【正文】 速、中速、低速三種速度的具體數(shù)值可以通過變頻器的PU面板輸入，這樣就可以比較靈活地控制挖掘機(jī)的速度。第2章 主要技術(shù)指標(biāo)和主要功能 技術(shù)指標(biāo)(1)電動(dòng)機(jī)電源[2]：交流380V(2)控制系統(tǒng)電源：直流24V，負(fù)極搭鐵，主體單線制(3)溫度：環(huán)境溫度(4)電動(dòng)機(jī)：90kW(5)起動(dòng)機(jī)：由發(fā)動(dòng)機(jī)確定(6)鏟斗容量：27m3(7)起重臂傾角：45176。電磁式轉(zhuǎn)速傳感器的輸出量是正弦波，輸出量一般不會(huì)十分完美，所以在輸入PLC的AD模塊之前還要經(jīng)過二極管進(jìn)行整流，然后經(jīng)過比例放大器進(jìn)行放大，才能輸入到三菱FX2N4AD模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。解決辦法就是使誤差接近零的時(shí)候，抑制誤差的作用也是零。因此，比例和積分控制器可以使系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。在積分控制中，控制器的輸出和輸入信號(hào)的積分成正比關(guān)系，對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則這個(gè)系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的。將誤差的比例(P)，積分(I)，微分(D)通過線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制，故稱PID控制器。(2)PID控制本實(shí)驗(yàn)的核心程序中用到了PID控制[1]，很好地解決了轉(zhuǎn)速控制這個(gè)問題。在設(shè)備窗口內(nèi)配置不同類型的設(shè)備構(gòu)件，并根據(jù)外部設(shè)備的類型和特征，設(shè)置相關(guān)的屬性，將設(shè)備的操作方法，如硬件參數(shù)配置、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、設(shè)備調(diào)試等都封裝在構(gòu)件之內(nèi)，以對(duì)象的形式與外部設(shè)備建立數(shù)據(jù)的傳輸通道連接。韓國(guó)大宇公司在DH280型挖掘機(jī)上采用了EPOS電子功率優(yōu)化系統(tǒng)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)液壓泵所吸收的功率，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速始終保持在額定轉(zhuǎn)速附近，即發(fā)動(dòng)機(jī)始終以全功率運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣既充分利用了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、提高挖掘機(jī)的作業(yè)效率，又防止了發(fā)動(dòng)機(jī)因過載而熄火。國(guó)外挖掘機(jī)生產(chǎn)廠商重視采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)，加快標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化發(fā)展速度。20世紀(jì)40年代，有了在拖拉機(jī)上裝配液壓反鏟的懸掛式挖掘機(jī)。目前我國(guó)的電動(dòng)挖掘機(jī)市場(chǎng)如雨后春筍，百家爭(zhēng)鳴。這為我國(guó)液壓挖掘機(jī)行業(yè)的形成邁出了重要的一步。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀挖掘機(jī)從發(fā)明到現(xiàn)在已經(jīng)走過178年的歷史，期間經(jīng)歷過從人力到蒸汽再到液壓驅(qū)動(dòng)。還好有一直在進(jìn)步的科技基礎(chǔ)作為支撐，使人們對(duì)挖掘機(jī)的改造和創(chuàng)新進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)代?；赑LC的電動(dòng)挖掘機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目錄第1章 緒論 1 課題來源以及重要意義 1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 國(guó)內(nèi)發(fā)展及現(xiàn)狀 1 國(guó)外發(fā)展及現(xiàn)狀 2 關(guān)鍵技術(shù)與技術(shù)難點(diǎn) 3第2章 主要技術(shù)指標(biāo)和主要功能 5 技術(shù)指標(biāo) 5 主要功能 5 預(yù)期達(dá)到的成果及其形式 6第3章 總體設(shè)計(jì)方案 7 設(shè)計(jì)思想 7 技術(shù)路線 7 設(shè)計(jì)原理 7第4章 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立和PID參數(shù)整定 10 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立 10 輸出電壓與轉(zhuǎn)速差的轉(zhuǎn)換模型 10 變頻器模型建立 10 