【正文】 式轉(zhuǎn)速傳感器輸出的信號(hào)強(qiáng)，測(cè)量范圍廣，齒輪、曲軸、輪輻等部件，及表面有縫隙的轉(zhuǎn)動(dòng)體都可測(cè)量。模擬量信號(hào)有2種，電壓或者電流信號(hào) ，一般是變送器傳過(guò)來(lái)的信號(hào)，比如用壓力變送器檢測(cè)水管壓力，它會(huì)輸出一個(gè)模擬信號(hào)420ma或者010v的信號(hào)給PLC，PLC來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。FX2N4AD和FX2N主單元之間通過(guò)緩沖存儲(chǔ)器交換數(shù)據(jù)，F(xiàn)X2N4AD共有32個(gè)緩沖存儲(chǔ)器(每個(gè)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(guò)改變電機(jī)定子繞組供電的頻率來(lái)達(dá)到調(diào)速的目的。(5)濕度：最濕月月平均最高相對(duì)濕度為90%。設(shè)計(jì)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(jì)階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過(guò)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(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)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(jià)格比的PLC和設(shè)計(jì)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(jì)380V電源首先經(jīng)過(guò)變壓器變成我們需要的電壓，然后經(jīng)過(guò)橋式整流器整流成直流，再經(jīng)過(guò)濾波操作就可以達(dá)到直流輸出的效果。在信號(hào)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(lái)的50～80％，再將積分時(shí)間置一個(gè)較大值，觀測(cè)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(jiǎn)化為： 因?yàn)檩敵鲛D(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(guò)需求時(shí)降低頻率，電機(jī)用不完的能量就節(jié)省下來(lái)了；無(wú)極調(diào)速，電機(jī)都有一個(gè)固定的轉(zhuǎn)速，沒(méi)有其他調(diào)速裝置，這個(gè)轉(zhuǎn)速固定不變，而有的工況需要電機(jī)改變速度，沒(méi)有三菱變頻器，只能通過(guò)滑差電機(jī)或齒輪變速來(lái)實(shí)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(dòng)平穩(wěn)，速度平穩(wěn)上升，停止平穩(wěn)，速度平滑下降，沒(méi)有沖擊；具備多種信號(hào)輸入輸出端口，接收和輸出模擬信號(hào)，電流、電壓信號(hào)，與工控機(jī)、編程器配合，就能形成自動(dòng)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(shí)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(kāi)，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，常常加入適當(dāng)?shù)目垢蓴_設(shè)計(jì)。原因是可能存在過(guò)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(shí)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(guó)利勃海爾公司開(kāi)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(guó)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(guó)外發(fā)展及現(xiàn)狀1833～1836年，美國(guó)人奧蒂斯設(shè)計(jì)和制造了第一臺(tái)蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)、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(méi)有應(yīng)用。1967年，我國(guó)有少數(shù)幾家工廠開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)液壓挖掘機(jī)，通過(guò)數(shù)年堅(jiān)持不懈的努力，克服一個(gè)又一個(gè)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(shí)有上海建筑機(jī)械廠的WY100；貴陽(yáng)礦山機(jī)器廠的W460；合肥礦山機(jī)器廠的WY60；長(zhǎng)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(duì)挖掘機(jī)的要求越來(lái)越高，不僅對(duì)其動(dòng)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(lái)要求更高了。挖掘機(jī)也不例外，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有很多公司注意到了電動(dòng)挖掘機(jī)的商機(jī)，開(kāi)始努力研究并且批量生產(chǎn)以電力為動(dòng)力來(lái)源的挖掘機(jī)，在這篇論文中，我們也將對(duì)電動(dòng)挖掘機(jī)進(jìn)行深入的研究和探索。近年來(lái)國(guó)內(nèi)一批工程機(jī)械零部件企業(yè)正在快速成長(zhǎng)，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(dòng)橋及液壓閥等產(chǎn)品，并且一部分國(guó)內(nèi)工程機(jī)械主機(jī)生產(chǎn)商開(kāi)始投資建立自己的配套件工廠，依靠自身雄厚實(shí)力共同推進(jìn)配套件行業(yè)的發(fā)展。20世紀(jì)80年代開(kāi)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(duì)PLC的通信和控制。但是本設(shè)計(jì)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(duì)時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加誤差會(huì)增大。(3)轉(zhuǎn)速的測(cè)量轉(zhuǎn)速的測(cè)量作為整個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)中的重要一環(huán)，其準(zhǔn)確度和實(shí)時(shí)性直接影響到了PLC對(duì)后續(xù)變頻器的控制。轉(zhuǎn)速控制是本設(shè)計(jì)的核心部分，通過(guò)硬件和軟件的結(jié)合設(shè)計(jì)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(guò)檢測(cè)油門踏板和操作桿是否長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有動(dòng)作而作出是否怠速的命令，很智能化地解決了這個(gè)問(wèn)題。 預(yù)期達(dá)到的成果及其形式(1)基于Protel的電路設(shè)計(jì)圖。PLC作為整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的“司令部”擔(dān)負(fù)著重要的責(zé)任，整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)都是圍繞PLC展開(kāi)的，首先PLC接收轉(zhuǎn)速傳感器采集來(lái)的轉(zhuǎn)速，經(jīng)過(guò)分析計(jì)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(lái)的信息對(duì)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓泵進(jìn)行作業(yè)，轉(zhuǎn)速傳感器通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)速的采集又反饋給PLC，這樣就形成了一個(gè)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(dòng)機(jī)選用Y315L18 90KW三相異步電動(dòng)機(jī)。