【正文】 輸出電壓與轉速差一般承線性關系，設為K1 （41） 變頻器模型建立在工程實踐中，可以針對具體情況，將變頻器的傳遞函數(shù)設定為一個小慣性環(huán)節(jié)或一個比例環(huán)節(jié)，本文將其處理為慣性環(huán)節(jié)，則控制電壓和輸出電壓,之間的傳遞函數(shù)為：取Ts= , (42) 電動機模型建立電機中電流和電壓間的傳遞函數(shù)：TL和TC均為小時間常數(shù)。一般可以通過理論計算來確定，但誤差太大。 (1)整定比例控制將比例控制作用由小變到大，觀察各次響應，直至得到反應快、超調(diào)小的響應曲線。第5章 硬件設計 電路設計 變頻器和PLC的相關接口電路變頻器和PLC的相關接口電路設計作為本設計的核心部分，其合理程度直接關乎到了實驗結果的成敗，所以對于這部分一定要廣泛收集資料，認真考慮每一個細節(jié)問題。再生制動一般是和傳統(tǒng)液壓制動協(xié)調(diào)配合提供制動力的，再生制動力是為了回收能量，再生制動力越大，回收的能量越多，具體再生制動力大小是受速度、電池容量、電機等因素約束的。 變量泵轉速檢測電路變量泵的轉速檢測是否精準決定著PLC給變頻器的輸出值是否妥當，所以對于信號的采集和處理要認真對待。因為FX 2N4AD接受的是電壓值，所以我們必須將頻率值轉化為電壓值，很幸運我們在市面上找到了LM331芯片，此芯片可以將頻率值轉化為電壓值，并且頻率值和電壓值承線性關系，剛好滿足我們實驗中的需要。LM331 采用了新的溫度補償能隙基準電路, 在整個工作溫度范圍內(nèi)和低到 電源電壓下都有極高的精度。 供電電路設計本實驗的動力電源為交流380V，而PLC所需要的電源為直流24V，搭載MCGS的PC機所需電源為220V，為了節(jié)約空間和能源我們將從380V交流電源著手，變換成各部件所需的電源。下圖為交流電源抗干擾的綜合方案。觸摸屏、控制板、USB線之間的連接圖如下：圖56觸摸屏的相關電路設計下面是LTN141AT08觸摸屏的相關參數(shù)：(1)操作電壓：10V(2)操作溫度：10176。C(8)表面硬度：3H(9)操作力度：20g到80g上圖為線路圖的連接，按照圖中連接好了之后，還要進行相應的軟件安裝，軟件安裝的作用除了驅(qū)動觸摸屏之外，還要對觸摸屏進行校準。 硬件選型 PLC選型在PLC系統(tǒng)設計時，首先應確定控制方案，下一步工作就是PLC設計選型。選擇CPU首先要考慮所需的存儲器容量，必須確保CPU存儲器容量大于所需。 存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量應小于存儲器容量。綜上所述，我們選擇三菱公司PLC系列中的FX2N48MT。(2)額定頻率為：50Hz.(3)功率：90kw(4)環(huán)境溫度：不超過40℃，最低環(huán)境空氣溫度為15℃。本課題中我們采用電機實際功率確定法，首先測定電機的實際功率,以此來選用變頻器的容量。通過改變電壓的頻率從而改變了電動機的轉速。因為PLC、變頻器同為三菱品牌，所以系統(tǒng)會有良好的兼容性。最大值2047，最小值2048。(7)外接電源為24V，,電流為55mA?；陔妷夯螂娏鞯妮斎?輸出的選擇通過用戶配線來完成，可選用的模擬值范圍是10V到10V DC(分辨率5mV), 20到20mA(分辨率：20μA)。首先給大家介紹一下模擬量模塊的工作原理。數(shù)字量輸入輸出信號就是開關量信號，1或者0。實物圖如下：圖511 JX71C磁電式轉速傳感器技術指標：(1)輸出電壓： 在齒輪模數(shù)齒數(shù)60、材料為G間隙為1mm時 轉速為 1000轉/分 輸出有效值大于5V 轉速為 2000轉/分 輸出有效值大于10V 轉速為 3000轉/分 輸出有效值大于15V(2)直流電阻：低阻200～250Ω；高阻500～600Ω(3)絕緣阻抗：在500V直流時大于50MΩ(4)工作溫度：20℃～120℃(5)重量：約100g（不包括尾部引出線）JX71C磁電式轉速傳感器以磁電感應為基本原理來實現(xiàn)轉速測量的。磁電式轉速傳感器的工作方式?jīng)Q定了它有很強的抗干擾性，能夠在煙霧、油氣、水汽等環(huán)境中工作。當柴油機運行時，觸發(fā)輪與傳感器之間的間隙周期性變化，磁通量也會以同樣的周期變化，從而在線圈中感應出近似正弦波的電壓信號。GX Developer是三菱PLC的編程軟件。用戶編程界面左右兩端為母線，在母線中間編寫PLC程序，事件發(fā)生的條件表示在左面，事件發(fā)生的結果在右面，為了便于檢查和日后的修改，可以對程序添加注釋以便日后的更改和調(diào)試。