基于PLC的車載自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李志民+黃辰

摘 要：車載自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)是利用自動(dòng)控制技術(shù)隨時(shí)根據(jù)陸基面的不平整度自動(dòng)調(diào)整支撐腳的垂直高度，確保車載工作平臺(tái)達(dá)到理想水平平整度要求的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。文中研制了可使戰(zhàn)車高炮系統(tǒng)到達(dá)各種凹凸路面地點(diǎn)后底盤快速精確達(dá)到水平的調(diào)平系統(tǒng)，使戰(zhàn)車高炮系統(tǒng)迅速轉(zhuǎn)換為作戰(zhàn)狀態(tài)或者常規(guī)狀態(tài)，確保發(fā)出精確的炮彈角度，提高系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)性。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)調(diào)平；控制系統(tǒng)；PLC；調(diào)平系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2017）04-0-02

0 引 言

隨著國(guó)內(nèi)外軍事形勢(shì)和國(guó)防技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的軍用設(shè)備需要根據(jù)任務(wù)需求隨時(shí)變更工作地點(diǎn)。對(duì)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(jī)動(dòng)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(chǎng)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(huì)影響連續(xù)射擊的穩(wěn)定性。因而火炮射擊時(shí)，其底盤必須處于水平狀態(tài)。當(dāng)卡車到達(dá)指定地點(diǎn)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(jìn)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(jī)動(dòng)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(jī)構(gòu)、4套撐腿、1套雙軸水平檢測(cè)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(jī)電式?？刂葡溆蒔LC控制器、低壓電源、操作員面板、中間繼電器和保護(hù)設(shè)備等組成。

各部分作用如下：

（1）水平展開機(jī)構(gòu)：實(shí)現(xiàn)撐腿水平展開和收回。

（2）撐腿：調(diào)平系統(tǒng)的運(yùn)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(cè)量夾角。

（5）撐腿到位檢測(cè)和報(bào)警裝置：用于檢測(cè)與報(bào)警。

（6）車外操作裝置：實(shí)現(xiàn)車內(nèi)外操作。

（7）操作員面板：用于人為進(jìn)行操作時(shí)的人機(jī)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(lái)控制，以第一個(gè)達(dá)到最高點(diǎn)的支撐腿為標(biāo)準(zhǔn)，其余腿作調(diào)整。調(diào)節(jié)X軸的方向，當(dāng)角度與預(yù)期值相差較大時(shí)，增加速度，較少調(diào)整時(shí)間；當(dāng)目標(biāo)值與預(yù)期的角度相差較小時(shí)，減速以保證調(diào)速系統(tǒng)要求的精度。在這個(gè)過(guò)程中，必須不斷檢測(cè)Y軸信號(hào)，通過(guò)適當(dāng)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(guò)程相似。圖2所示為以支撐腿1達(dá)到最高點(diǎn)為例畫出的微調(diào)流量圖。

2 調(diào)平系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

西門子SIMATIC S7-200系列PLC主要包含一個(gè)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(diǎn)輸入的數(shù)字輸入模塊運(yùn)用光耦合器來(lái)與總線隔離；模擬量輸入模塊有兩個(gè)輸入和反向極性保護(hù)。此外，模擬輸入端的電平傳感器電路包括集成運(yùn)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(xì)參數(shù)為：CPU226功耗為11 W，有10 240 B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。本機(jī)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(kuò)展I/O模塊為7個(gè)。共有256個(gè)定時(shí)器，布爾量運(yùn)算執(zhí)行時(shí)間為0.22μs。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(fù)載時(shí)可達(dá)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(gè)公共電極與兩個(gè)控制用電極。當(dāng)水平面為0時(shí)，電極輸出相同的電流，為9 mA；當(dāng)失去水平狀態(tài)時(shí)，相應(yīng)的控制電極輸出信號(hào)之間的差異；當(dāng)傾斜度大于15度時(shí)，傳感器飽和，此時(shí)電極的輸出電流為12 mA。

系統(tǒng)的每只腳上設(shè)有一個(gè)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350 MPa，切換頻率為每分鐘80次。當(dāng)支撐腿接地時(shí)，電壓力開關(guān)閉合，當(dāng)支撐腿離開地面時(shí)，液體的電壓力開關(guān)斷開。通過(guò)電磁鐵操作的直接作用完成了腿的升降運(yùn)動(dòng)，開關(guān)頻率為15 000次/小時(shí)。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(jì)

該系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)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(jì)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(yǔ)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(jì)。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文闡述了自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)在我們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾?。并著重介紹了自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。最后簡(jiǎn)述了在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題。由于調(diào)平系統(tǒng)可用于各個(gè)方面，因此調(diào)平系統(tǒng)的優(yōu)化既可造福社會(huì)，又可為企業(yè)帶來(lái)可觀的收益。

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