation an
4、d traditional template of the installation process be consistent, but there is a difference between the disassembly process is template. Traditional form installation will need to separate template, a install a small piece of, the whole me tope need to install a lot of times, and use roof up type cl
5、imbing mould template installation, only need 5 root by lord pillar top the whole work platform rise, also with the jack-up platform, one-time all template hoisting in position. If use the foreign climbing mould machine installation build high-rise, template install this process cost less than 1 day
6、 time, greatly shorten the time required for the building. So the topics research has great practical significance. In this paper, the designs of climbing mould machines electrical control system are compared of further research. The main contents of the thesis include: Firstly by reading the releva
7、nt textbooks and papers, is familiar with Siemens S7-200PLC, Siemens MM420 frequency converter and potentiometer, establishing the system hardware platform. Secondly based on Siemens S7-200 PLC programming software design studying. Designed complete procedure the mould climbing machine work required
8、 , completion of the climbing formwork machine manual 6 speed shift control and automatic climbing program. Thirdly Based on learning with Siemens Smart Line 700 touch screen operation manual and SIMATIC WinCC flexible 2008 software, to design 3 touchscreen interface, realization of touch screen on
9、motor control and monitoring. The last connecting the hardware platform and the touch screen connected for debugging, verification of the system reliability. KEY WORDS: climbing mould machine, PLC, frequency converter, touch screen IV 目 录 第 1 章 绪论 . 1 1.1 课题来源 . 1 1.2 国内外爬模机研究现状 . 1 1.3 论文的研究内容 . 6
10、第 2 章 爬模机简介 . 7 2.1 爬模机机械 . 7 2.2 爬模机系统工作简介 . 8 2.2.1 系统顶升简介 . 8 2.2.2 主立柱自爬 . 8 2.3 爬模机油路 . 9 第 3 章 爬模机电气控制系统的设计 . 10 3.1 系统整体设计 . 10 3.1.1 系统整体设计思想 . 10 3.1.2 系统特点及预期达到效果 . 11 3.2 爬模机硬件设计 . 11 3.2.1 爬模机模拟硬件系统的电气连接图 . 11 3.2.2 PLC 的简介及在系统中的应用 . 12 3.2.3 变频器的简介及在该系统中的应用 . 19 3.3.2 变频器参数设定 . 24 3.2.4
