PLC控制的四点自动调平系统
日期：2006-4-22 0:23:03 来源：本文摘自《PLC&FA》
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某火炮发射车为了提高命中率，在发射火炮前，必须先进行承载平台的调平。承载平台由四条支腿和四个轮胎支撑，为了保证调平后水平度的稳定，调平时首先让轮胎离地，只让四条支腿支撑平台，以克服轮胎变形引起的平面变化。要实现自动调平，就必须使电气控制系统和液压系统在计算机的控制下，成为一个有机的整体，协调、高效、准确地运行。平台控制的关键技术是调平算法的选择和自动调平技术的实现。我们使用了2个水平传感器，分别检测前后和左右的倾斜度，而每个支腿的升高都可能引起它们的变化，因此从控制系统来看，这是一个多输入多输出的强耦合的动态过程[1]。
火炮发射平台应该满足以下要求:
(1) 调平后，平台由四条支腿支撑并与车体脱离;
(2) 调平过程应在短时间内完成，并满足精度指标的要求;
(3) 平台调平后，应进行锁定以保证平台的状态至少24小时不变。
为了提高火炮的机动性，我们研究开发了PLC控制的自动调平系统，这种系统调平时间短，调平精度高，操作简单可靠，对提高火炮的机动性能具有重大意义。
图1是四点式承载平台示意图。按照对称矩形方式，采用4个垂直油缸来支撑平台。这种支撑形式具有稳定性好、抗倾覆能力强等优点，因此被广泛用于机动火炮的发射过程[2]。
图1 四点式承载平台示意图
调平系统中水平传感器安装如图2所示，水平传感器与平台的一条对角支点连线平行安装。平台有4个支点，平台重心不在两水平传感器交叉点上。如图2所示，2个方向倾角为α和β，传感器夹角为γ，则平台的倾斜度θ可以由α和β合成为:
如果2个方向的控制精度为±δ，则调平后平台的水平误差为:
从(2)式可以得到，控制度δ一定，当γ=90°时，平台的水平误差θ取最小值，因此在大多数的调平系统中，两个传感器都互相垂直安装。此时
也就是说，两边的水平控制度应为整个平台水平控制度的
，比如要求整个平台的倾斜度为2′，则控制时2个方向的控制度应该为
。
图2 传感器安装示意图
根据水平传感器测出的水平倾角可以判断出4个支承点的高低，找出最高点，按照“只升不降”的原则，采用升调平技术，把其他3个支点升高至与最高点处于同一水平面后，调平过程结束。其技术关键是如何根据2个水平倾角决定各支点应该升高的高度，以及采用哪种方法去精确控制各支点升高的高度。
由于PLC的高可靠性和接口的简易性，使用PLC实现自动调平是一种很好的方法。假定最高支点高度为A，某一支点高度为B，按照升调平方法，则B点需要升高的垂直高度为AB，我们可以用下面的公式计算出该支腿升高AB时所需要的脉冲数n，从而控制该支腿升高的高度，达到调平目的。
式中ΔP是产生1mm位移的固定脉冲，可以用实验方法精确测出支点升高1mm所需的时间，编程控制加于液压开关的脉冲个数就可实现要求的位移。
本系统选用德国Siemens公司的SIMATIC S7-300系列的PLC作为主控元件，其结构框图如图3所示。该PLC系统包含电源模块、CPU模块、模拟量输入(AI)模块、数字量输入(DI)模块和数字量输出(DO)模块[3]。通过2个水平传感器检测平台的左右倾角和前后倾角是否满足精度。检测出的倾角信号经相敏整流电路后送给模拟量输入模块。模拟量输入模块用来输入水平检测信号，自动完成A/D转换，然后送给CPU模块，与给定水平度进行比较。CPU模块作为控制器，可以发送各种控制命令，接收并处理各种数据，对整个系统进行协调控制。CPU模块输出的控制量通过数字量输出模块，控制各支腿继电器动作，从而可以控制各支腿的升降，达到调平目的。液电压力开关可以检测各个支腿是否着地，避免虚腿调平。支腿着地时，对应的液电压力开关就会闭合，数字量输入模块对应的输入信号就为高电平;反之，支腿悬空时，对应的输入信号就为低电平。CPU模块根据读入的数字量做出相应的处理。
1 引言
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某火炮发射车为了提高命中率，在发射火炮前，必须先进行承载平台的调平。承载平台由四条支腿和四个轮胎支撑，为了保证调平后水平度的稳定，调平时首先让轮胎离地，只让四条支腿支撑平台，以克服轮胎变形引起的平面变化。要实现自动调平，就必须使电气控制系统和液压系统在计算机的控制下，成为一个有机的整体，协调、高效、准确地运行。平台控制的关键技术是调平算法的选择和自动调平技术的实现。我们使用了2个水平传感器，分别检测前后和左右的倾斜度，而每个支腿的升高都可能引起它们的变化，因此从控制系统来看，这是一个多输入多输出的强耦合的动态过程[1]。
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火炮发射平台应该满足以下要求:
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(1) 调平后，平台由四条支腿支撑并与车体脱离;
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(2) 调平过程应在短时间内完成，并满足精度指标的要求;
