CN206948228U - 三自由度异步电机运动平台的plc电控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于三自由度电动运动平台互动控制技术领域，具体的实用新型专利涉及一种三自由度异步电机运动平台的PLC电控系统，包括三轴角度反馈传感器、PLC控制单元、变频器及三相交流异步减速电机，所述三轴角度反馈传感器用于采集三自由角度值，所述PLC控制单元用于接收上位机发送的控制数据，对所述三自由角度值进行PID算法处理，及基于PID算法处理的结果控制所述变频器驱动所述三相交流异步减速电机完成三个自由度方向的动作；其中，所述三个自由度方向分别定义为航向、俯仰及横滚。本实用新型功耗低、使用寿命长，调试维护简单，对供电要求简单。

Description

三自由度异步电机运动平台的PLC电控系统

技术领域

本实用新型属于三自由度电动运动平台互动控制技术领域，具体的实用新型专利涉及一种三自由度异步电机运动平台的PLC电控系统。

背景技术

随着虚拟现实技术的发展，多自由度运动平台越来越多地应用于各种运动仿真系统中，并且从军事领域逐渐侵透到民用娱乐领域。目前，国内已有的三自由度运动平台，其类型主要有伺服(液压缸、电动缸、气动缸)三种类型，上述三种类型的三自由度运动平台具有功耗高、使用寿命短的技术缺陷，有待进一步改进。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种三自由度异步电机运动平台的PLC电控系统，以解决上述问题。

本实用新型提供了一种三自由度异步电机运动平台的PLC电控系统，包括：三轴角度反馈传感器、PLC控制单元、变频器及三相交流异步减速电机，三轴角度反馈传感器用于采集三自由角度值，PLC控制单元用于接收上位机发送的控制数据，对三自由角度值进行PID算法处理，及基于PID算法处理的结果控制变频器驱动三相交流异步减速电机完成三个自由度方向的动作；其中，三个自由度方向分别定义为航向、俯仰及横滚。

进一步地，三轴角度反馈传感器包括航向反馈传感器、俯仰角度传感器及横滚角度传感器，PLC控制单元包括PLC主控器、以太网通信模块、AD输入模块及DA输出模块，变频器包括航向变频器、俯仰变频器及横滚变频器，三相交流异步减速电机包括三相交流异步减速电机一、三相交流异步减速电机二、及三相交流异步减速电机三；航向反馈传感器、俯仰角度传感器及横滚角度传感器通过AD输入模块与PLC主控器进行通信；PLC主控器通过以太网通信模块与上位机进行通信；PLC主控器通过DA输出模块与航向变频器、俯仰变频器及横滚变频器通信；航向变频器与三相交流异步减速电机一连接，俯仰变频器与三相交流异步减速电机二连接，横滚变频器与三相交流异步减速电机三连接。

进一步地，该系统还包括与PLC主控器连接的航向左、右限位接近开关，横滚上、下限位接近开关及俯仰上、下限位接近开关；航向左、右限位接近开关用于限定航向左右摆动角度，横滚上、下限位接近开关用于限定横滚上下摆动角度，俯仰上、下限位接近开关用于限定俯仰上下摆动角度。

进一步地，该系统还包括与PLC主控器连接的航向光电开关，航向光电开关用于在航向位置左右运动范围内，探测障碍物信息，当探测到障碍物信息时，关停PLC电控系统。

进一步地，该系统还包括与PLC主控器进行通信的手动控制盒，手动控制盒用于调试和测试三自由度异步电机运动平台的运动能力和性能。

进一步地，该系统还包括与PLC控制单元连接的24V直流开关电源。

进一步地，该系统还包括与PLC控制单元连接的急停开关，急停开关用于在意外情况发生时切断电源。

进一步地，该系统还包括与PLC主控器连接的故障指示灯，故障指示灯用于指示故障状态信息。

进一步地，该系统还包括分别与三个自由度方向的运动轴连接随动的第一精密旋转反馈电位器、第二精密旋转反馈电位器及第三精密旋转反馈电位器，第一精密旋转反馈电位器、第二精密旋转反馈电位器及第三精密旋转反馈电位器分别用于测量航向、俯仰及横滚的角度变化量。

与现有技术相比本实用新型的有益效果是：本实用新型的PLC电控系统首次实现了由异步电机直接来驱动三自由度模拟器运动平台，该电控系统在同样载荷的条件下，超越了目前三种运动平台在功耗、使用寿命方面的性能，不仅调试维护简单，而且对供电要求简单，只需普通单相220V电源供电即可，就可以使此电控系统不间断的长时间运行念。该PLC电控制系统性能稳定优良、调试简单、安全可靠。

