PLC控制的四点自动调平系统
4点支撑伺服平台自动调平机理研究
象 。根 据 课 题 的 实 际 需 要 ， 合 各 项 性 能 要 求 ， 系 统 综 本
选 用 ４点 支 撑 方 案 ， 台 的 ４ 个 支 撑 点 如 图 ２所 示 。 平
是 以最 高 ／ 点 为 基 准 点 ， 过 调 整 其 余 支 撑 腿 来 使 余 低 通 下 各点 的 高度 与基 准点 平齐 。 集倾 角 传感 器 的信 号 ， 采
４ 点 支 撑 伺 服 平 台 自 动 调 平 机 理 研 究
口 谢志江 ・ 口 高 健
重庆
口
刘小波
重庆 ４０３ ０００
口
倪
卫
１ 重 庆 大 学 机 械 传 动 国家 重 点 实 验 室 ．
２ 重 庆 电子 工 程 职 业 学 院 ．
４ １３ ０３１
９ ３ 中 国工 程 物 理研 究 院 激 光 聚 变研 究 中心 四川 绵 阳 ６２１ ００ ．
Ｕ ｉ ，Ｌ ｎ ｔ ＲＵ ） 这 些 Ｌ 。 ＲＵ 的 安 装 、 卸 、 换 ［是 由 专 门 拆 替 ２ ３
的 装 校 设 备 来 实 现 的 。 实 际 应 用 中 发 现 ， 装 校 设 备 作 业 时 ， 水 平 度 对 于 装 校 效 率 、 度 及 设 备 安 全 有 重 要 其 精
摘
要 ： 光 Ⅲ 主机 装 置 Ｌ Ｕ装 校 设 备 工作 时 需调 平 。 调 平 过 程 需保 证 Ｌ Ｕ 的 几何 中心位 置基 本 不 变 。为此 专 门 神 Ｒ 且 Ｒ
设 计 了一 种 ４点 支撑 伺 服 平 台 的 自动 调 平 系统 。 绍 了 系统 的 硬 件 组 成 和 调 平 策 略 。 重 点 分 析 了 平 台 的 调 平 机 理 。 介 引入
２ 结 束 语
PLC控制的四点自动调平系统
PLC控制的四点自动调平系统
张艳兵; 姚舜才; 任作新
【期刊名称】《《可编程控制器与工厂自动化(PLC FA)》》
【年(卷),期】2004(000)007
【摘要】本文介绍用PLC作主控制器，采用升调平技术设计出四点自动调平系统。
该系统具有原理简单、控制性能稳定可靠等优点。
该系统调平时间短，满足性能指标要求，可广泛应用于各种调平系统中。
【总页数】3页(P41-42,99)
【作者】张艳兵; 姚舜才; 任作新
【作者单位】华北工学院自动控制系
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
【相关文献】
1.基于PLC控制的机电式自动调平系统 [J], 顾星海;刘柳
2.浅谈船舶压载水自动调平系统的应用和管理调平系统的应用和管理 [J], 潘志伟
3.基于PLC控制的大载荷四点支撑液压自动调平系统设计 [J], 席广辉;王峰;皇淼淼;陶烨
4.基于数学模型优化高空作业平台自动调平系统 [J], 江腾飞;刘钊;Jared Mark
5.基于STC89C51的液压自动调平系统设计 [J], 肖克;徐世许;刘镔震;王京擘
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机电式自动调平系统的方案
车载雷达机电式自动调平系统的方案现代战争对雷达机动性能的要求越来越高，特别是机动陆面载体如车载雷达天线、发射架等设备，到达预定位置后，要求快速架设精确的水平基准。
车载平台的人工手动调平已很难满足军方对雷达快速架设、快速撤收，以及平台高精度调平的要求。
机电式自动调平与人工调平相比具有调平时间短、调平精度高、可靠性高等特点。
本设计是以单片机和CPLD为控制核心，伺服控制器和伺服电机为执行单元的机电式四点支撑自动调平随动控制系统，能够实现机电式车载平台自动调平的全自动化、全闭环控制。
其优点在于调平时间短(少于3分钟)、调平精度高(小于3’)、可靠性高、可在恶劣环境下工作等方面。
系统组成调平原理调平方式通常有3点式或4点式，特殊的还有多点式如6腿或更多腿平台。
本系统根据实际的应用情况，采用4点式调平方式。
四点支撑的工作平台X 轴、Y 轴是根据水平传感器的安装位置确定工作平台面上互相垂直的两个轴向，调平原理如图1所示。
在工作平台的支撑腿着地后, 控制系统开始进行调平。
通过水平传感器的检测信号，可以找出工作平台的最高点。
将水平传感器按如图1 所示方向安置于工作平台上，传感器输出含有X 和Y 轴信号，它们是与水平误差(角度) 成线性关系的数字信号。