電動(dòng)機(jī)模型建立 10 系統(tǒng)傳遞函數(shù) 11 PID 參數(shù)整定 12第5章 硬件設(shè)計(jì) 13 電路設(shè)計(jì) 13 變頻器和PLC的相關(guān)接口電路 13 變量泵轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路 14 供電電路設(shè)計(jì) 15 抗干擾設(shè)計(jì) 16 觸摸屏設(shè)計(jì) 16 硬件選型 17 PLC選型 17 電動(dòng)機(jī)的選型 19 變頻器的選型 19 AD/ DA模塊選型 20 轉(zhuǎn)速傳感器的選型 21第6章 軟件設(shè)計(jì) 24 軟件設(shè)計(jì)語言和準(zhǔn)備工作 24 程序模塊 25 轉(zhuǎn)速控制 25 發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)怠速 27 行進(jìn)控制 28 AD轉(zhuǎn)換 29 DA轉(zhuǎn)換 29 軟件抗干擾設(shè)計(jì) 30 MCGS程序設(shè)計(jì) 30 MCGS操作界面設(shè)置 31 MCGS軟件與PLC的通信 32 PLC設(shè)置 32 串口父設(shè)備設(shè)置 32 本設(shè)備屬性和內(nèi)部屬性設(shè)置 32 通信故障分析 33第7章 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析 34 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)搭建 34 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 34第8章 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)效益分析 35 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn) 35 經(jīng)濟(jì)效益分析 35 能源分析 35 維護(hù)分析 35 運(yùn)行效率分析 36第9章 結(jié)論與展望 37 37 37參考文獻(xiàn) 38致謝 39附錄 40附錄A： 外文資料翻譯。在世界資源嚴(yán)重匱乏、石油天然氣價(jià)格猛增的今天，對(duì)機(jī)械設(shè)備的動(dòng)力來源改造越來越多地被提上課題，人們?cè)谂ふ乙环N可再生的新型能源替代石油天然氣等不可再生而且會(huì)造成環(huán)境污染的能源，于是我們看到了大街上的出租車公交車的動(dòng)力都由傳統(tǒng)的石油燃料轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏推渌稍偕茉?，這樣不僅大大提高了能源利用率而且減輕了環(huán)境的負(fù)擔(dān)。作為工程機(jī)械行業(yè)里的“明珠”，挖掘機(jī)的發(fā)明和發(fā)展對(duì)節(jié)省人力提高工作效率發(fā)揮了巨大作用。在此同時(shí)，涌現(xiàn)出幾十位我國(guó)第一代液壓挖掘機(jī)的研究、開發(fā)人員。比較有代表性的有：洛陽聚科特種工程機(jī)械有限公司生產(chǎn)的中小型電動(dòng)挖掘機(jī)；四川邦立重機(jī)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的CED2606型電動(dòng)液壓挖掘機(jī)；山東山特重工機(jī)械有限公司生產(chǎn)的HXB55型礦用電動(dòng)挖掘機(jī)。 20世紀(jì)50年代初期和中期相繼研發(fā)出拖式全回轉(zhuǎn)液壓挖掘機(jī)和履帶式全液壓挖掘機(jī)。例如，德國(guó)阿特拉斯公司生產(chǎn)的挖掘機(jī)裝有新型的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置，使挖掘機(jī)按最適合其作業(yè)要求的速度來工作；美國(guó)林肯貝爾特公司C系列LS5800型液壓挖掘機(jī)安裝了全自動(dòng)控制液壓系統(tǒng)，可自動(dòng)調(diào)節(jié)流量，避免了驅(qū)動(dòng)功率的浪費(fèi)；還安裝了CAPS(計(jì)算機(jī)輔助功率系統(tǒng))，提高挖掘機(jī)的作業(yè)功率，更好地發(fā)揮液壓系統(tǒng)的功能；日本住友公司生產(chǎn)的FJ系列五種新型號(hào)挖掘機(jī)配有與液壓回路連接的計(jì)算機(jī)輔助功率控制系統(tǒng)，利用精控模式選擇系統(tǒng)，減少燃油、發(fā)動(dòng)機(jī)功率和液壓功率的消耗，并延長(zhǎng)了零部件的使用壽命；德國(guó)奧加凱(Oamp。運(yùn)行過程中，設(shè)備構(gòu)件由設(shè)備窗口統(tǒng)一調(diào)度管理，通過通道連接，向?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)提供從外部設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)，從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢控制參數(shù)，發(fā)送給系統(tǒng)其它部分，進(jìn)行控制運(yùn)算和流程調(diào)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)檢測(cè)和過程的自動(dòng)控制。