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(3) 平台调平后，应进行锁定以保证平台的状态至少24小时不变。
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为了提高火炮的机动性，我们研究开发了PLC控制的自动调平系统，这种系统调平时间短，调平精度高，操作简单可靠，对提高火炮的机动性能具有重大意义。
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2 四点式平台的调平方法
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图1是四点式承载平台示意图。按照对称矩形方式，采用4个垂直油缸来支撑平台。这种支撑形式具有稳定性好、抗倾覆能力强等优点，因此被广泛用于机动火炮的发射过程[2]。
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图1 四点式承载平台示意图
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调平系统中水平传感器安装如图2所示，水平传感器与平台的一条对角支点连线平行安装。平台有4个支点，平台重心不在两水平传感器交叉点上。如图2所示，2个方向倾角为α和β，传感器夹角为γ，则平台的倾斜度θ可以由α和β合成为:
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如果2个方向的控制精度为±δ，则调平后平台的水平误差为:
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从(2)式可以得到，控制度δ一定，当γ=90°时，平台的水平误差θ取最小值，因此在大多数的调平系统中，两个传感器都互相垂直安装。此时
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也就是说，两边的水平控制度应为整个平台水平控制度的
，比如要求整个平台的倾斜度为2′，则控制时2个方向的控制度应该为。WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
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图2 传感器安装示意图
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根据水平传感器测出的水平倾角可以判断出4个支承点的高低，找出最高点，按照“只升不降”的原则，采用升调平技术，把其他3个支点升高至与最高点处于同一水平面后，调平过程结束。其技术关键是如何根据2个水平倾角决定各支点应该升高的高度，以及采用哪种方法去精确控制各支点升高的高度。
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3 调平的PLC实现及系统构成
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由于PLC的高可靠性和接口的简易性，使用PLC实现自动调平是一种很好的方法。假定最高支点高度为A，某一支点高度为B，按照升调平方法，则B点需要升高的垂直高度为AB，我们可以用下面的公式计算出该支腿升高AB时所需要的脉冲数n，从而控制该支腿升高的高度，达到调平目的。
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式中ΔP是产生1mm位移的固定脉冲，可以用实验方法精确测出支点升高1mm所需的时间，编程控制加于液压开关的脉冲个数就可实现要求的位移。
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本系统选用德国Siemens公司的SIMATIC S7-300系列的PLC作为主控元件，其结构框图如图3所示。该PLC系统包含电源模块、CPU模块、模拟量输入(AI)模块、数字量输入(DI)模块和数字量输出(DO)模块[3]。通过2个水平传感器检测平台的左右倾角和前后倾角是否满足精度。检测出的倾角信号经相敏整流电路后送给模拟量输入模块。模拟量输入模块用来输入水平检测信号，自动完成A/D转换，然后送给CPU模块，与给定水平度进行比较。CPU模块作为控制器，可以发送各种控制命令，接收并处理各种数据，对整个系统进行协调控制。CPU模块输出的控制量通过数字量输出模块，控制各支腿继电器动作，从而可以控制各支腿的升降，达到调平目的。液电压力开关可以检测各个支腿是否着地，避免虚腿调平。支腿着地时，对应的液电压力开关就会闭合，数字量输入模块对应的输入信号就为高电平;反之，支腿悬空时，对应的输入信号就为低电平。CPU模块根据读入的数字量做出相应的处理。
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