当X>0，Y<0时，撑腿A为最高点;X<0，Y<0时，撑腿B为最高点;X<0，Y>0时，撑腿C为最高点;X>0，Y >0 时，撑腿D为最高点。
假设撑腿着地后撑腿A为最高点(其他撑腿为最高点的情况相似)，根据水平传感器的信号，可以分别进行X轴和Y轴方向的调节。
如先进行X轴调节，其过程如下：撑腿A和D不动，撑腿B和C同时上升一定位移，即工作平台绕撑腿A和D为轴线旋转，撑腿B和C同时上升，上升的数值由控制系统根据水平传感器的X轴反馈值决定，直至X轴呈水平状态。
Y轴调节与X轴类似。
若工作台的X轴和Y轴调节成水平状态，则可认为工作台已处于水平状态。
某四点支撑液压自动调平系统设计
三 、硬 件 设 计
在硬件 设计上 ，选用 ＰＬＣ作为核 心控制 单元 、人 机接 口 单元 ，通过 外部 液压 马达 驱动单 元 、液位传 感器 单元 和 车载
四 、软 件 设 计
系统 软件 设计 采 用 ＳＴＥＰ７一Ｍｉｃｒｏ／ＷＩＮ３２编 程语 言 ，程 序 主要 由程序初始化 、数据采 集传感器 、手 动调 平 、自动调平 、 自动退 Ｌ叶｜，操 作 面板 通讯 等组 成 。当通上 电后 ，系统 会 自动 进 行 自检初 始 化程序 运行 ，当 自检无 故 障 时 ，系统 就会 读 取 操 作面板 中通讯 子程序 的操 作指令 ，此时机械撑 腿如果需 要 手动 调平 ，系统 会调 用手 动调 平子 程 序 ，手 动进 行每 个腿 的 升降 指令 执行 。如果 系统 需要 自动 调平 的 指令 ，通过 调整 程 序 的 自动调整 完成 整个 过程 ，当 凋平过 程 完成后 ，按 下关 闭 按钮 自动 退 出操作 面板 ，将 自动退 ｍ调 用 子程序 ，系 统 自动 收 回所 有 的机 械 腿 。
Байду номын сангаас
二 、液压 系统设计
雷达 车使用 的液 压系统 采用 通常 车载液 压站进 行 ，车 载 液压 站 主要为 动力 源 、控 制 阀站 、调 平腿 和液压 管路 组成 。 该 系统 由交 流伺服 电机 和液压 泵供 电 。通 过对相 关液 压 阀的 控制进行 Ｔ作调整 ” ，液压 油通过液压管路将油 传给液压马达 ， 液 压马达 带动 调平 腿实 现车辆 的调 平功 能。雷达 车使 用 的液 压泵 采用 派克 高压齿 轮泵 ，利用 ＰＬＣ系统控 制伺服 电机 的转 速 进而 可 以控制泵 中液 体输 出流 量 ，最终 完成 机械 腿调平 的 调 整 。雷达车 中液 压 系统的最 大压 力 由溢流 阀控制 ，以防止 系统 失效 。
基于机电式四点自动调平系统的数学建模
高点 ； Ｓ ｔ ｅ ｐ ４ ． 根 据Ｘ 值 进行 水平调节 同时保证 Ｙ方向的值 不变 ， 然后 依 据Ｙ 值对Ｙ 方 向进行水平调 节， 同时保障Ｙ 值 不变。 ４ ． 结束 语 本文所 设计 的机 电式 自 动 调平 控制系统 的调 平方法和相 关的调 平 过程都 可 以应 用在液 压 式 自 动 调平 控制 系统之 上 ， 同时所 设计 的相 关
【 关键 词】自 动调平系统； 调平方法； 车载雷 达
功 能从而实现调 平系统的 自 动 控制 ； 系统 的初始化部 分主要功能是完 成 系统 自 检和系统 各种 功能的初 始化设置 ， 信号 采集及标度变换 主要是 对 四只支 撑腿的高 低、 力矩 以及系统的水平信号 等多个信息进行采 集并对
的三个子 系统 ， 相 互独 立的具 有各 自的功能和 特点， 又 相互关 联组成 了 调平系统 ， 通过 分析三个子系统 的功能从 而选择合适 的调平方案 。 控制 系统的 软件 也可以 进行相 应的移 植 ， 整体 来说 本文所 购建 的模 型 １ ． 检测 系统 （ Ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ） 的主要装 置是角度检 测器， 角度检 和设计 的软件具有 较大 的工程应用水平。 测 器主 要是 用来检 测雷 达座 车 的左 右和 前后 四个方 向的不平 度 。 角度 检测 器检测值 的大 小是调 平系统判 断雷达 座车是 否需要 进行调平 的标 准， 角度 检测器检 测精度 的大小可以决 定调平 系统的 最终调平精 度， 对 调平 系统 起着极为关 键的作用。
