基于PLC的車載自動調(diào)平系統(tǒng)設(shè)計

引 言

隨著國內(nèi)外軍事形勢和國防技術(shù)的發(fā)展，越來越多的軍用設(shè)備需要根據(jù)任務(wù)需求隨時變更工作地點。對于裝備各種重型武器的戰(zhàn)車，必須保證在各種惡劣的地理環(huán)境下完成精確打擊，并且保證這些軍用設(shè)備的機動性能。為了確保坦克火炮的連續(xù)射擊精度，采用軍用卡車底盤高射炮系統(tǒng)。戰(zhàn)場地形不均勻，如果僅僅使用輪胎支撐，水平誤差將直接影響射擊精度，彈性效果也會影響連續(xù)射擊的穩(wěn)定性。因而火炮射擊時， 其底盤必須處于水平狀態(tài)。當卡車到達指定地點后，利用調(diào)平系統(tǒng)迅速將底盤調(diào)至水平狀態(tài)，這樣設(shè)備才能快速進入工作， 工作完成后也能迅速轉(zhuǎn)移。此舉既保證了設(shè)備的正常工作，又大大提高了設(shè)備的機動性。

1 調(diào)平系統(tǒng)的組成

調(diào)平系統(tǒng)的組成如圖 1 所示。該系統(tǒng)由 4 套水平展開機構(gòu)、4 套撐腿、1 套雙軸水平檢測器、1 套溫控裝置、1 套控制箱、1 套車外操作盒、電纜組等組成。撐腿分為電液式和機電式?？刂葡溆?a href="/tags/PLC" target="_blank">PLC 控制器、低壓電源、操作員面板、中間繼電器和保護設(shè)備等組成。

各部分作用如下：

1水平展開機構(gòu)：實現(xiàn)撐腿水平展開和收回。

2撐腿 ：調(diào)平系統(tǒng)的運行單元。

3可編程控制器PLC：調(diào)平系統(tǒng)的大腦。

4水平傳感器 ：用于測量夾角。

5撐腿到位檢測和報警裝置 ：用于檢測與報警。

6車外操作裝置 ：實現(xiàn)車內(nèi)外操作。

7操作員面板 ：用于人為進行操作時的人機交互。

8低壓電源 ：用于各系統(tǒng)各部分低壓供電。

系統(tǒng)中通常使用可編程控制器來控制，以第一個達到最高點的支撐腿為標準，其余腿作調(diào)整。調(diào)節(jié) X 軸的方向，當角度與預(yù)期值相差較大時，增加速度，較少調(diào)整時間；當目標值與預(yù)期的角度相差較小時，減速以保證調(diào)速系統(tǒng)要求的精度。在這個過程中，必須不斷檢測 Y 軸信號，通過適當調(diào)整，確保Y 軸的角度方向幾乎不變。調(diào)整Y 軸方向的原理和過程相似。圖 2 所示為以支撐腿 1 達到最高點為例畫出的微調(diào)流量圖。

2 調(diào)平系統(tǒng)的硬件設(shè)計

西門子SIMATIC S7-200 系列PLC 主要包含一個中央處理器單元（CPU226），數(shù)字輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、模擬量輸入模塊。是擁有高速和中等規(guī)模I/O 配置的中央處理單元（CPU226），可用于中等規(guī)模和中等程序指令執(zhí)行速度的程序安裝；32 點輸入的數(shù)字輸入模塊運用光耦合器來與總線隔離； 模擬量輸入模塊有兩個輸入和反向極性保護。此外，模擬輸入端的電平傳感器電路包括集成運算放大器和相敏整流器。因此，我們選擇它作為主控元件。

中央處理單元（CPU226）的詳細參數(shù)為：CPU226 功耗為 11 W，有 10 240 B 的數(shù)據(jù)存儲器。本機具有 24 位數(shù)字量輸入，16 位數(shù)字量輸出的I/O 特性，允許最大的擴展I/O 模塊為7 個。共有256 個定時器，布爾量運算執(zhí)行時間為0.22 μs。輸入電壓為 20.4~28.8 V DC，輸入電流在 24 V DC 并連接最大負載時可達 1 050 mA。

水平傳感器系統(tǒng)采用玻璃液位開關(guān)三極管，它有一個公共電極與兩個控制用電極。當水平面為 0時，電極輸出相同的電流，為 9mA；當失去水平狀態(tài)時，相應(yīng)的控制電極輸出信號之間的差異 ；當傾斜度大于 15度時，傳感器飽和，此時電極的輸出電流為12 mA。

系統(tǒng)的每只腳上設(shè)有一個液體電壓力開關(guān)，用于反映各腿的情況。其最大工作壓力為 350MPa，切換頻率為每分鐘80 次。當支撐腿接地時，電壓力開關(guān)閉合，當支撐腿離開地面時，液體的電壓力開關(guān)斷開。通過電磁鐵操作的直接作用完成了腿的升降運動，開關(guān)頻率為15000次/小時。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。

3 調(diào)平系統(tǒng)的軟件設(shè)計

該系統(tǒng)的軟件設(shè)計將根據(jù)圖 4 所示的工作流程展開。

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用西門子公司生產(chǎn)的 PLC STEP7 V5.1 與西門子編程軟件的使用匹配。SIMATIC STEP7 V5.1 編程軟件提供三種編程工具，分別為語句表（STL），功能圖（FBD）和梯形圖（LAD）。根據(jù)各模塊的功能，系統(tǒng)采用梯形圖完成軟件設(shè)計。

4 結(jié) 語

本文闡述了自動調(diào)平系統(tǒng)在我們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾?。?著重介紹了自動調(diào)平系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計。最后簡述了在系統(tǒng)設(shè) 計過程中遇到的問題。由于調(diào)平系統(tǒng)可用于各個方面，因此調(diào) 平系統(tǒng)的優(yōu)化既可造福社會，又可為企業(yè)帶來可觀的收益。