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基于PLC的车载自动调平系统设计
发布时间:2021-10-08 阅读量:191 来源: 《物联网技术》杂志 作者:我爱方案网汇编

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。


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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。

 

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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。

 

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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。

 

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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。


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