基于PLC的多功能輪椅萬向功能控制系統設計

張恒 劉黎

摘要：本設計主要對基于PLC的多功能輪椅萬向功能進行分析，并對其硬件設計、軟件設計及功能實現進行介紹。

關鍵詞：多功能輪椅;PLC;萬向功能;控制系統

引言

隨著人們的生活水平的不斷提高，由于個人不注意養生，導致富貴病的發生，癱瘓、行走不便的病人越來越多，多功能輪椅對病人頗為重要，因此實現輪椅的自動化和智能化是發展的必然要求和結果。

1方案設計

西門子PLC控制輪子上的直流電動機，從而帶動A、B、a、b四個輪子各自轉動，在不同組成模式轉動下，實現輪椅位移和旋轉的功能。輪椅底盤，如圖1所示。當A、B、a、b四個輪子都向前旋轉時，A、B輪和a、b可以相互抵消橫向速度，只剩下向前的速度，輪椅可以實現前進。后退同理。當A、a輪正轉，B、b輪反轉時，向前向后的速度抵消，只剩下向左的速度，輪椅實現向左平移。當A、a輪反轉，B、b輪正轉時，向前向后的速度抵消，只剩下向右的速度，輪椅實現向右平移。輪椅a、b輪正轉，A、B輪反轉，實現底盤的向右旋轉。反之，輪椅實現向左旋轉。

在輪椅左右兩個扶手上，分別有兩個搖桿，即左搖桿和右搖桿。左搖桿控制輪椅的左右旋轉，右搖桿控制輪椅的前后、左右位移。

2硬件設計

2.1硬件選型

2.1.1PLC的選型

根據多功能輪椅的控制要求，需要輸入輸出端口分別為：（1）輪椅的前進后退，左轉右轉（4個輸入4個輸出），（2）傳送帶的正反轉（2個輸入2個輸出），（3）拖布的升降與旋轉（2個輸入2個輸出），共8個輸入輸出端口，因此選用CPU224的S7-200PLC。

2.1.2電動機的選型

針對不同使用情況，而選用不同型號的電動機。例如帶動傳動帶的電動機選用型號為5IK40GN-Y的電動機，升降電動機和旋轉電動機選用型號為37GB520和型號為37GB555的電動機，麥克納姆輪的電動機型號為MY1016Z-250W24V。

3軟件設計

3.1I/O端口分配

I/O端口分配是編寫PLC程序首先要做的前提條件，也是現場接線和調試的重要依據[3]。結合多功能輪椅控制系統的控制要求及控制電路圖的分析，完成I/O端口分配。I/O端口分配表，如表1所示。

3.2程序設計

控制A輪的電動機正轉程序：通過方向行動指令控制四個輪子的電動機運轉。當I0.1接通時，Q0.5得電，控制A輪的電動機正轉。

控制B輪的電動機正轉程序：當I0.1接通時，Q0.7得電，控制B輪的電動機正轉。

控制a輪電動機的反轉程序：左轉控制按鈕I0.5得電，控制a輪電動機的反轉。

控制b輪電動機的反轉程序：左轉控制按鈕I0.5得電，控制b輪電動機的反轉。

通過以上的控制方式，當按下左轉指令按鈕時，A、B、a、b輪電動機同時啟動，可達到左轉的效果。而程序中的限位，則是對輪子的一種保護，例如右前限位，表示輪椅的右上角在即將觸碰到障礙物時，自動停止，防止對輪椅造成破壞。同理，右轉、前進、后退、左移、右移指令也可通過此方式實現。

4總結

本設計主要是對功能輪椅的設計與創新，此設計理念符合大眾，從需求者角度出發，達到最貼切的民眾的意愿與需求。本設計對硬件的規劃以及對軟件的編程與調試，都達到了最佳程度。輪椅的萬向功能擺脫以往普通輪子的局限性，360°任意旋轉，使得用戶滿足了對方向性的需求。

參考文獻

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