還包括為了聯(lián)鎖非聯(lián)鎖等切換處理的有關信號。表61 軟元件使用列表軟元件號功能軟元件號功能X000前進Y0前進電機X001后退Y1后退電機X002踏板壓力檢測M2怠速觸發(fā)X003操作桿壓力監(jiān)測M3轉速過小X004高速M4轉速適中X005中速M5轉速過大X006低速D0轉速給定值X007自動模式D1轉速瞬時值X010手動模式D2轉速輸出值Y2快速Y3中速Y4慢速 程序模塊 轉速控制本課題中轉速調(diào)節(jié)涉及到了自動調(diào)節(jié)和手動調(diào)節(jié)，以適應不同條件下駕駛員對轉速的自由控制，手動調(diào)節(jié)主要是調(diào)節(jié)變頻器的相關參數(shù)給高速、中速、低速賦予相應的數(shù)值，而自動調(diào)節(jié)運用到了區(qū)間比較和PID的相關知識，對電動機的轉速控制有著更加良好的控制效果。其中手動模式對高速、中速、低速三種速度進行了互鎖，保證只有一種命令被執(zhí)行，防止操作和程序出錯。圖63 轉速自動控制程序觸發(fā)MMM5分別對應著給PID參數(shù)賦不同的值，以便根據(jù)瞬時轉速與輸入轉速的大小關系對轉速進行調(diào)整。自動怠速的思想是：對油門踏板和操作桿進行壓力檢測，如果都沒有壓力施加并且保持60秒則怠速觸發(fā)，給轉速值賦值1200轉/分，發(fā)動機進入自動怠速狀態(tài)。前進和后退進行互鎖，防止出現(xiàn)故障。選擇通道一，開始AD轉換，最后將轉換結果送到D2存儲單元，程序如下?！翱撮T狗”程序為PLC內(nèi)部的一個定時器，默認定時為500 ms，在程序開始運行時清零。圖611 “看門狗”程序 MCGS程序設計將MCGS的變量與PLC中的軟元件一一對應起來，然后再實現(xiàn)變量與軟元件相互間的讀出和寫入。本設計中的主要程序如下所示：Write（X000=前進）Write（X001=后退）Write（X007=自動控制）Write（X010=手動控制）Write（DB0=轉速給定值）Write（X004=高速）Write（X005=中速）Write（X006低速）Read（DB1=轉速瞬時值）Read（M2=怠速觸發(fā)） MCGS操作界面設置MCGS的引入是獨創(chuàng)性成果之一，雖然成本要比觸摸屏高一點，但是它具有更好的擴展性和更低的后期維護升級費用，長遠來講還是比較經(jīng)濟劃算的。設定方法如下。SC09 編程電纜為 RS232 接口（俗稱 COM 口）到 RS422 接口的轉換電纜，通用于三菱 A 系列和 FX 系列PLC ，支持所有通信協(xié)議，用于電腦與 PLC 的編程通信和各種上位機監(jiān)控軟件，該電纜的 RS422 端口和 RS232 端口均內(nèi)置保護電路，可帶電任意帶電插拔。串口父設備用來設置通信參數(shù)和通信端口。初始工作狀態(tài)：用于設置設備的起始工作狀態(tài)，設置為啟動時，在進入MCGS運行環(huán)境時，MCGS即自動開始對設備進行操作，設置為停止時，MCGS不對設備進行操作，但可以用MCGS的設備操作函數(shù)和策略在MCGS運行環(huán)境中啟動或停止設備。當?shù)谝淮螁釉O備工作時，把PLC中的數(shù)據(jù)讀回來，之后本設備會將變化的值往下寫，這種操作的目的是，用戶PLC程序中有些通道的數(shù)據(jù)在計算機第一次啟動，或計算機中途死機時不能復位。(5)設置一次連續(xù)增加多少個PLC通道。(4)檢查對某一寄存器的操作是否超出范圍。事實證明使用基于PLC的變頻調(diào)速系統(tǒng)對電動機控制效果良好，滿足實驗要求。本實驗中我想到了將搭載MCGS軟件的PC機移植到挖掘機的操作系統(tǒng)當中，這就大大提高了控制系統(tǒng)的可擴展性，如果有需要的話我們可以用功能更加強大的上位機軟件替換MCGS，同時也便于操作系統(tǒng)的更新?lián)Q代，要知道觸摸屏的更新?lián)Q代是硬件上的投入，而PC機是軟件上的更新和維護，經(jīng)濟性比較而言就可想而知了，而且軟件上的更新和維護可以最大限度地保持硬件系統(tǒng)的完整性和封閉性，長遠來說可以延長挖掘機的使用壽命，降低維護費用。電動液壓挖掘機，采用變頻調(diào)速節(jié)能技術，讓運行成本降的更低，帶來超值的效益。現(xiàn)在以每小時耗電量80千瓦時來分析，花費61元。由于大型機的保養(yǎng)費更高，每小時所需的養(yǎng)護費用也更高。 運行效率分析柴油機的維修較為復雜，且通用件少，費用高。