PLC控制的四點自動調(diào)平系統(tǒng)

分類：技術(shù)教程日期：2007-04-04 00:00:00

1 引言
某火炮發(fā)射車為了提高命中率，在發(fā)射火炮前，必須先進行承載平臺的調(diào)平。承載平臺由四條支腿和四個輪胎支撐，為了保證調(diào)平后水平度的穩(wěn)定，調(diào)平時首先讓輪胎離地，只讓四條支腿支撐平臺，以克服輪胎變形引起的平面變化。要實現(xiàn)自動調(diào)平，就必須使電氣控制系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)在計算機的控制下，成為一個有機的整體，協(xié)調(diào)、高效、準確地運行。平臺控制的關(guān)鍵技術(shù)是調(diào)平算法的選擇和自動調(diào)平技術(shù)的實現(xiàn)。我們使用了2個水平傳感器，分別檢測前后和左右的傾斜度，而每個支腿的升高都可能引起它們的變化，因此從控制系統(tǒng)來看，這是一個多輸入多輸出的強耦合的動態(tài)過程[1]。
火炮發(fā)射平臺應該滿足以下要求:
(1) 調(diào)平后，平臺由四條支腿支撐并與車體脫離;
(2) 調(diào)平過程應在短時間內(nèi)完成，并滿足精度指標的要求;
(3) 平臺調(diào)平后，應進行鎖定以保證平臺的狀態(tài)至少24小時不變。
為了提高火炮的機動性，我們研究開發(fā)了PLC控制的自動調(diào)平系統(tǒng)，這種系統(tǒng)調(diào)平時間短，調(diào)平精度高，操作簡單可靠，對提高火炮的機動性能具有重大意義。
2 四點式平臺的調(diào)平方法
圖1是四點式承載平臺示意圖。按照對稱矩形方式，采用4個垂直油缸來支撐平臺。這種支撐形式具有穩(wěn)定性好、抗傾覆能力強等優(yōu)點，因此被廣泛用于機動火炮的發(fā)射過程[2]。

圖1 四點式承載平臺示意圖

調(diào)平系統(tǒng)中水平傳感器安裝如圖2所示，水平傳感器與平臺的一條對角支點連線平行安裝。平臺有4個支點，平臺重心不在兩水平傳感器交叉點上。如圖2所示，2個方向傾角為α和β，傳感器夾角為γ，則平臺的傾斜度θ可以由α和β合成為:

如果2個方向的控制精度為±δ，則調(diào)平后平臺的水平誤差為:

從(2)式可以得到，控制度δ一定，當γ=90°時，平臺的水平誤差θ取最小值，因此在大多數(shù)的調(diào)平系統(tǒng)中，兩個傳感器都互相垂直安裝。此時

也就是說，兩邊的水平控制度應為整個平臺水平控制度的，比如要求整個平臺的傾斜度為2′，則控制時2個方向的控制度應該為。

圖2 傳感器安裝示意圖

根據(jù)水平傳感器測出的水平傾角可以判斷出4個支承點的高低，找出最高點，按照“只升不降”的原則，采用升調(diào)平技術(shù)，把其他3個支點升高至與最高點處于同一水平面后，調(diào)平過程結(jié)束。其技術(shù)關(guān)鍵是如何根據(jù)2個水平傾角決定各支點應該升高的高度，以及采用哪種方法去精確控制各支點升高的高度。、
3 調(diào)平的PLC實現(xiàn)及系統(tǒng)構(gòu)成
由于PLC的高可靠性和接口的簡易性，使用PLC實現(xiàn)自動調(diào)平是一種很好的方法。假定最高支點高度為A，某一支點高度為B，按照升調(diào)平方法，則B點需要升高的垂直高度為AB，我們可以用下面的公式計算出該支腿升高AB時所需要的脈沖數(shù)n，從而控制該支腿升高的高度，達到調(diào)平目的。
式中ΔP是產(chǎn)生1mm位移的固定脈沖，可以用實驗方法精確測出支點升高1mm所需的時間，編程控制加于液壓開關(guān)的脈沖個數(shù)就可實現(xiàn)要求的位移。
本系統(tǒng)選用德國Siemens公司的SIMATIC S7-300系列的PLC作為主控元件，其結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。該PLC系統(tǒng)包含電源模塊、CPU模塊、模擬量輸入(AI)模塊、數(shù)字量輸入(DI)模塊和數(shù)字量輸出(DO)模塊[3]。通過2個水平傳感器檢測平臺的左右傾角和前后傾角是否滿足精度。檢測出的傾角信號經(jīng)相敏整流電路后送給模擬量輸入模塊。模擬量輸入模塊用來輸入水平檢測信號，自動完成A/D轉(zhuǎn)換，然后送給CPU模塊，與給定水平度進行比較。CPU模塊作為控制器，可以發(fā)送各種控制命令，接收并處理各種數(shù)據(jù)，對整個系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)控制。CPU模塊輸出的控制量通過數(shù)字量輸出模塊，控制各支腿繼電器動作，從而可以控制各支腿的升降，達到調(diào)平目的。液電壓力開關(guān)可以檢測各個支腿是否著地，避免虛腿調(diào)平。支腿著地時，對應的液電壓力開關(guān)就會閉合，數(shù)字量輸入模塊對應的輸入信號就為高電平;反之，支腿懸空時，對應的輸入信號就為低電平。CPU模塊根據(jù)讀入的數(shù)字量做出相應的處理。

圖3 調(diào)平系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖
4 系統(tǒng)的工作過程
本系統(tǒng)的工作過程與系統(tǒng)的軟件流程相對應，分為四大模塊，分別是:差動著地模塊、手動調(diào)平模塊、自動調(diào)平模塊、自動撤收模塊。根據(jù)平臺的傾斜度，整個調(diào)平過程分為粗調(diào)和精調(diào)，傾斜度大于5°時，系統(tǒng)粗調(diào)，各支腿的動作速度較快;傾斜度小于5°時，系統(tǒng)精調(diào)，各支腿的動作速度較慢。其工作過程為:
(1) 啟動電機，送啟動信號給PLC;
(2) PLC接收到啟動信號，執(zhí)行程序;
(3) 差動放腿40s，保證所有調(diào)平支腿著地;
(4) 根據(jù)操作指令，執(zhí)行調(diào)平過程:
·按下“手動調(diào)平”鍵，則根據(jù)發(fā)出的各支腿升降指令進行調(diào)平;
·按下“自動展開”鍵，系統(tǒng)自動讀入水平傳感器的傾角，判斷傾斜度，自動進行調(diào)平。采用升調(diào)平技術(shù)，根據(jù)讀入傾角值，判斷最高點，計算各支點需要升高的高度，用(4)式計算出所需脈沖數(shù)，然后把它對應加到各支腿，控制它們的高度，達到調(diào)平目的;
(5) 調(diào)平過程結(jié)束，發(fā)射車可以發(fā)射火炮。需要撤收時，按下自動撤收鍵，系統(tǒng)自動撤收所有調(diào)平支腿。
5 技術(shù)要求與試驗結(jié)果
本調(diào)平系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)要求是:
(1) 調(diào)平精度≤2′
(2) 調(diào)平時間≤3min
(3) 保持穩(wěn)定狀態(tài)24h不變
試驗證明，該系統(tǒng)達到了指標要求，調(diào)平時間小于1min，調(diào)平精度在2′以內(nèi)，穩(wěn)定性滿足要求。本調(diào)平系統(tǒng)已調(diào)試完成，經(jīng)過多次打靶實驗，命中率比較高，取得了令人滿意的效果。