基于PLC的车载自动调平系统设计

引 言

随着国内外军事形势和国防技术的发展，越来越多的军用设备需要根据任务需求随时变更工作地点。对于装备各种重型武器的战车，必须保证在各种恶劣的地理环境下完成精确打击，并且保证这些军用设备的机动性能。为了确保坦克火炮的连续射击精度，采用军用卡车底盘高射炮系统。战场地形不均匀，如果仅仅使用轮胎支撑，水平误差将直接影响射击精度，弹性效果也会影响连续射击的稳定性。因而火炮射击时， 其底盘必须处于水平状态。当卡车到达指定地点后，利用调平系统迅速将底盘调至水平状态，这样设备才能快速进入工作， 工作完成后也能迅速转移。此举既保证了设备的正常工作，又大大提高了设备的机动性。

1、调平系统的组成

调平系统的组成如图 1 所示。该系统由 4 套水平展开机构、4 套撑腿、1 套双轴水平检测器、1 套温控装置、1 套控制箱、1 套车外操作盒、电缆组等组成。撑腿分为电液式和机电式。控制箱由PLC 控制器、低压电源、操作员面板、中间继电器和保护设备等组成。

各部分作用如下：

1水平展开机构：实现撑腿水平展开和收回。

2撑腿 ：调平系统的运行单元。

3可编程控制器PLC：调平系统的大脑。

4水平传感器 ：用于测量夹角。

5撑腿到位检测和报警装置 ：用于检测与报警。

6车外操作装置 ：实现车内外操作。

7操作员面板 ：用于人为进行操作时的人机交互。

8低压电源 ：用于各系统各部分低压供电。

系统中通常使用可编程控制器来控制，以第一个达到最高点的支撑腿为标准，其余腿作调整。调节 X 轴的方向，当角度与预期值相差较大时，增加速度，较少调整时间；当目标值与预期的角度相差较小时，减速以保证调速系统要求的精度。在这个过程中，必须不断检测 Y 轴信号，通过适当调整，确保Y 轴的角度方向几乎不变。调整Y 轴方向的原理和过程相似。图 2 所示为以支撑腿 1 达到最高点为例画出的微调流量图。

2、调平系统的硬件设计

西门子SIMATIC S7-200 系列PLC 主要包含一个中央处理器单元（CPU226），数字输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块。是拥有高速和中等规模I/O 配置的中央处理单元（CPU226），可用于中等规模和中等程序指令执行速度的程序安装；32 点输入的数字输入模块运用光耦合器来与总线隔离； 模拟量输入模块有两个输入和反向极性保护。此外，模拟输入端的电平传感器电路包括集成运算放大器和相敏整流器。因此，我们选择它作为主控元件。

中央处理单元（CPU226）的详细参数为：CPU226 功耗为 11 W，有 10 240 B 的数据存储器。本机具有 24 位数字量输入，16 位数字量输出的I/O 特性，允许最大的扩展I/O 模块为7 个。共有256 个定时器，布尔量运算执行时间为0.22 μs。输入电压为 20.4~28.8 V DC，输入电流在 24 V DC 并连接最大负载时可达 1 050 mA。

水平传感器系统采用玻璃液位开关三极管，它有一个公共电极与两个控制用电极。当水平面为 0时，电极输出相同的电流，为 9mA；当失去水平状态时，相应的控制电极输出信号之间的差异 ；当倾斜度大于 15度时，传感器饱和，此时电极的输出电流为12 mA。

系统的每只脚上设有一个液体电压力开关，用于反映各腿的情况。其最大工作压力为 350MPa，切换频率为每分钟80 次。当支撑腿接地时，电压力开关闭合，当支撑腿离开地面时，液体的电压力开关断开。通过电磁铁操作的直接作用完成了腿的升降运动，开关频率为15000次/小时。

系统的硬件结构如图 3 所示。

3、调平系统的软件设计

该系统的软件设计将根据图 4 所示的工作流程展开。

本系统的软件设计采用西门子公司生产的 PLC STEP7 V5.1 与西门子编程软件的使用匹配。SIMATIC STEP7 V5.1 编程软件提供三种编程工具，分别为语句表（STL），功能图（FBD）和梯形图（LAD）。根据各模块的功能，系统采用梯形图完成软件设计。

4、结语

本文阐述了自动调平系统在我们日常生活中的重要性。并 着重介绍了自动调平系统的软硬件设计。最后简述了在系统设 计过程中遇到的问题。由于调平系统可用于各个方面，因此调 平系统的优化既可造福社会，又可为企业带来可观的收益。