【正文】 第6章 軟件設(shè)計 軟件設(shè)計語言和準(zhǔn)備工作 對于PLC的程序編寫，我們采用日本三菱公司提供的GX Developer Version8編程軟件[8]，用戶可以利用它編輯、調(diào)試PLC程序，也可以啟動監(jiān)控功能在線監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備的運行狀況，同時安裝與其配套的PLC仿真軟件后，可以不需要硬件設(shè)備開發(fā)控制系統(tǒng)。(1)程序設(shè)計語言目前，PLC程序設(shè)計主要采用梯形圖、功能塊圖、指令表等6種語言類型，其中梯形圖是應(yīng)用最為廣泛的語言之一，其原因在于它是一種沿用了繼電器、線圈等圖形與符號的圖形編程語言，通常由一系列指令組成，其最大特點是程序直觀、形象。(3)編程前的準(zhǔn)備工作編程前準(zhǔn)備工作包括信號地址分配、內(nèi)存單元地址分配及完成信號分配表信號地址的分配：輸入輸出信號包括實際過程中的輸入輸出信號。下圖為軟元件使用情況表。PLC根據(jù)不同輸入繼電器的觸發(fā)觸發(fā)不同的輸出繼電器，輸出繼電器與變頻器的高速、中速、低速的接口直接相連，從而直接改變了變頻器的輸出頻率，進而改變了電動機的轉(zhuǎn)速。PLC程序如下所示。要求高怠速1200轉(zhuǎn)/分。PLC程序如下：圖67 自動怠速程序 行進控制本實驗對挖掘機的行進進行了簡單的設(shè)計。詳細(xì)程序如下所示：圖68 行進控制程序 AD轉(zhuǎn)換AD轉(zhuǎn)換和DA轉(zhuǎn)換程序主要應(yīng)用了TO和FROM語句，意思分別是從PLC讀出和讀入到PLC，然后通過對K17行的16位二進制數(shù)據(jù)賦值來實現(xiàn)通道選擇和啟動AD轉(zhuǎn)換或者DA轉(zhuǎn)換的功能。所以在程序中加入“看門狗”，可以對其運行狀況進行監(jiān)控，以防意外情況的發(fā)生。本設(shè)計在系統(tǒng)開始運行時啟動“看門狗”程序，如下圖所示。這些設(shè)備命令的格式如下，Read(寄存名+地址=DATA) 讀數(shù)據(jù)；Write(寄存名+地址=DATA)寫數(shù)據(jù)。在使用前首先要安裝編程電纜的驅(qū)動程序，在安裝驅(qū)動結(jié)束后，要進行簡單的設(shè)定。選擇（端口），找到你安裝的USB口，單擊右鍵顯示（屬性）點擊，顯示屬性對話欄，選擇（端口設(shè)置）將這個對話框里的高級設(shè)置的COM口設(shè)置成與PLC編程軟件里的設(shè)置一樣就可以了。 串口父設(shè)備設(shè)置FX232設(shè)備必須掛接在串口父設(shè)備下，串口父設(shè)備在通用設(shè)備構(gòu)件中。 本設(shè)備屬性和內(nèi)部屬性設(shè)置要使MCGS能正確操作PLC設(shè)備，請按如下的步驟來使用和設(shè)置本構(gòu)件的屬性：采集周期：為運行時，MCGS對設(shè)備進行操作的時間周期，單位為毫秒，一般在靜態(tài)測量時設(shè)為1000ms，在快速測量時設(shè)為200ms。三菱FX232 PLC設(shè)備構(gòu)件把PLC的通道分為只讀，只寫，讀寫三種情況，只讀用于把PLC中的數(shù)據(jù)讀入到MCGS的實時數(shù)據(jù)庫中，只寫通道用于把MCGS實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)寫入到PLC中，讀寫則可以從PLC中讀數(shù)據(jù)，也可以往PLC中寫數(shù)據(jù)。(4)指定操作該通道地址中的哪一位(07)或一次操作1個字16位或2個字32位，或浮點。(3)通信參數(shù)設(shè)置是否正確。MCGS界面轉(zhuǎn)速傳感器交流電動機 變頻器PLCAD、DA模塊SC9編程電纜圖71 試驗系統(tǒng)搭建圖 實驗結(jié)果分析能實現(xiàn)最基本的功能，比如電動機的啟動和停止、電動機的正反轉(zhuǎn)、電動機的變頻調(diào)速。傳統(tǒng)挖掘機電控系統(tǒng)的人機交互界面一般都會用觸摸屏，觸摸屏當(dāng)然有觸摸屏的好處，操作簡單，對環(huán)境要求低，低功耗，編程簡單等等，也正因為如此觸摸屏的擴展性就大大受到了限制，界面雖然簡潔但是難以美化，一些復(fù)雜的功能難以實現(xiàn)。 