11、 触摸屏简介 . 24 3.3 爬模机软件设计 . 26 3.3.1 PLC 程序设计 . 26 3.3.2 触摸屏的软件设计 . 27 第 4 章 爬模机电气控制系统设 计的实现 . 31 4.1 爬模机硬件系统实际连接与实现 . 31 4.2 触摸屏实际运行 界面显示 . 32 V 第 5 章 结论与展望 . 35 5.1 结论 . 35 5.2 展望 . 35 致 谢 . 37 参考文献 . 38 附录 . 40 附录一 PLC 程序设计图 . 40 1 第 1 章 绪论 1.1 课题来源 爬模机是机、电、液一体化的大型机械，应用于超高层建筑和桥梁的施工中，大大简化了施工的程序。随着交通
12、需要的飞速发展和桥梁技术的日益进步，现代桥梁逐渐向大跨度方向发展，出于结构上的需要和桥位处地形、地貌的制约，桥梁设计中超过百米高的桥墩和数百米高的索塔已不再少见，这对施工技术提出了更高的要求。面对如此高度的空心（或实心）薄壁建筑物，如何做到施工的优质、安全、高效是现代桥梁施工中的一道难题 1。 爬模是爬升模板的简称，国外也叫跳模。它由爬升模板、爬架 (也有的爬模没 有爬架 )和爬升设备三部分组成，在筒体体系和桥墩筀等高耸结构中是一种有效的工具。由于具备自爬的能力，因此不需起重机械的吊运，这减少了施工中运输机械的吊运工作量 2。在自爬的模板上悬挂脚手架可省去施工过程中的外脚手架。 目前国内的爬模
13、技术发展非常缓慢，主要原因是国内的科研单位资金紧张，科研经费不够，使得开发时速度慢，起点低，仅能在学习国外先进技术的基础上结合国情做一些开发和改进。因此水平普遍较低、体系不配套、质量也不高。液压爬模作为一种重要的施工技术，广泛应用于超高层建筑和高耸结构施工。关于爬模机电气 控制系统的可靠性理论与可靠性试验技术的研究，对于爬模机产品的质量与可靠性的提高无疑具有重要意义。鉴于爬模技术会在将来得到广泛地应用，与普通的模板技术相比有施工速度快、操作简洁、工程质量好、降低成本的特点。为此，我们有必要学习和掌握爬模的基本控制理论，为以后的工作和生活奠定基础，争取在国内爬模技术中尽早得到突破，促进爬模技术的
14、发展。因此，对爬模机电气控制系统的设计的研究对现实生产有很大的实际意义。 1.2 国内外爬模机研究现状 随着交通需要的飞速发展和桥梁技术的日益进步，现代桥梁逐渐向大跨度方向发展，出于结构上的需要和桥位处地形、地貌的制约，桥梁设计中超过百米高的桥墩和数百米高的索塔（运用于斜拉桥和悬索桥）已不再少见，这对施工技术提出了更高的要求。面对如此高度的空心（或实心）薄壁建筑物，如何做到施工的优质、安全、高效是现代桥梁施工中的一道难题 3。 2 爬模是爬升模板的简称，国外也叫跳模。它由爬升模板、爬架 (也有的爬模没有爬架 )和爬升设备三部分组成，在筒体体系和桥墩筀等高耸结构中是一种有效的工具。由于具备自爬的
15、能力，因此不需起重机械的吊运，这减少了施工中运输机械的吊运工作量。在自爬的模板上悬挂脚手 架可省去施工过程中的外脚手架。 在多种灌筑混凝土的模板中，联邦德国皮利公司的模板在其获得专利后而引人注目，尤其是 KG-180 爬模底板和 KG-240 爬模（数字表示工作台宽度）。工作台按 5000Pa 负荷或托座按 3500N 设计。爬模拼合板的最大拼合高度不超过 6.5 米，用人工传动装置安装。这种爬模技术很适用于高大工程混凝土的灌筑 , 已有多座桥梁应用这种模板灌筑桥墩混凝土。其中最典型的是西班牙北部柳拿巴里奥桥的 125m的钢筋混凝土桥（ 1983 年）。爬模技术的产生对高大工程的建筑提供了很大
16、便利，在当时产生了深远 影响。在八十年代初，日本已经利用爬模施工法成功建成了身高 25 米 ,圆形截面直径为 3.50 米的新毛谷桥的高桥墩。同样，俄罗斯联邦大厦工程同样是利用了这个核心技术建成。 而国内，在 80 年代中后期也开始将液压自动爬模工艺在高层建筑中进行使用。 1987年上海市建四公司在我国率先将外墙爬模应用于高层建筑施工中 , 如上海电讯大楼、市政协大楼等。爬升模板在每个施工层间自行整体爬升 , 既减少了起重机吊运工作量 , 又不需每次拆开和装拼模板 , 具有爬升动作平稳、工作安全可靠、模板安装位置和垂直度精度较高的优点 , 因此到 80 年代逐渐推广到其他省市 , 并被建设部列
17、入“ 九五” 重点推广的10 项新技术之一 4。如上海电信大楼、郑州会展宾馆、广州珠江城等工程中都用到了这个核心技术，这给施工带来了非常大的便利。上海建工集团前后历经 8 年开发了具有自主知识产权的液压自动爬升模板系统。自 1994 年建设部把新型模板和脚手架应用技术作为建筑业重点推广的 10 项新技术以来，我国的模板技术有较大发展和长足进步，且缩短了与发达国家的差距，但是在推广应用和发展中仍然存在不少问题。在调研中发现我国的爬模技术还很落后，基本是引进德国的技术，没有自主的爬模 技术研究体系。 下面将传统模板的安装流程与用爬模机安装模板的流程进行对比，通过对比来发现爬模机在高层建筑物中施工的
18、巨大优势。 传统模板安装操作工艺 3 单 片 预 组拼 柱 组 拼第 二 片 柱 模 就 位连 接 固 定第 一 片 柱 模 就 位安 装 第 三 、 四 片柱 模检 查 柱 模 对 角 线及 位 移 并 纠 正自 下 而 上 安 装 柱箍 并 做 斜 撑全 面 检 查 安 装 质量群 体 柱 模 固 定图 1-1 柱体模板安装流程 1)安装就位第一片柱模板 ,并设临时支撑或不小于 14 号铅丝与柱主筋绑扎临时固定 。 2)随即安装第二片柱模 ,在二片柱模的接缝处粘贴 2mm厚的海绵条 ,以防漏浆 ;用连接螺栓连接二块柱模 ,作好支撑或固定 。 3)如上述完成第三、四片柱模的安装就位与连接 ,
