【正文】 式轉(zhuǎn)速傳感器輸出的信號強(qiáng)，測量范圍廣，齒輪、曲軸、輪輻等部件，及表面有縫隙的轉(zhuǎn)動體都可測量。模擬量信號有2種，電壓或者電流信號 ，一般是變送器傳過來的信號，比如用壓力變送器檢測水管壓力，它會輸出一個模擬信號420ma或者010v的信號給PLC，PLC來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。FX2N4AD和FX2N主單元之間通過緩沖存儲器交換數(shù)據(jù)，F(xiàn)X2N4AD共有32個緩沖存儲器(每個16位)。(4)分辨率電壓為1/2000，5mV，電流為1/1000，20uA。變頻調(diào)速是通過改變電機(jī)定子繞組供電的頻率來達(dá)到調(diào)速的目的。(5)濕度：最濕月月平均最高相對濕度為90%。設(shè)計階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。C到60176。380V交流電轉(zhuǎn)24V直流電的電路圖如下圖所示：圖54 供電電路設(shè)計380V電源首先經(jīng)過變壓器變成我們需要的電壓，然后經(jīng)過橋式整流器整流成直流，再經(jīng)過濾波操作就可以達(dá)到直流輸出的效果。在信號放大部分，選取R0和R1的阻值分別為10 K、 K。(2)Pr73=1 表示選擇了模擬量輸入模式。(2)整定積分環(huán)節(jié)先將步驟(1)中選擇的比例系數(shù)減小為原來的50～80％，再將積分時間置一個較大值，觀測響應(yīng)曲線。所以電機(jī)中電流和電壓間的傳遞函數(shù)可以簡化為： 因為輸出轉(zhuǎn)速和輸出電流承線性關(guān)系：其中的參數(shù)分別?。?R=，L=，C=600μF則有：TL=L/R= Tc=RC= G3(s)= (43) 系統(tǒng)傳遞函數(shù)本文采用單位負(fù)反饋，即Kf =1。節(jié)能，當(dāng)頻率超過需求時降低頻率，電機(jī)用不完的能量就節(jié)省下來了；無極調(diào)速，電機(jī)都有一個固定的轉(zhuǎn)速，沒有其他調(diào)速裝置，這個轉(zhuǎn)速固定不變，而有的工況需要電機(jī)改變速度，沒有三菱變頻器，只能通過滑差電機(jī)或齒輪變速來實現(xiàn)，很復(fù)雜，很笨重，有了三菱變頻器，就使一切變速的需要變的輕而易舉，隨心所欲；啟動平穩(wěn)，速度平穩(wěn)上升，停止平穩(wěn)，速度平滑下降，沒有沖擊；具備多種信號輸入輸出端口，接收和輸出模擬信號，電流、電壓信號，與工控機(jī)、編程器配合，就能形成自動化控制系統(tǒng)。(5)用GX Developer Version ，并且進(jìn)行認(rèn)真地調(diào)試。(4)MCGS文件。(4)行進(jìn)控制。挖掘機(jī)工作的時候，常常需要短暫停機(jī)，處于待命狀態(tài)，例如等待自卸卡車或需進(jìn)行某種準(zhǔn)備工作等。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)載波動的影響，同時也為了安全，常常加入適當(dāng)?shù)目垢蓴_設(shè)計。原因是可能存在過大的慣性環(huán)節(jié)或者滯后環(huán)節(jié)，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。當(dāng)僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。最后用SC09 編程電纜連接PLC和電腦。德國利勃海爾公司開發(fā)了ECO(電子控制作業(yè))的操縱裝置，可根據(jù)作業(yè)要求調(diào)節(jié)挖掘機(jī)的作業(yè)性能，取得了高效率、低油耗的效果；美國卡特匹勒公司在新型B系統(tǒng)挖掘機(jī)上采用最新的3114T型柴油機(jī)以及扭矩載荷傳感壓力系統(tǒng)、功率方式選擇器等，進(jìn)一步提高了挖掘機(jī)的作業(yè)效率和穩(wěn)定性。 國外發(fā)展及現(xiàn)狀1833～1836年，美國人奧蒂斯設(shè)計和制造了第一臺蒸汽機(jī)驅(qū)動、鐵木混合結(jié)構(gòu)、半回轉(zhuǎn)、軌行式的單斗挖掘機(jī)，生產(chǎn)率為35 m3/h，但由于經(jīng)濟(jì)性差沒有應(yīng)用。1967年，我國有少數(shù)幾家工廠開始研究開發(fā)液壓挖掘機(jī)，通過數(shù)年堅持不懈的努力，克服一個又一個的困難，終于有少量幾種規(guī)格的液壓挖掘機(jī)產(chǎn)品獲得初步成功，當(dāng)時有上海建筑機(jī)械廠的WY100；貴陽礦山機(jī)器廠的W460；合肥礦山機(jī)器廠的WY60；長江挖掘機(jī)廠的WY160和杭州重型機(jī)械廠的WY250等。尤其是在科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的今天，人們對挖掘機(jī)的要求越來越高，不僅對其動力系統(tǒng)的要求在提高，在操作的舒適度、能耗和尾氣排放上都比原來要求更高了。挖掘機(jī)也不例外，國內(nèi)已經(jīng)有很多公司注意到了電動挖掘機(jī)的商機(jī)，開始努力研究并且批量生產(chǎn)以電力為動力來源的挖掘機(jī)，在這篇論文中，我們也將對電動挖掘機(jī)進(jìn)行深入的研究和探索。近年來國內(nèi)一批工程機(jī)械零部件企業(yè)正在快速成長，部分企業(yè)已經(jīng)研究出具有高精尖技術(shù)的變速器、驅(qū)動橋及液壓閥等產(chǎn)品，并且一部分國內(nèi)工程機(jī)械主機(jī)生產(chǎn)商開始投資建立自己的配套件工廠，依靠自身雄厚實力共同推進(jìn)配套件行業(yè)的發(fā)展。20世紀(jì)80年代開始生產(chǎn)特大型挖掘機(jī)。 關(guān)鍵技術(shù)與技術(shù)難點(diǎn)(1)MCGS對PLC的通信和控制。