PLC控制的自动调平系统

ＰLＣ掌握的自动调平系统内容来源于ＨYPＥRLINＫ＂ｈtｔｐ：／/ｈi．ｂaiｄ／%C5%Ｃ９％ＢＦ%ＣB%D6％B1%Ｃ1％F7％B5％F7%CB%Ｄ9％C6％Ｆ7／blog/ｉteｍ/２０3０1a43e17ce09ｅb３b７ｄｃ３ｅ。ｈtmｌ＂httｐ：//hi.bａiｄｕ.coｍ/％C５％C9％ＢF％CＢ％D６％B1％C1％F7%B５％F7%CB％D9％C6%Ｆ7/blog／iｔｅｍ/2０301a4３e1７ｃｅ0９eｂ３b7ｄc3e.html引言ﻫ

ＨYＰＥRLＩNＫ”hｔｔｐ：//diａnｈuoqi．taobaｏ。cｏm/"＼t＂_bｌank”为保证平台稳定，被调平台有五条支腿，分别用５个执行元件掌握其高度，以调整平台的水平度;用2个水平敏感元件检测其水平度,2个水平敏感元件垂直安装，分别用于检测平台前后方向的水平度和检测平台左右方向的水平度。图１是被调平台与支腿和水平传感器安装示意图（图中未标出平台上的设备)。ﻫ

图１

被调平台与支腿和水平传感器安装示意图

５个调平支腿高度及2个水平敏感元件的输出，构成了五输入二输出的多输入输出系统，每一调平支腿高度变动,都有可能影响平台的水平度,因此它是一个强耦合的系统。ﻫ

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完全解耦的掌握方法ﻫ

系统虽有5个输入，2个输出,但我们知道,三点决定平面，所以在调平掌握量中有二个输入量是冗余量，只需选择平台重心在三支点构成的三角形内，掌握这个三角形的三个支腿高度，即可实现调平；在调平结束后,再掌握其余二个支腿着地即可.所以实际系统应是三输入二输出系统，经过分析可以得到水平敏感元件的输出α与β是三个调平支腿高A、Ｂ与C的函数：ﻫ

α=f１(A,B,C)ﻫ

β=f2（A,Ｂ,C）ﻫ平台调平后,应得到α≤δ，β≤δ。δ是一个允许的很小倾角。A、B、Ｃ与α、β之间是强耦合的.ﻫ应用理论和实验方法都可得出其传递函数,设平台输入与输出关系表示如下：

式中ＧNM是α、β对于A、Ｂ、C的传函;GNＭ中下标N=1、２代表水平敏感元件的输出α与β，M＝1、2、３代表三支腿高A、B与C.设有一个预补偿矩阵Ｋｐ（ｓ）使(２)式成立。ﻫ

式中KPQ中下标Q=1、2代表预补偿函数的二个输入α与β，P=1、２、３代表补偿传函的三个输出A、Ｂ与Ｃ。若ﻫ

则可实现完全解耦。为使完全解耦，必需求出k（S),并且按(4）式实时计算Ａ、B和Ｃ,然后实施掌握。由（３）式解出k（S）,代入（4）式并离散化（４)式,用计算机实时地计算出掌握量A、B、Ｃ，就构成了快速自动调平系统.然而k(S)不容易显式解得，(４)式的实时计算量大；以及当用伺服系统掌握调平支腿的高度时,最少要有测量3个支腿高度的传感器和两个测量平台水平度的传感器,硬件电路相对简洁，开发时间长;这些因素都限制了完全解耦掌握方法的使用。｜ﻫ3

剔除冗余量的解耦掌握方法ﻫ某些平台上的设备运行中不需实时调平,只要求开头工作前进行一次调平，对调平过程速度要求也不高.这种平台的调平方法,可用剔除冗余量的解耦掌握方法;将调平过程分两步进行，首先调平某个倾角使之达到水平要求之后,将其锁定,然后再去调另外一个倾角。在第一步时,剔除了一个倾角及两个支腿的高，使掌握系统变成了单入单出掌握系统.其次步剔除已调平了的倾角及相应的已完成调平任务的两个支腿。这样其次步调平也变成了单入单出掌握系统。这种做法是一种剔除冗余量的解耦掌握方法。ﻫ