附图说明

图1是本实用新型三自由度异步电机运动平台的PLC电控系统一实施例的结构框图；

图2是本实用新型三自由度异步电机运动平台的PLC电控系统外部设备连接示意图；

图3是本实用新型三自由度异步电机运动平台的PLC电控系统手动控制盒的布局图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本实用新型的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本实用新型的保护范围之内。

参图1至图3所示，本实施例提供了一种三自由度异步电机运动平台的PLC电控系统，包括三轴角度反馈传感器、PLC控制单元20、变频器及三相交流异步减速电机，三轴角度反馈传感器用于采集三自由角度值，PLC控制单元20用于接收上位机100发送的控制数据，对三自由角度值进行PID算法处理，及基于PID算法处理结果控制变频器驱动三相交流异步减速电机完成三个自由度方向的动作；其中，三个自由度方向分别定义为航向、俯仰及横滚。

在本实施例中，三轴角度反馈传感器包括航向反馈传感器11、俯仰角度传感器12及横滚角度传感器13，PLC控制单元包括PLC主控器21(西门子的S7—200PLC)、以太网通信(CP243-1)模块22、AD输入(EM231)模块23及DA输出(EM232)模块24，变频器包括航向变频器31、俯仰变频器32及横滚变频器33，三相交流异步减速电机包括三相交流异步减速电机一41、三相交流异步减速电机二42、及三相交流异步减速电机三43；航向反馈传感器31、俯仰角度传感器32及横滚角度传感器33通过AD输入模块23与PLC主控器21进行通信；PLC主控器21通过以太网通信模块22与上位机100进行通信；PLC主控器21通过DA输出模块24与航向变频器31、俯仰变频器32及横滚变频器33通信；航向变频器31与三相交流异步减速电机一41连接，俯仰变频器32与三相交流异步减速电机二42连接，横滚变频器33与三相交流异步减速电机43三连接。

在本实施例中，该系统还包括与PLC主控器连接的三轴极限运动角度限位开关50，限位开关50包括航向左限位接近开关51、航向右限位接近开关52，横滚上限位接近开关53、横滚下限位接近开关54及俯仰上限位接近开关55、俯仰下限位接近开关56；航向左、右限位接近开关用于限定航向左右摆动角度，横滚上、下限位接近开关用于限定横滚上下摆动角度，俯仰上、下限位接近开关用于限定俯仰上下摆动角度。

在本实施例中，该系统还包括与PLC主控器21连接的航向光电开关60，包括左航向光电开关61及右航向光电开关66，航向光电开关60用于在航向位置左右运动范围内，探测障碍物信息，当探测到障碍物信息时，关停PLC电控系统。

在本实施例中，该系统还包括与PLC控制单元连接的急停开关62，急停开关62用于在意外情况发生时切断电源，起到安装保护的目的，急停开关62安装在示意图中PLC控制柜位置处，其作用在有意外情况条件下，按下急停按钮，会立即切断电源，起到安全保护的作用。

在本实施例中，该系统还包括与PLC主控器连接的启停控制按钮63。

在本实施例中，该系统还包括电源指示灯64，安装在示意图中PLC柜位置处，当系统供电正常此灯就会亮起。

在本实施例中，该系统还包括与PLC主控器连接的故障指示灯65，故障指示灯65用于指示故障状态信息安装在图中PLC柜示意位置处，用于故障指示，具体故障状态指示说明如下表：

在本实施例中，该系统还包括与PLC主控器进行通信(通过一根信号线与示意图中PLC控制柜直接相连)的手动控制盒70，手动控制盒70用于调试和测试三自由度异步电机运动平台(飞行模拟器运动平台)的运动能力和性能。同时当运动平台平衡位置发生偏离时，还可以通过操作相关功能，对其校准后的平台姿态参数进行保存。

在本实施例中，该系统还包括与PLC控制单元连接的24V直流开关电源80，安装在图中PLC柜示意位置处，用来向PLC控制单元供电。

在本实施例中，该系统还包括分别与三个自由度方向的运动轴(三轴)连接随动的第一精密旋转反馈电位器91、第二精密旋转反馈电位器92及第三精密旋转反馈电位器93，第一精密旋转反馈电位器91、第二精密旋转反馈电位器92及第三精密旋转反馈电位器93分别用于测量航向、俯仰及横滚的角度变化量。