但是本設(shè)計中的挖掘機(jī)，在不同的作業(yè)環(huán)境、負(fù)荷、干擾因素下，其參數(shù)是不斷變化的。誤差取決于對時間的積分，隨著時間的增加誤差會增大。(3)轉(zhuǎn)速的測量轉(zhuǎn)速的測量作為整個閉環(huán)控制系統(tǒng)中的重要一環(huán)，其準(zhǔn)確度和實時性直接影響到了PLC對后續(xù)變頻器的控制。轉(zhuǎn)速控制是本設(shè)計的核心部分，通過硬件和軟件的結(jié)合設(shè)計出優(yōu)質(zhì)的轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)可以大大提高挖掘機(jī)的工作效率。通過檢測油門踏板和操作桿是否長時間沒有動作而作出是否怠速的命令，很智能化地解決了這個問題。 預(yù)期達(dá)到的成果及其形式(1)基于Protel的電路設(shè)計圖。PLC作為整個調(diào)速系統(tǒng)的“司令部”擔(dān)負(fù)著重要的責(zé)任，整個調(diào)速系統(tǒng)都是圍繞PLC展開的，首先PLC接收轉(zhuǎn)速傳感器采集來的轉(zhuǎn)速，經(jīng)過分析計算后輸出合適的參數(shù)信息給變頻器，變頻器根據(jù)PLC傳遞來的信息對輸入380V的電源進(jìn)行頻率變換，而輸出電壓的頻率直接影響到了電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，電動機(jī)帶動液壓泵進(jìn)行作業(yè)，轉(zhuǎn)速傳感器通過對轉(zhuǎn)速的采集又反饋給PLC，這樣就形成了一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，控制更加精準(zhǔn)。本系統(tǒng)中我們采用三菱FX2N系列的PLC，和三菱FRA740變頻器，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊選用三菱FX 2N4AD，數(shù)模轉(zhuǎn)換用三菱FX 2N4DA，電動機(jī)選用Y315L18 90KW三相異步電動機(jī)。通過與其他相關(guān)的硬件設(shè)備結(jié)合，可以快速、方便地開發(fā)各種用于現(xiàn)場采集、數(shù)據(jù)處理和控制的設(shè)備。一般可以通過理論計算來確定，但誤差太大。第5章 硬件設(shè)計 電路設(shè)計 變頻器和PLC的相關(guān)接口電路變頻器和PLC的相關(guān)接口電路設(shè)計作為本設(shè)計的核心部分，其合理程度直接關(guān)乎到了實驗結(jié)果的成敗，所以對于這部分一定要廣泛收集資料，認(rèn)真考慮每一個細(xì)節(jié)問題。 變量泵轉(zhuǎn)速檢測電路變量泵的轉(zhuǎn)速檢測是否精準(zhǔn)決定著PLC給變頻器的輸出值是否妥當(dāng)，所以對于信號的采集和處理要認(rèn)真對待。LM331 采用了新的溫度補(bǔ)償能隙基準(zhǔn)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。下圖為交流電源抗干擾的綜合方案。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(jìn)行相應(yīng)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(jìn)行校準(zhǔn)。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。綜上所述，我們選擇三菱公司PLC系列中的FX2N48MT。本課題中我們采用電機(jī)實際功率確定法，首先測定電機(jī)的實際功率,以此來選用變頻器的容量。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。(7)外接電源為24V，,電流為55mA。首先給大家介紹一下模擬量模塊的工作原理。實物圖如下：圖511 JX71C磁電式轉(zhuǎn)速傳感器技術(shù)指標(biāo)：(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(zhuǎn)速為 1000轉(zhuǎn)/分 輸出有效值大于5V 轉(zhuǎn)速為 2000轉(zhuǎn)/分 輸出有效值大于10V 轉(zhuǎn)速為 3000轉(zhuǎn)/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(zhuǎn)速傳感器以磁電感應(yīng)為基本原理來實現(xiàn)轉(zhuǎn)速測量的。當(dāng)柴油機(jī)運(yùn)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(yīng)出近似正弦波的電壓信號。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(jié)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。表61 軟元件使用列表軟元件號功能軟元件號功能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M2怠速觸發(fā)X003操作桿壓力監(jiān)測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自動模式D1轉(zhuǎn)速瞬時值X010手動模式D2轉(zhuǎn)速輸出值Y2快速Y3中速Y4慢速 程序模塊 轉(zhuǎn)速控制本課題中轉(zhuǎn)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(yīng)不同條件下駕駛員對轉(zhuǎn)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(guān)參數(shù)給高速、中速、低速賦予相應(yīng)的數(shù)值，而自動調(diào)節(jié)運(yùn)用到了區(qū)間比較和PID的相關(guān)知識，對電動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制有著更加良好的控制效果。