經(jīng)濟效益分析 能源分析目前國際油價處于較高的價格，造成成品油價格處于高位，但從長遠(yuǎn)來看隨著經(jīng)濟的發(fā)展和石油能源的不可再生性，油價還將處于上升趨勢。電動挖掘機（20噸機型）采用110kW變頻電動機，恒功率模式驅(qū)動，由于電動機在對負(fù)載的自適應(yīng)性，能源的使用效率較高，在工作時的平均功率實測為80kW左右。按每500小時為一個保養(yǎng)周期，2015／500＝4元，平均每小時約需4元左右?？梢姴裼桶l(fā)動機的維護費用比電動機多出十多倍。從而大大降低了設(shè)備故障的停機率。電動挖掘機作為機電一體化的產(chǎn)品，集合了機械、電氣、電力電子、計算機等技術(shù)；所以從挖掘機技術(shù)的高低同時也可以看出我國科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展情況；而現(xiàn)在我國電動挖掘機正在迅猛發(fā)展，每年的產(chǎn)量也在大幅增加，同時技術(shù)水平也在不斷進步；但我們也清醒看到在一些關(guān)鍵部件與國外先進水平的差距，這里面既有屬于機械加工方面的，也有屬于電子控制方面的。通過合理的設(shè)備選型、參數(shù)設(shè)置和軟件設(shè)計，提高了電動挖掘機的運行可靠性。設(shè)計中肯定還有其它不足和紕漏之處，請各位老師指正。該數(shù)學(xué)模型的變頻調(diào)速系統(tǒng)提出了矢量控制方式,其可逆轉(zhuǎn)性得到證實。1. 導(dǎo)論近年來,隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論,逐漸涉及到交流電機系統(tǒng),這些技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于變頻器調(diào)速的交流馬達。工業(yè)控制計算機的優(yōu)勢有較高的計算速度，龐大的記憶能力以及與其他軟件良好的兼容性等。該系統(tǒng)由普通的逆變器和異步電機組成，是一種復(fù)雜的非線性系統(tǒng),傳統(tǒng)的PID控制策略,并不能滿足要求和進一步控制。隨后,一個線性閉環(huán)調(diào)節(jié)器設(shè)計可以達到較高的控制性能。這個組合可以促進神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反饋付諸實踐，來實現(xiàn)其全部的經(jīng)濟效益和社會效益。2. 神經(jīng)反饋網(wǎng)絡(luò)控制方法基本的反饋控制方法就是:對于一個給定的系統(tǒng)、一種由反饋方法建立的完整的反饋系統(tǒng),并結(jié)合反饋系統(tǒng)與原系統(tǒng)的特點,提出了一種解耦的線性關(guān)系,以標(biāo)準(zhǔn)化體系,并命名為偽線性系統(tǒng)。由于非線性系統(tǒng)是一個復(fù)雜的系統(tǒng),所以很難要求嚴(yán)格解析反饋信號,這甚至是不可能的。這樣就可能，運用反饋控制方法去控制一個復(fù)雜的非線性系統(tǒng)。3. 異步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和它的反饋性能異步電機變頻調(diào)速系統(tǒng)提供的跟蹤電流正弦脈寬調(diào)制逆變器可以表示為非線性模型在兩相循環(huán)的協(xié)調(diào)。相關(guān)的系統(tǒng)是.當(dāng)變頻器運行模式的變化,在矢量磁鏈的可以忽略的磁鏈(考慮到是恒定,等于等級)。它不僅需要獲得原系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)據(jù),還需要獲得了靜態(tài)的數(shù)據(jù)。基于這些輸入,將得到1600組得到運行樣本。輸出層是由線性臨界激勵函數(shù)的神經(jīng)元組成。并得到原系統(tǒng)的反饋模型。WinCC用MPI協(xié)議被CP5611貫穿到S7300。 軟件編程 通信介紹MPI(多點接口)是一種簡單、便宜的通訊策略，運用在運行慢，非大型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的場合。它允許控制信號直接發(fā)送到變頻地址, SFC14/15的系統(tǒng)功能模塊。