基于PLC控制的大载荷四点支撑液压自动调平系统

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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。

当达到调平精度后，换向阀14～17、13、7、3失电，电机失电，泵停止工作[2]。

3 硬件设计
系统在硬件设计上，选用PLC为核心控制单元，通过
与外部人机界面单元、液压马达驱动单元、水平仪传感器单元以及方舱通信接口联接，构成完整的座车调平伺服系统[3]。

硬件系统方案设计框图如图2所示。

图1 液压系统原理图
图2 硬件系统设计框图
主机控制部分是整个系统的核心，主要负责处理各传感器提供的信号，经程序处理后，变成输出信号传送
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给执行部分，使执行部分按照程序要求调整平台倾斜状态，直到平台水平。

另外，这部分还接收控制面板的指令、为人机交互提供数据显示及状态指示等工作。

同时该系统还有应急设计，并配备一个应急手动控制盒，当CPU控制系统失灵时可手工控制液压系统的紧急动作。

4 软件设计
系统软件设计采用编程语STEP7-Micro/Win32.主要由主程序及初始化、传感器数据采集、手动调平、自动调平、自动撤收、操作面板通讯等子程序构成。

上电后，执行系统自检及初始化程序，如无故障，读取操作面板通讯子程序获得操作指令，如为手动调平指令，则调用手动调平子程序，根据各支腿升降指令进行调平；如为自动调平指令，则调用自动调平调子程序；调平过程结束后，按下操作面板上的自动撤收键，将调用自动撤收子程序，系统
自动撤收所有支腿。

软件系统结构示意图如图3所示。

图3 软件系统结构示意图
5 撑腿结构设计
液压自动调平系统主要包括1个双轴水平传感器、1个调平控制柜、1个泵站驱动控制柜、4个液压调平撑腿。

调平撑腿结构组成主要由液压马达、双向液压锁、滚珠丝杠、套筒等组成。

调平撑腿与支臂之间采用外法兰螺栓联接的结构形式，便于快速拆换和维修，满足机动性要求。

液压马达为调平撑腿的动力源，以单腿承载14T，调平时间小于3分钟为设计目标。

马达的输出扭矩计算如下所示：
根据螺旋传动公式：
T=F・d2/2・ tan(ψ+ρ＇) 其中：
T—螺纹力矩，N・m；d2—螺杆中径，80mm；ψ—螺纹升角； ρ＇—当量摩擦角。

螺纹升角公式：
其中：
S—导程，单线螺纹导程与螺距相等。

ρ＇= arctan0.0025 = 0.143°所以有：
T=140000N・80/2・tan (ψ+ρ＇)=281.43 N・m。

滚珠丝杠的效率：
η= tanψ/ tan (ψ+ρ＇) =0.95。

传动效率按0.9计算， 则：
马达的输出扭矩≥281.43/0.95/0.9=329.158N・m；根据结构设计的数据，马达可选用500N.m以上的马达，本系统选用派克液压马达BG0280CS030AAAB，制动器，可满足电讯及结构系统设计要求。

图4为此设计开发
的现场实物拍摄图。

图4 开发设计现场实物拍摄图
6 结束语
基于PLC控制的大载荷四点支撑液压调平系统具有一定的使用价值，而且自动智能化程度高、可靠性高。

同时系统还具有操作简单、可靠、抗干扰性强、通用及易扩展性等优点。

并且具有十分卓越的品质和性能价格比和前瞻性。

可以出色的完成液压式车载平台调平系统的设计要求。

参考文献
[1]孙利生.一种大跨距四点支撑液压自动调平系统[J].液压与气动,2004(7).
[2]倪江生,翟羽健.雷达天线座车调平问题的研究[J]测控技术,1994(4).
[3]甘志梅,寇桂岳.基于PLC的车载平台液压自动调平系统设计[J].南昌工程学院学报,2012(4).
作者简介：
席广辉（1974—），男，工程师，主要从事雷达系统结构总体设计工作。

王峰（1972—），男，高级工程师，主要从事地面雷达机电伺服系统总体设计工作。

皇淼淼（1988—），女，硕士，主要从事雷达机电伺服系统电讯设计工作。

陶烨（1970—），女，工程师，主要从事雷达结构分系统设计工作。