常規(guī)的PID控制器設(shè)計(jì)容易、適用面廣、可靠性高，是現(xiàn)在應(yīng)用很廣泛的一類基本的控制器，對(duì)于參數(shù)固定并且非線性不嚴(yán)重的被控對(duì)象有很好的控制效果。比例控制是一種簡(jiǎn)單的控制方式。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入積分項(xiàng)。在微分控制中，控制器的輸出和輸入誤差信號(hào)的微分成比例關(guān)系。這就是說，在控制器中引入比例項(xiàng)是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅僅是放大誤差的幅值，目前需要引入的是積分項(xiàng)，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例加微分的控制器就能提前使抑制誤差的作用等于零，避免出現(xiàn)嚴(yán)重超調(diào)。(4)抗干擾設(shè)計(jì)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，在距離較遠(yuǎn)的電氣設(shè)備、儀表、PLC控制系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)之間進(jìn)行信號(hào)傳輸時(shí)，往往存在干擾，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定甚至誤操作。(8)起重臂長(zhǎng)度：(9)斗桿有效長(zhǎng)度： 主要功能(1)轉(zhuǎn)速控制。自動(dòng)模式則是根據(jù)轉(zhuǎn)速輸入值和轉(zhuǎn)速的測(cè)量值自動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，使其被控制在合適范圍內(nèi)，這樣的話就給挖掘機(jī)司機(jī)減少了很多負(fù)擔(dān)，可以把更多的精力用在對(duì)挖掘機(jī)動(dòng)力臂的控制上。而且減少燃耗、降低噪音，這對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命也有好處。轉(zhuǎn)速顯示是駕駛員對(duì)挖掘機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行判斷的重要參考，所以設(shè)計(jì)中如何更加快速準(zhǔn)確地顯示出挖掘機(jī)的轉(zhuǎn)速十分重要。這些都是對(duì)挖掘機(jī)行進(jìn)的最基本控制，由于本設(shè)計(jì)是基于PLC的，相信比傳統(tǒng)的控制方案效果更好。包括：手動(dòng)調(diào)速模塊、自動(dòng)調(diào)速模塊、自動(dòng)怠速模塊、PID調(diào)節(jié)模塊、AD和DA模塊、抗干擾模塊。第3章 總體設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)思想在本設(shè)計(jì)中，我們對(duì)挖掘機(jī)基于PLC的變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了深入的研究，致力于將PLC、變頻器、電動(dòng)機(jī)的優(yōu)勢(shì)有機(jī)結(jié)合，從而達(dá)到耗能更少，控制更方便的目的。(3)根據(jù)實(shí)際需要對(duì)實(shí)驗(yàn)中用到的幾大部件進(jìn)行嚴(yán)格選型。 設(shè)計(jì)原理以下為挖掘機(jī)的控制系統(tǒng)示意圖。三菱FX2N系列是小型化，高速度，高性能以及各方面都是FX系列中高檔次的裝置，除輸入/輸出16~128點(diǎn)的獨(dú)立用途外，還可以適用于多個(gè)基本組件間的連接，模擬控制，定位控制等特殊用途，是一套可以滿足多樣化廣泛需要的PLC，并且具有高速處理及大量滿足單個(gè)需要的可擴(kuò)展特殊功能模塊等特點(diǎn)，為各種自動(dòng)化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。具有功能完善、操作簡(jiǎn)便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)的突出特點(diǎn)。挖掘機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)示意圖如下圖所示：58 圖31挖掘機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)示意圖系統(tǒng)總體控制方案如下圖所示：圖32系統(tǒng)總體控制框圖第4章 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立和PID參數(shù)整定 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)以控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速恒定為目標(biāo)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速由PLC輸出轉(zhuǎn)速來決定，而PLC的輸出要根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器的反饋進(jìn)一步進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制系統(tǒng)的控制框圖下圖所示[5]。