圖63 轉(zhuǎn)速自動控制程序觸發(fā)MMM5分別對應(yīng)著給PID參數(shù)賦不同的值，以便根據(jù)瞬時轉(zhuǎn)速與輸入轉(zhuǎn)速的大小關(guān)系對轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整。前進(jìn)和后退進(jìn)行互鎖，防止出現(xiàn)故障?！翱撮T狗”程序為PLC內(nèi)部的一個定時器，默認(rèn)定時為500 ms，在程序開始運(yùn)行時清零。本設(shè)計中的主要程序如下所示：Write（X000=前進(jìn)）Write（X001=后退）Write（X007=自動控制）Write（X010=手動控制）Write（DB0=轉(zhuǎn)速給定值）Write（X004=高速）Write（X005=中速）Write（X006低速）Read（DB1=轉(zhuǎn)速瞬時值）Read（M2=怠速觸發(fā)） MCGS操作界面設(shè)置MCGS的引入是獨(dú)創(chuàng)性成果之一，雖然成本要比觸摸屏高一點(diǎn)，但是它具有更好的擴(kuò)展性和更低的后期維護(hù)升級費(fèi)用，長遠(yuǎn)來講還是比較經(jīng)濟(jì)劃算的。SC09 編程電纜為 RS232 接口（俗稱 COM 口）到 RS422 接口的轉(zhuǎn)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(jī)監(jiān)控軟件，該電纜的 RS422 端口和 RS232 端口均內(nèi)置保護(hù)電路，可帶電任意帶電插拔。初始工作狀態(tài)：用于設(shè)置設(shè)備的起始工作狀態(tài)，設(shè)置為啟動時，在進(jìn)入MCGS運(yùn)行環(huán)境時，MCGS即自動開始對設(shè)備進(jìn)行操作，設(shè)置為停止時，MCGS不對設(shè)備進(jìn)行操作，但可以用MCGS的設(shè)備操作函數(shù)和策略在MCGS運(yùn)行環(huán)境中啟動或停止設(shè)備。(5)設(shè)置一次連續(xù)增加多少個PLC通道。事實證明使用基于PLC的變頻調(diào)速系統(tǒng)對電動機(jī)控制效果良好，滿足實驗要求。電動液壓挖掘機(jī)，采用變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)，讓運(yùn)行成本降的更低，帶來超值的效益。由于大型機(jī)的保養(yǎng)費(fèi)更高，每小時所需的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用也更高。第9章 結(jié)論與展望通過這段時間論文的寫作對我國的電動挖掘機(jī)的發(fā)展也有了初步了解，分析了電動挖掘機(jī)工作的過程和原理，確定了系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，對實驗中用到的各個器件進(jìn)行了嚴(yán)格的選型，設(shè)計了相應(yīng)的硬件電路，認(rèn)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(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。采用 PLC 設(shè)計后的挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、維修簡單、故障率低。通過構(gòu)建一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的逆系統(tǒng),并結(jié)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。但是工業(yè)控制計算機(jī)在工業(yè)應(yīng)用上也有一些不足，比如運(yùn)行不穩(wěn)定,不可靠及更惡劣的通信能力。該方法的優(yōu)點(diǎn)是在工程上很容易實現(xiàn)。隨后,一個線性閉環(huán)調(diào)節(jié)器運(yùn)行并將達(dá)到較高的控制性能。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(guān)的命令，并且容易獲得運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)的反饋模型。原系統(tǒng)簡化為一個輸入和輸出系統(tǒng)訂立的(2)。 網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)靜態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和動態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的完美組合將能構(gòu)建一個反饋系統(tǒng)。5. 實驗和結(jié)果 系統(tǒng)硬件硬件系統(tǒng)包括上層監(jiān)督計算機(jī)安裝，,西門子S7300PLC，變頻器，異步電動機(jī)和光電編碼器。在WinCC與PLC之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換不是很大,所以選擇MPI協(xié)議。矩陣實驗室的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)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。結(jié)果表明,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的跟蹤性能均優(yōu)于傳統(tǒng)的常規(guī)