守系统 中都发 挥着 “ 千里 眼” 的作用 ， 如 何最大 限度 的发 挥其 作战效 能 量 以及所 收集 的反馈 信号进行撑腿 的位置 闭环控 制 ； 操 作员面板主要 实 成 为 交战 双方十分 关注 的焦 点 问题 之一。车载 雷达 以其 独特 的优 势 已 现 对系统 进行 操作 的功 能 ， 其中包 括相 关控制 命令 的输入 以及 接收 信 远 程控 制接 ｇ ｌ 部 分实 现调平 系统 与远程 控制 系统 的 经成为 军事侦察过 程 中的一 个重要发展趋 势。 近年来 ， 车 载雷达座 车的 号 的反馈 和显 示 ； 调 平采用 了自 动 调平 系统， 其 中主要 有机 电调平 系统和 电液调 平系统 ， 对接和 通信， 主要 是负责与上位 机进 行通信 的协 议编程 。 系统 运行 的主 大大缩 短 了调 平的时 间， 提 高了调 平的精 度， 只需要 启动 电源 即可完成 要 流程 如下： 全部 架设与调平。 本文 首先 对 调平系统 的结构进行分 析， 在此 基础上构 Ｓ ｔ ｅ ｐ １ ． 系统 进行 自检， 并初 始化设 置； Ｓ ｔ ｅ ｐ ２ ． 在 系统 外部 输入调 平 建 自动调 平系统模 型。 命令； Ｓ ｔ ｅ ｐ ３ ． 系统首先读 取水平传感 器的相 关测量值 ， 计算 和判 断出最
基于PLC的高空作业车自动调平系统毕业设计论文
南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文）题目：基于PLC的高空作业车自动调平系统Graduation Design (Thesis)The high assignment car is based on PLC automatic levelling systemByLiu feng runSupervised byProf. LIU YunxiaSchool Of AutomationNanjing Institute of TechnologyJune，2010毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
基于PLC控制的大载荷四点支撑液压自动调平系统
• 158 •基于PLC控制的大载荷四点支撑液压自动调平系统设计安徽博微长安电子有限公司 席广辉 王 峰 皇淼淼 陶 烨【摘要】液压自动调平系统的驱动力大，负载能力强，结构紧凑，适合在重型移动载体上运用。
采用液压马达（带制动器、霍尔传感器）以及双向液压锁能使液压系统得到较高的锁紧精度，同时采用四点支撑结构，抗倾覆能力强，系统操作简单、使用方便，调平速度快，能有效提高车载平台的机动性。
【关键词】自动调平；PLC；液压1 引言自动调平系统是雷达的重要组成部分，对于提高雷达车机动架设、测平性能，以及精确地测量目标的位置等其它参数都起着决定性的作用。
本文介绍了采用电液结合的PLC液压系统技术来实现液压调平系统的控制与动力驱动的要求[1]，通过对水平倾角传感器的水平倾角角度的智能实时检测，控制液压马达驱动，实现雷达车四条撑腿联动并调至水平状态。
2 液压系统设计液压系统采用小型车载工程用液压站，液压站由动力源、控制阀站、调平腿、管路等组成。
系统由交流伺服电机和液压泵组成的动力源来提供动力，通过控制相关液压阀的工作状态，将油液通过液压管路传送给液压马达，液压马达驱动调平腿实现车辆的调平功能。
系统的液压泵选用PARKER高压齿轮泵，通过控制伺服电机的转速来控制泵的输出流量，进而实现调平撑腿速度的改变。
系统的最高压力通过安全阀（溢流阀）来设定，防止系统因故障而造成破坏。
液压系统工作原理如图1所示。
启动电机2，电机带动双联泵运转，电磁阀4、7、13得电，此时液压马达通过液压油实现解锁。
解锁完成后电磁阀7失电，电磁阀4、9、14～17得电，液压油经双向液压锁、平衡阀进入马达，带动马达旋转，进而带动撑腿运动。
当四条调平撑腿均检测到着地信号后，系统进入调平状态。
电磁换向阀3、9失电，马达低速带动调平腿运动。
水平传感器发出信号到控制器PLC中，信号经过PLC处理后发出控制命令，驱动相应的马达运动，直到工作平台达到调平精度为止。
基于PLC的自动调平系统_姚舜才
具有一定的非线性和强耦合性 (含有反正弦函数及平方、 开方项 )控制的算法设计需要一定的快速性和准 确性以满足系统的要求 [3 ] .