第9章 結論與展望通過這段時間論文的寫作對我國的電動挖掘機的發(fā)展也有了初步了解，分析了電動挖掘機工作的過程和原理，確定了系統(tǒng)的總體設計方案，對實驗中用到的各個器件進行了嚴格的選型，設計了相應的硬件電路，認真編譯了PLC程序，最后在實驗室搭建了基于PLC的電動挖掘機變頻調(diào)速系統(tǒng)。所以我國電動挖掘機的變頻調(diào)速技術還有很大的提升空間。采用 PLC 設計后的挖掘機結構緊湊、維修簡單、故障率低。 參考文獻[1] [M].北京:中國電力出版社,2008:144～153[2] [M].北京:人民郵電出版社,2010 :1～7[3] [M].北京:人民郵電出版社,:27～34[4] [M].北京:機械工業(yè)出版社,:17～18[5] 宋志安,. 北京:國防科技出版社,2007:38～41[6] [M].北京:機械工業(yè)出版社,1998:7083.[7] [M].（第五版）北京:機械工業(yè)出版社,1999:96～101[8] GX Developer Version 8 使用說明.[M] 2007:1～80[9] [M].北京:機械工業(yè)出版社,2008:26～28[10] [M].沈陽:遼寧科學技術出版社, ：5～6[11] FX2N4AD Special Functionblok User’s .[12] Programming Controller Melsec FX series Programming electric,1994 . 附錄附錄A： 外文資料翻譯。通過構建一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡的逆系統(tǒng),并結合變頻調(diào)速系統(tǒng),系統(tǒng)被完成了,并且為了得到性能優(yōu)良的系統(tǒng)采用了一個線性閉環(huán)調(diào)節(jié)器。變頻調(diào)速系統(tǒng),包括一個異步電動機和通用逆變器，用來代替直流調(diào)速系統(tǒng)。但是工業(yè)控制計算機在工業(yè)應用上也有一些不足，比如運行不穩(wěn)定,不可靠及更惡劣的通信能力。因此,如何加強系統(tǒng)的控制性能是非常迫切的事情。該方法的優(yōu)點是在工程上很容易實現(xiàn)。在這篇文章中，首先對神經(jīng)網(wǎng)絡反饋方法進行了介紹,并且描述了采用矢量控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模型。隨后,一個線性閉環(huán)調(diào)節(jié)器運行并將達到較高的控制性能。反饋系統(tǒng)控制在工程應用中不能達到期望值。反饋系統(tǒng)的控制方法只需要較少的系統(tǒng)信息，比如與系統(tǒng)相關的命令，并且容易獲得運行網(wǎng)絡的反饋模型。該模型簡化為一個三級非線性模型。原系統(tǒng)簡化為一個輸入和輸出系統(tǒng)訂立的(2)。參考信號應該包括原始系統(tǒng)所有的工作范圍,并確保近似。 網(wǎng)絡的建設靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡和動態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡的完美組合將能構建一個反饋系統(tǒng)。運行數(shù)據(jù)是這些速度的開環(huán)，閉環(huán)的相對應速度和設置的參考的速度。5. 實驗和結果 系統(tǒng)硬件硬件系統(tǒng)包括上層監(jiān)督計算機安裝，,西門子S7300PLC，變頻器，異步電動機和光電編碼器。這個逆變器的類型是西門子的MMV。在WinCC與PLC之間的數(shù)據(jù)轉換不是很大,所以選擇MPI協(xié)議。OPC能有效的提供完整的數(shù)據(jù)和通信能力。矩陣實驗室的神經(jīng)網(wǎng)絡運行需要系統(tǒng)各種各樣數(shù)據(jù)的時候，這些數(shù)據(jù)不能從PLC或WinCC直接讀取。通常用STEP7 ，數(shù)據(jù)采集和控制算法進行編程，速度采樣程序和存儲程序被編程為有規(guī)律的中斷程序A，中斷周期為100毫秒。結果表明,神經(jīng)網(wǎng)絡控制的跟蹤性能均優(yōu)于傳統(tǒng)的常規(guī)PI控制。并給出了一個變頻調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模型,且其可逆轉性得