19、使之呈方桶型 。 4)自下而上安装柱套箍 ,较正柱模轴线位移、垂直偏差、截面、对角钱。并做支撑 。采用小型钢间距 500mm分上、中、下固定柱模 。 5)校正柱模的轴线位移、两个方向上的垂直偏差、截面、对角线 ,最后固定牢靠 5。 墙体模板安装 安 装 前 检 查安 装 就 位 另 一 侧 墙 模板清 扫 墙 内 杂 物 调 整 模 板 位 置插 入 穿 墙 螺 栓 及 塑 料套 管安 装 斜 撑一 侧 墙 模 安 装 就 位安 装 门 窗 口 模 板安 装 斜 撑穿 墙 螺 栓 穿 过 另 一 侧墙 模与 相 邻 模 板 连 接 斜 撑 固 定紧 固 穿 墙 螺 栓图 1-2 墙体模板安装流
20、程 1)在下层外墙砼强度不低于 7.5Mpa 时 ,利用下一层外墙螺栓孔挂金属三角模板架 。 4 2)按照先横墙后纵墙的安装顺序 ,墙体模板按照两面模板分正、负模板 ,将一个流水段的内墙正号模板按顺序 吊至安装位置初步就位 ,用撬棒按墙位置线及模板的起止线调整模板位置 ,对穿模板的对拉螺栓 ,并调节至大致水平 ,用托线板测垂直、校正标高 ,使模板垂直度、水平度、标高符合设计要求 ,采用钢管就位后 ,立即拧紧螺栓 。 3)合模前检查钢筋、水电预埋管件、门窗及预留洞口模框、穿墙套管是否遗漏 ,位置是否准确 ,安装是否牢固 ,是否削弱断面过多等。合模板前将墙内可能有的杂物再次清理干净 。 4)安装反
21、号模板 ,经校正垂直后用穿墙螺栓将两块模板锁紧 。 5)在内墙模板的外端头安装活动堵头模板 ,它可以用木板或用铁板根据墙厚制作 ;模板接缝要 严密 ,防止浇筑砼时漏浆 。 6)安装外墙内侧模板 ,按楼板上的位置线将大模板就位找正。 7)合模前检查钢筋、水电等预埋管件、门窗及预留洞口模框是否遗漏正确无误。 8)安装外墙外侧模板 ,模板放在金属三角模板架上 ,将模板就位、校正、紧固穿墙螺栓。 9)正、反模板、侧面堵头模全部安装完后 ,检查墙模之间、侧模与墙模、施工缝处是否严密、牢固可靠 ,防止出现漏浆、错台现象。检查每道墙上口是否平直。 10)模板安装完毕后 ,全面检查扣件、螺栓、斜撑是否紧固、稳
22、定 ,模板拼缝及下口是否严密 6。 在传统的模板安装方式下，所有柱体、墙体的模板必须在等到第二层的柱体和墙体的钢筋结构绑扎结束以后，采用人工或者使用塔吊将模板吊起到第二层然后根据上述流程安装模板。在这样的安装方式下，模板的安装效率非常低，往往需要很多的工人花费近四天的时间才能将一个楼层的模板安装固定。 顶升式爬模模板安装工艺 5 5 根 主 立 柱 安 装 调 校垂 直检 查 模 板 安 装 与 固 定情 况在 吊 架 下 方 距 离 墙 面3 0 c m 处 悬 挂 模 板 并 将其 与 周 围 模 板 固 定 防止 摆 动搭 建 工 作 台 和 脚 手 架清 空 墙 面 两 侧 障 碍 物
23、利 于 模 板 安 装在 桁 架 、 次 桁 架 和 工资 刚 下 方 安 装 吊 架桁 架 、 次 桁 架 以 及 工资 刚 组 成 平 台 调 校 水平安 装 工 资 刚安 装 次 桁 架安 装 桁 架图 1-3 顶升式爬模模板吊装 采用顶升式爬模模板安装与传统模板的安装流程上保持一致，但有区别的是模板的拆装过程。传统式模板安装需要将模板 分开，一次安装一个小块，整个墙面需要安装很多次，而采用顶升式爬模模板安装，只需要由 5 根主立柱顶着整个工作平台上升，此时所有模板距离墙面大约 30cm，也随着整个平台顶升，一次性将所有模板吊装到位 。 在调研中发现我国的爬模技术还很落后，基本是引进德国
24、的技术，没有自主的爬模技术研究体系。 在整个建筑施工过程中，建筑的安全、工期、质量和成本预算是施工的四个基础，即要以保证安全的条件下，用较低的成本，最短的工时完成质量合格的建筑为目标 。 而在整个施工过程中，在同样的安全成本和质量保证条件下，成本和工期一般呈反比 。 即为节 省成本的最优办法就是缩短工期。而在成本预算中建材费、民工工资、建材租用费以及其他费用中，建材费是不可省的，只有民工工资和建材租用费与工期时间有关，都是与时间成反比的 。 所以要节省建筑成本最好的办法就是缩短工期 。 在以上几个施工流程中，占用工期时间比例最大就是土建主体工程 。 例如传统施工中的模板安装就要花费近 4 天，
25、钢筋安装和混泥土安装会花费近 3 天时间，一层楼花费近一个星期的时间 。 这是在保证有足够工人和天气情况较好的情况，如果楼层越高，楼层平面面积越大占用时间比例越大 。 如果采用爬模机安装修建高层，模板安装这个过程花费 也就不到 1 天时间，大大缩短了建筑所需时间 。 6 1.3 论文的研究内容 这次的毕业设计的研究内容包括， 第一，阅读了一些爬模机电气控制系统的相关文献，对西门子 S7-200PLC、西门子MM420 变频器等有了深入的研究，搭建系统的硬件平台。 第二，在西门子 S7-200PLC 的编程软件平台上，设计出了爬模机工作的控制程序，完成对爬模机手动 6 个速度档位的控制与自动爬模。 第三，对西门子 Smart Line 700 触摸屏操作手册与 SIMATIC WinCC flexible 2008 软件进行了深入的研究，设计出了触摸屏的 3 个操作界面，实现了触摸屏对爬模机的控制与监控。 最后，在构建的爬模机硬件平台上进行安装与调试，验证系统运行的可靠性。