通過(guò)與其他相關(guān)的硬件設(shè)備結(jié)合，可以快速、方便地開(kāi)發(fā)各種用于現(xiàn)場(chǎng)采集、數(shù)據(jù)處理和控制的設(shè)備。一般可以通過(guò)理論計(jì)算來(lái)確定，但誤差太大。第5章 硬件設(shè)計(jì) 電路設(shè)計(jì) 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(jì)作為本設(shè)計(jì)的核心部分，其合理程度直接關(guān)乎到了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的成敗，所以對(duì)于這部分一定要廣泛收集資料，認(rèn)真考慮每一個(gè)細(xì)節(jié)問(wèn)題。 變量泵轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路變量泵的轉(zhuǎn)速檢測(cè)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(duì)于信號(hào)的采集和處理要認(rèn)真對(duì)待。LM331 采用了新的溫度補(bǔ)償能隙基準(zhǔn)電路, 在整個(gè)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?qǐng)D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(dòng)觸摸屏之外，還要對(duì)觸摸屏進(jìn)行校準(zhǔn)。選擇CPU首先要考慮所需的存儲(chǔ)器容量，必須確保CPU存儲(chǔ)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(shí)際功率確定法，首先測(cè)定電機(jī)的實(shí)際功率,以此來(lái)選用變頻器的容量。因?yàn)镻LC、變頻器同為三菱品牌，所以系統(tǒng)會(huì)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(shí)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(shí) 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(shí)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(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)量的。當(dāng)柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)，觸發(fā)輪與傳感器之間的間隙周期性變化，磁通量也會(huì)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(hào)。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(duì)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(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(guò)小X004高速M(fèi)4轉(zhuǎn)速適中X005中速M(fèi)5轉(zhuǎn)速過(guò)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 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(dòng)調(diào)節(jié)和手動(dòng)調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同條件下駕駛員對(duì)轉(zhuǎn)速的自由控制，手動(dòng)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(dòng)調(diào)節(jié)運(yùn)用到了區(qū)間比較和PID的相關(guān)知識(shí)，對(duì)電動(dòng)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(dòng)控制程序觸發(fā)MMM5分別對(duì)應(yīng)著給PID參數(shù)賦不同的值，以便根據(jù)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速與輸入轉(zhuǎn)速的大小關(guān)系對(duì)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?yàn)镻LC內(nèi)部的一個(gè)定時(shí)器，默認(rèn)定時(shí)為500 ms，在程序開(kāi)始運(yùn)行時(shí)清零。本設(shè)計(jì)中的主要程序如下所示：Write（X000=前進(jìn)）Write（X001=后退）Write（X007=自動(dòng)控制）Write（X010=手動(dòng)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(shí)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(jí)費(fèi)用，長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)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(dòng)時(shí)，在進(jìn)入MCGS運(yùn)行環(huán)境時(shí)，MCGS即自動(dòng)開(kāi)始對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作，設(shè)置為停止時(shí)，MCGS不對(duì)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(dòng)或停止設(shè)備。(5)設(shè)置一次連續(xù)增加多少個(gè)PLC通道。事實(shí)證明使用基于PLC的變頻調(diào)速系統(tǒng)對(duì)電動(dòng)機(jī)控制效果良好，滿足實(shí)驗(yàn)要求。電動(dòng)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(lái)超值的效益。由于大型機(jī)的保養(yǎng)費(fèi)更高，每小時(shí)所需的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用也更高。第9章 結(jié)論與展望通過(guò)這段時(shí)間論文的寫作對(duì)我國(guó)的電動(dòng)挖掘機(jī)的發(fā)展也有了初步了解，分析了電動(dòng)挖掘機(jī)工作的過(guò)程和原理，確定了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，對(duì)實(shí)驗(yàn)中用到的各個(gè)器件進(jìn)行了嚴(yán)格的選型，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的硬件電路，認(rèn)真編譯了PLC程序，最后在實(shí)驗(yàn)室搭建了基于PLC的電動(dòng)挖掘機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。采用 PLC 設(shè)計(jì)后的挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、維修簡(jiǎn)單、故障率低。通過(guò)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(gè)線性閉環(huán)調(diào)節(jié)器。但是工業(yè)控制計(jì)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(shí)現(xiàn)。隨后,一個(gè)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(jiǎn)化為一個(gè)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(dòng)態(tài)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的完美組合將能構(gòu)建一個(gè)反饋系統(tǒng)。5. 實(shí)驗(yàn)和結(jié)果 系統(tǒng)硬件硬件系統(tǒng)包括上層監(jiān)督計(jì)算機(jī)安裝，,西門子S7300PLC，變頻器，異步電動(dòng)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(shí)驗(yàn)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(shí)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)