方案二: 从理论模型来看 , 该系统利用控制模型并运用控制理论来进行解耦算法和控制势必会相当
繁杂 , 而且在进行实时控制时还会占用相当的存储空间 . 为此作者设计了第二种控制方案 . 首先 , 将 4
4 结 论
该系统完成后 , 作者进行了模拟实验 , 达到了预期的控制效果 . 目前 , 将对承载平台作进一步地实 际调试 . 本控制系统运用工程的方法良好地实现了解耦 , 从而避免了繁杂的理论运算 , 有一定的实际应 用价值 . 此外 , 由于本系统采用了 P LC 进行控制设计 , 不仅比单片机具有更好的可靠性 , 而且开发周期 短、 性能稳定 , 如进一步推广使用 , 可望收到更好地经济效益和社会效益 .
( 2) 式中 上标 n 为初始状态值 , 即各调平支腿在动作前的值 ; n+ 1为终了状态值 , 即各调平支腿在动作后 的值 ; Δz1 ,Δz2,Δz3 ,Δz4为调平支腿每次动作的距离 ; k 为前后方向与左右方向对角线交点对于线段的比 例系数 .
在建立了系统的数学模型之后 , 可以根据设计要求 , 对 4条调平支腿进行控制 (或伸、 或收 )借以控 制承载平台的水平度 , 使其达到要求的精度 . 从控制理论的角度来看 , 本系统的数学模型比较复杂 , 且
上较高一端的调平支腿 ;
4) 达到两个调平方向的调平精度后 , 使辅助支腿着地、 放稳 ; 5) 调平工作结束 , 进入承载状态 .
进行手工调节时 , 可根据反映倾角状态的仪表指示值来进行自主手工调节 .
2 系统的硬件构成
前已述及 , 本系统的主控元件选择 Si em ens公司的 SIM AT IC S7-300系列的 PL C, 其中包括: 中央 处理单元 ( C PU314)一块 , 数字量输入模块 ( DI SM 321)一块 , 数字量输出模块 ( DO SM 322)一块 , 模拟量 输入模块 ( AI SM 331)一块 . 中央处理单元 ( CPU314)可进行高速及中等规模的 I /O 配置 , 可用于安装中 等规模的程序以及中等指令执行速度的程序 ; 数字量输入模块 ( DI SM 321)具有 32点输入 , 并使用光耦 合器与背板总线隔离 ; 数字量输出模块 ( DO SM 322)具有 32点输出 , 使用光耦合器与背板总线隔离 ; 模 拟量输入模块 ( AI SM 331)两路输入 , 具有反极性保护 [4] . 此外 , 在模拟量的输入端还有水平传感器的变 送电路 , 主要包括集成运放和相敏整流 .
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1 引言
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。
2 四点式平台的调平方法
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。
3 调平的PLC实现及系统构成
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。
图3 调平系统的结构框图
4 系统的工作过程
本系统的工作过程与系统的软件流程相对应，分为四大模块，分别是:差动着地模块、手动调平模块、自动调平模块、自动撤收模块。
根据平台的倾斜度，整个调平过程分为粗调和精调，倾斜度大于5°时，系统粗调，各支腿的动作速度较快;倾斜度小于5°时，系统精调，各支腿的动作速度较慢。
其工作过程为:
(1) 启动电机，送启动信号给PLC;
(2) PLC接收到启动信号，执行程序;
(3) 差动放腿40s，保证所有调平支腿着地;
(4) 根据操作指令，执行调平过程:
²按下“手动调平”键，则根据发出的各支腿升降指令进行调平;
²按下“自动展开”键，系统自动读入水平传感器的倾角，判断倾斜度，自动进行调平。
采用升调平技术，根据读入倾角值，判断最高点，计算各支点需要升高的高度，用(4)式计算出所需脉冲数，然后把它对应加到各支腿，控制它们的高度，达到调平目的;
(5) 调平过程结束，发射车可以发射火炮。
需要撤收时，按下自动撤收键，系统自动撤收所有调平支腿。
5 技术要求与试验结果
本调平系统的技术参数要求是:
(1) 调平精度≤2′
(2) 调平时间≤3min
(3) 保持稳定状态24h不变
试验证明，该系统达到了指标要求，调平时间小于1min，调平精度在2′以内，稳定性满足要求。
本调平系统已调试完成，经过多次打靶实验，命中率比较高，取得了令人满意的效果。
参考文献
[1] 姚舜才,张艳兵. 基于PLC的自动调平系统[J]. 华北工学院学
报,2003,24(1):14-17.。