圖42系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖由以上關(guān)系可得，系統(tǒng)總閉環(huán)傳遞函數(shù)為： 為了計(jì)算簡(jiǎn)單不妨將KK2的值取成1，最終得到： （44） PID 參數(shù)整定PID參數(shù)整定[6]方法就是確定調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)P、積分時(shí)間Ti和和微分時(shí)間Td，改善系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性，使系統(tǒng)的過渡過程達(dá)到最為滿意的質(zhì)量指標(biāo)要求。實(shí)驗(yàn)湊試法的整定步驟為先比例，再積分，最后微分。(3)整定微分環(huán)節(jié)先置微分時(shí)間Td=0，逐漸加大Td，同時(shí)相應(yīng)地改變比例系數(shù)和積分時(shí)間，反復(fù)試湊至獲得滿意的控制效果和PID控制參數(shù)。再生制動(dòng)是電動(dòng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)時(shí)把一部分動(dòng)能通過電機(jī)轉(zhuǎn)換為電能儲(chǔ)存起來，回收利用。(4)=900；=1600；=2400僅RH為ON時(shí) 僅RM為ON時(shí) 僅RL為ON時(shí) 以上參數(shù)均通過變頻器的PU面板輸入。先將輸出的正弦波信號(hào)通過二極管進(jìn)行整流，在轉(zhuǎn)速比較低的時(shí)候傳感器輸出的電壓信號(hào)幅值比較小，為了提高靈敏度，還要對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行放大。 (51) LM331是美國(guó)NS公司生產(chǎn)的性能價(jià)格比較高的集成芯片,可用作精密頻率電壓轉(zhuǎn)換器、A/ D 轉(zhuǎn)換器、線性頻率調(diào)制解調(diào)、長(zhǎng)時(shí)間積分器及其他相關(guān)器件。LM331 可采用雙電源或單電源供電，可工作在 ～40V 之間，輸出可高達(dá) 40V，而且可以防止 Vcc 短路。 抗干擾設(shè)計(jì)為了將電控系統(tǒng)和供電電網(wǎng)的電源隔離開，消除因公共電阻引起的耦合，減少負(fù)載波動(dòng)的影響，同時(shí)也為了安全，常常在電源變壓器之前增加一個(gè)1：1隔離變壓器。 觸摸屏設(shè)計(jì)綜合價(jià)格和性能的考慮，最終選擇LTN141AT08型號(hào)的觸摸屏來替代原來電腦上的普通液晶屏幕。C到70176。將USB公頭插入到電腦的USB接口，即可實(shí)現(xiàn)用觸摸屏控制電腦?？梢愿鶕?jù)系統(tǒng)輸入輸出表計(jì)算所需點(diǎn)數(shù)，表如下所示：表52 系統(tǒng)的輸入和輸出表軟元件號(hào)功能軟元件號(hào)功能X000前進(jìn)Y0前進(jìn)電機(jī)X001后退Y1后退電機(jī)X002踏板壓力檢測(cè)M2怠速觸發(fā)X003操作桿壓力監(jiān)測(cè)M3轉(zhuǎn)速過小X004高速M(fèi)4轉(zhuǎn)速適中X005中速M(fèi)5轉(zhuǎn)速過大X006低速D0轉(zhuǎn)速給定值X007自動(dòng)模式D1轉(zhuǎn)速瞬時(shí)值X010手動(dòng)模式D2轉(zhuǎn)速輸出值Y2快速Y3中速Y4慢速系統(tǒng)輸入輸出點(diǎn)數(shù)不超過20，F(xiàn)X2N48MT所提供的點(diǎn)數(shù)為48，在有一定預(yù)留量的前提下滿足要求。最后，還需考慮到整機(jī)PLC系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)布置，確保主站和各個(gè)分站能可靠對(duì)接。FX2N48MT也符合要求。技術(shù)指標(biāo)：(1)額定電壓：380V。合理的容量選擇本身就是一種節(jié)能降耗措施。為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，該設(shè)備首先要把三相或單相交流電變換為直流電（DC），然后再把直流電（DC）變換為三相或單相交流電（AC）。 AD/ DA模塊選型綜合對(duì)輸入通道個(gè)數(shù)、兼容性以及預(yù)留升級(jí)的考慮最終的AD模塊我們選擇了三菱FX2N4AD，DA模塊選擇了三菱FX2N4DA。(3)12位轉(zhuǎn)換結(jié)果以二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存放。(6)轉(zhuǎn)換速度6~15ms。FX2N4AD最大分辨率是12位。三菱FX2N4DA是一款模擬量模塊。所以，我們要用一個(gè)數(shù)字來表示它的大小，然后告訴PLC，PLC才能知道輸入的電壓、電流信號(hào)具體有多大。本設(shè)計(jì)中我們采用了JX71C磁電式轉(zhuǎn)速傳感器。但是在被測(cè)物體的轉(zhuǎn)速超過磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的測(cè)量范圍時(shí)，磁路損耗會(huì)過大，使得輸出電勢(shì)銳減。磁電式傳感器主要由旋轉(zhuǎn)的觸發(fā)輪（被等分的齒輪盤,上面有多齒或缺齒）和相對(duì)靜止的感應(yīng)線圈兩部分組成。