本实施例选用PLC200作为主控器，由通讯以太网模块CP243-1接收上位机发送的控制数据，将AD模块EM231EM采集到三自由度角度值，经主控器PID算法处理后，再由DA模块EM232将输出数字量转化为电压来控制变频器驱动三轴异步电机，从而实现运动平台在三个自由度位置上随动控制。其三个自由度方向分别定义为(航向、俯仰、横滚)，每个自由度在运动角度上都设计保护电路，由6组电磁开接近开关传感器来限定角度范围。同时设计了手动控制盒，用于测试、调试、平台零位校准。该PLC电控系统首次实现了由异步电机直接来驱动三自由度模拟器运动平台，该电控系统在同样载荷的条件下，超越了目前三种运动平台在功耗、使用寿命方面的性能，不仅调试维护简单，而且对供电要求简单，只需普通单相220V电源供电即可，就可以使此电控系统不间断的长时间运行念。该PLC电控制系统性能稳定优良、调试简单、安全可靠。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。

Claims (9)

1.一种三自由度异步电机运动平台的PLC电控系统，其特征在于，包括三轴角度反馈传感器、PLC控制单元、变频器及三相交流异步减速电机，所述三轴角度反馈传感器用于采集三自由角度值，所述PLC控制单元用于接收上位机发送的控制数据，对所述三自由角度值进行PID算法处理，及基于PID算法处理的结果控制所述变频器驱动所述三相交流异步减速电机完成三个自由度方向的动作；其中，所述三个自由度方向分别定义为航向、俯仰及横滚。

2.根据权利要求1所述的三自由度异步电机运动平台的PLC电控系统，其特征在于，所述三轴角度反馈传感器包括航向反馈传感器、俯仰角度传感器及横滚角度传感器，所述PLC控制单元包括PLC主控器、以太网通信模块、AD输入模块及DA输出模块，所述变频器包括航向变频器、俯仰变频器及横滚变频器，所述三相交流异步减速电机包括三相交流异步减速电机一、三相交流异步减速电机二、及三相交流异步减速电机三；所述航向反馈传感器、俯仰角度传感器及横滚角度传感器通过所述AD输入模块与所述PLC主控器进行通信；所述PLC主控器通过所述以太网通信模块与上位机进行通信；所述PLC主控器通过所述DA输出模块与所述航向变频器、俯仰变频器及横滚变频器通信；所述航向变频器与所述三相交流异步减速电机一连接，所述俯仰变频器与所述三相交流异步减速电机二连接，所述横滚变频器与所述三相交流异步减速电机三连接。

3.根据权利要求2所述的三自由度异步电机运动平台的PLC电控系统，其特征在于，还包括与所述PLC主控器连接的航向左、右限位接近开关，横滚上、下限位接近开关及俯仰上、下限位接近开关；所述航向左、右限位接近开关用于限定航向左右摆动角度，所述横滚上、下限位接近开关用于限定横滚上下摆动角度，所述俯仰上、下限位接近开关用于限定俯仰上下摆动角度。

4.根据权利要求3所述的三自由度异步电机运动平台的PLC电控系统，其特征在于，还包括与所述PLC主控器连接的航向光电开关，所述航向光电开关用于在航向位置左右运动范围内，探测障碍物信息，当探测到障碍物信息时，关停所述PLC电控系统。

5.根据权利要求2所述的三自由度异步电机运动平台的PLC电控系统，其特征在于，还包括与所述PLC主控器进行通信的手动控制盒，所述手动控制盒用于调试和测试三自由度异步电机运动平台的运动能力和性能。

6.根据权利要求2所述的三自由度异步电机运动平台的PLC电控系统，其特征在于，还包括与所述PLC控制单元连接的24V直流开关电源。

7.根据权利要求2所述的三自由度异步电机运动平台的PLC电控系统，其特征在于，还包括与所述PLC控制单元连接的急停开关，所述急停开关用于在意外情况发生时切断电源。

8.根据权利要求2所述的三自由度异步电机运动平台的PLC电控系统，其特征在于，还包括与所述PLC主控器连接的故障指示灯，所述故障指示灯用于指示故障状态信息。

9.根据权利要求2所述的三自由度异步电机运动平台的PLC电控系统，其特征在于，还包括分别与三个自由度方向的运动轴连接随动的第一精密旋转反馈电位器、第二精密旋转反馈电位器及第三精密旋转反馈电位器，所述第一精密旋转反馈电位器、第二精密旋转反馈电位器及第三精密旋转反馈电位器分别用于测量航向、俯仰及横滚的角度变化量。