這樣可以縮短開發(fā)周期,節(jié)省人力資源,并簡化了整個控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)被WinCC讀取并寫到Excel上,然后Excel上的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換到矩陣實驗室為在離線運行時獲得原系統(tǒng)的反饋系統(tǒng)。 實驗結(jié)果當(dāng)速度參照是100秒每周期的方波信號時,逆變器運行的是矢量模式。（PI控制下的速度響應(yīng)） （網(wǎng)絡(luò)反饋控制下的速度響應(yīng)）6. 結(jié)論為了改善PLC變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制性能，因而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反饋系統(tǒng)被使用。附錄B： PLC程序‘附錄C： 電氣原理圖。反饋系統(tǒng)和原系統(tǒng)被組合并構(gòu)建成偽線性系統(tǒng)，并設(shè)計了線性控制的方法進行控制。當(dāng)速度參照保持恒定時,經(jīng)過80秒時間，負(fù)荷降低到?jīng)]有負(fù)荷,經(jīng)過120秒時間,負(fù)荷增加到滿負(fù)荷，所以在傳統(tǒng)控制下的速度響應(yīng)曲線和網(wǎng)絡(luò)反饋控制下的速度響應(yīng)曲線如下圖所示。為了阻止程序A運行時間超過100毫秒，減小程序的運行周期和系統(tǒng)錯誤，控制步驟和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法被編程為主程序B。所以O(shè)PC技術(shù)可以用來獲得在WinCC和Excel之中所需的數(shù)據(jù)。不同類型的服務(wù)器和客戶機可以存取彼此的數(shù)據(jù)來源。MMV變頻器作為從動裝置連接到PROFIBUS網(wǎng)絡(luò),并安裝到CB15 PROFIBUS模塊上。西門子的PLC能兼容美國的協(xié)議。選擇S73152DP PLC控制器,它有一個PROFIBUSDP接口和一個MPI接口。50次運行之后。靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)是由2個輸入層的神經(jīng)元，3個輸出層的神經(jīng)元和12個隱蔽層的神經(jīng)元組成。信號的欲處理的第一階段是從每0HZ到50HZ中得到10HZ，并得到開環(huán)響應(yīng)。根據(jù)隱函數(shù)定理，公式(3)的反饋系統(tǒng)可以表達為: (9)當(dāng)反饋系統(tǒng)連續(xù)連接到原系統(tǒng)時，偽線性復(fù)合系統(tǒng)形成類型。如果忽略逆變器的延遲,該模型表述如下: (1)（表示同步角頻率；表示轉(zhuǎn)速； 表示定子的電流； 表示轉(zhuǎn)子在軸線上的不穩(wěn)定部分； 表示點的數(shù)量；表示互感系數(shù)；表示慣性轉(zhuǎn)矩；表示轉(zhuǎn)子的時間常數(shù)； 表示負(fù)載轉(zhuǎn)矩。原系統(tǒng)的層疊式的反饋系統(tǒng),會形成一個偽線性系統(tǒng)。作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非線性逼近能力,尤其是對于非線性的復(fù)雜系統(tǒng),它會是來解決問題的強大工具。當(dāng)在“幾何領(lǐng)域”討論這些問題時，反饋系統(tǒng)控制方法并不像微分幾何方法，其特點是直接，簡單，易于理解。然后是對反饋系統(tǒng)進行分析的的介紹,并給出了關(guān)于PLC控制系統(tǒng)中構(gòu)造反饋系統(tǒng)的方法和步驟。在線性化及其解耦控制正常的非線性系統(tǒng)能實現(xiàn)采用這種方法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆系統(tǒng), 在未來幾年里將是一種新型的控制方法。可編程序控制器(PLC)控制系統(tǒng)是專為工業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用而設(shè)計的,它的穩(wěn)定性和可靠性好。由于在工業(yè)領(lǐng)域中的糟糕的環(huán)境和嚴(yán)重的干擾,選擇控制器是一個十分重要的問題。