简略调平过程叙述如下:首先选择平台重心所在三支腿构成的三角形中的三个支腿;在平台未调平前，三个支腿连结成的三角形中，必有一条边的倾角最大，这条边是由最高与最低两支点的连线，与它平行的（或夹角最小的）水平敏感元件的输出最大,也即由此水平传感器测出的倾角最大，以此水平敏感元件的输出作被控量,以高度最低支腿的高为掌握量，构成单入单出的闭环掌握系统。这时，虽然调整最低位置支腿高时，会同时影响两个倾角，但未被选用的水平传感器的倾角变化可在其次步时再调平，因此在第一步调平过程中，最高和次高支腿高作为冗余量被临时剔除了，较小的倾角的输出也作为冗余量被剔除了.第一步调平过程，直至此最大倾角被调平为止。当此倾角调平后，以此水平线为轴,平台便成了“跷跷板”，在平台重心作用下,原次高支腿变成了新的最低支腿.原倾角较小的传感器输出变成最大。

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其次步,也以此时倾角最大的水平敏感元件的输出为被调量（另一水平敏感元件的输出已被调为零或一个允许的较小的倾角),以此时的最低支腿高度为掌握量,其余二个输入和一个输出作为冗余量被剔除，再次构成一个单入单出的单闭环系统；为防止其次步调平破坏第一步已调平得到的“跷跷板”的水平轴线,在其次步调平常,首先要收起最低腿的对角支腿，使此支腿悬空；这样其次步调平过程就不会影响第一步调平的结果。当此时的最大倾角的水平敏感元件输出变为零时,就表明平台已完全被调平了。最后再将其余支腿放下着地使平台更稳定.ﻫ上述剔除冗余量的解耦掌握方法算法简洁，即当水平传感器输出超过要求时,接通最低位置支腿的电磁阀，调此支腿的高，直至水平传感器输出满意要求止。掌握算法中，确定电磁阀接通与否，只由水平传感器的输出决定,而不需要测出各调平支腿的高度，因此不需使用测量支腿高度的传感器。且掌握算法中只有一些规律推断,无需处理大量的数椐，适合用PLＣ实现.

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用PLＣ掌握自动调平系统

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用剔除冗余量的解耦掌握方法的调平系统可用PＬＣ实现。用PLC掌握的自动调平掌握系统主要包含：水平检测器与掌握支腿高度的电磁阀与液压缸等组成。硬件框图如ﻫ

图２

自动调平掌握系统的硬件结构框图

图２中PLC输出经驱动电路掌握电磁阀,电磁阀掌握液压缸,液压缸掌握支腿高度,液压缸上的液压继电器用于测量支腿是否着地;由于当支腿着地后液压缸压力上升，液压继电器接通.水平传感器输出的水平倾角是模拟量，因此PLＣ除了要有用于掌握液压缸的开关量输出模块，和用于接收液压继电器的开关量输入模块外,还要有模拟量输入模块.

某自动调平系统，自动调平工作过程如下：ﻫ（1）选择最大倾角（可能是“前后倾角”,也可能是“左右倾角”）方向首先调平。ﻫ(２）推断最大倾角方向上支腿的凹凸，将低端的调平支腿上升；直至在此方向达到调平精度。ﻫ（３)进行另一方向的调节,上升较低一端的调平支腿，同时,收回此方向上较高一端的调平支腿；

ﻫ（４）达到两个调平方向的调平精度后，使帮助支腿着地、放稳；ﻫ（5)调平工作结束。

图3是自动调平掌握程序框图.图中DＴ９、ＤT１1、DT１3、DT15分别是除帮助支腿外的4个调平支腿的液压缸的4个电磁阀,图中“调左右倾角标志"和“调前后倾角标志”是PLC内部帮助继电器，程序检查此标志,当有标志时，会始终调整某个倾角,直至此倾角被调平为

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图３

自动调平程序框图止,故这一标志是实现解耦的关键。

编写程序时要注意到，PLC用户程序是周期执行的,因此PＬC程序与计算机编程有很大不同.但本程序是用在Ｓ７-300PL