采用PLC、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆系統(tǒng)在實際系統(tǒng)可以實現(xiàn)。PLC變頻調(diào)速的網(wǎng)絡(luò)反饋系統(tǒng)的實現(xiàn)變頻調(diào)速系統(tǒng),包括一個異步電動機和通用逆變器、且PLC控制被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。PLC 與交流變頻調(diào)速(VVVF)控制技術(shù)結(jié)合提升了電動挖掘機的效率，有利于挖掘機的節(jié)能減排，具有一定的經(jīng)濟效益和社會效益。由于控制系統(tǒng)的設(shè)計是一個漫長的很復(fù)雜的過程，同時要考慮到這個系統(tǒng)所涉及的各種影響因素，只有把它們之間的關(guān)系協(xié)調(diào)好了這個控制系統(tǒng)最終才可能有使用價值，因此需要在實際應(yīng)用中不斷的驗證和改進。事實證明電動挖掘機的變頻調(diào)速系統(tǒng)在轉(zhuǎn)速的控制當(dāng)中比傳統(tǒng)的控制方式更具優(yōu)勢，這方面的研究前景廣闊。一旦發(fā)生故障，由于備件的通用性差，使挖掘機短時間內(nèi)不能恢復(fù)生產(chǎn)。電動機保養(yǎng)項目有：每年需給電動機軸承加注二硫化鉬潤滑脂一次200元，每月給電氣元件吹灰清理一次1200元，按年工作5000個小時，1400／5000＝。由此可見挖掘機以電力為動力會比傳統(tǒng)柴油動力節(jié)省2/3的投入，經(jīng)濟效益非?？捎^。目前0／升，／千瓦時（變壓器功率在315千伏安以下，變壓器容量不小于315千伏安的工業(yè)電價更低）。設(shè)計中用觸摸屏替換傳統(tǒng)電腦的液晶屏，這樣就成功地束縛了鼠標(biāo)對駕駛員的綁架，大大提高了駕駛的方便性。可見這方面的研究前景廣闊。第7章 實驗與結(jié)果分析 實驗系統(tǒng)搭建在機械樓對基于PLC電動挖掘機的變頻調(diào)速系統(tǒng)進行了搭建，對部分硬軟件進行了調(diào)試，對各項功能進行了實驗操作。 通信故障分析(1)檢查PLC是否上電。單擊設(shè)備基本屬性中的“設(shè)置設(shè)備內(nèi)部屬性”在打開的屬性頁中，按“增加通道”按鈕，彈出增加通道窗口，在該窗口中設(shè)置：(1)選擇要對PLC中的那個繼電器區(qū)或寄存器區(qū)進行操作即選擇通道類型(2)選擇是只讀，只寫，還是讀寫，默認(rèn)是只讀。內(nèi)部屬性：用來組態(tài)要具體操作哪些寄存器。通信參數(shù)必須設(shè)置成與PLC的設(shè)置一樣。 SC09 編程電纜主要技術(shù)參數(shù)： (1)RS422端口和RS232端口均具有保護電路，可帶電任意插拔(2)波特率：0～230kbps(3)電纜長度：3米，全屏蔽，帶接地線(4)帶有通信指示燈，通信時LED閃爍 (5)工作溫度：20～75℃ (6)重量：150克 SC09編程電纜內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下所示：圖613 SC09 編程電纜內(nèi)部結(jié)構(gòu) MCGS軟件與PLC的通信 PLC設(shè)置FX系列PLC支持無協(xié)議的RS232和RS485通信協(xié)議兩種通信方式，通過改變D8120的值來改變通信方式[9]。右鍵單擊（我的電腦）點擊屬性。同時具有轉(zhuǎn)速報警數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)速歷史數(shù)據(jù)的記錄功能，可以為故障檢測和監(jiān)測提供較為全面合理的數(shù)據(jù)。本設(shè)備構(gòu)件提供了2個特定的設(shè)備命令，用于讀寫PLC中指定的繼電器區(qū)或寄存器區(qū)中的任何一個通道。如果在程序運行過程中出現(xiàn)錯誤或者運行時間超過500 ms，PLC停止工作。圖69 AD轉(zhuǎn)換程序 DA轉(zhuǎn)換預(yù)存數(shù)字量到指定位置，啟動DA轉(zhuǎn)換，選擇通道一，程序如下。MCGS軟件中的“前進”和“后退”分別對應(yīng)寫入X000和X001軟元件，實現(xiàn)前進后退功能。如果有壓力則不進行任何操作。以下是詳細(xì)程序：圖64 PID參數(shù)賦值程序用PLC內(nèi)置的PID功能進行運算。程序如下