【導(dǎo)讀】施工中應(yīng)用廣泛。隨著國家各項重點工程的的相繼開工，電動挖掘機(jī)的需求量將迅速。變頻調(diào)速系統(tǒng)作為挖掘機(jī)的“心臟”，直接影響挖掘機(jī)的工作效率，所以研究。發(fā)動機(jī)作動力的調(diào)速控制系統(tǒng)總體方案。進(jìn)行了系統(tǒng)建模和PID參數(shù)整定。速信號給PLC，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。利用GXDeveloper軟件設(shè)計了：手動調(diào)速、自。動調(diào)速、自動怠速、PID調(diào)節(jié)、AD、DA、看門狗等模塊。用Protel軟件設(shè)計了PLC. 和變頻器的相關(guān)接口電路、電源電路、轉(zhuǎn)速測量電路、抗干擾電路。AD和DA模塊、變頻器、電動機(jī)、轉(zhuǎn)速傳感器的選型。使用MCGS組態(tài)軟件設(shè)計了。人機(jī)交互界面，操作和維護(hù)方便。第2章主要技術(shù)指標(biāo)和主要功能....

　　

【正文】 動觸摸屏之外，還要對觸摸屏進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)的作用是使觸摸屏的有效區(qū)正確對應(yīng)顯示設(shè)備所顯示圖像的區(qū)域，也就是定出觸摸屏的有效邊界，所以這種校準(zhǔn)叫邊到邊校準(zhǔn)。只要根據(jù)顯示設(shè)備圖像區(qū)域的大小，在觸摸屏的對角點兩下就好了。 將 USB 公頭插入到電腦的 USB 接口，即可實現(xiàn)用觸摸屏控制電腦。 硬件選型 PLC 選型 在 PLC 系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是 PLC 設(shè)計選型。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、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)。 I/O 點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加 10%～20%的可擴(kuò)展余量后 ，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 18 可以根據(jù)系統(tǒng)輸入輸出表計算所需點數(shù)，表如下所示： 表 52 系統(tǒng)的輸入和輸出表 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 M4 轉(zhuǎn)速適中 X005 中速 M5 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 系統(tǒng)輸入輸出點數(shù)不超過 20， FX2N48MT 所提供的點數(shù)為 48，在有一定預(yù)留量的前提下滿足要求。 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。其次，對于一些大型設(shè)備，在軟件的設(shè)計上需要 CPU 有足夠的運算速度和處理能力，比如做防搖系統(tǒng)，這時需要考慮采用雙 CPU 冗余系統(tǒng)。然后，有些 CPU 在通訊接口及支持的通訊方式上有所不同，本著系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性和可用性的考慮，選擇已集成本系統(tǒng)需要用到的通訊方式，并且能支持需擴(kuò)展的通訊方式的 CPU。最后，還需考慮到整機(jī) PLC 系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)布置， 確保主站和各個分站能可靠對接。 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(yīng)用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量應(yīng)小于存儲器容量。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。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。 FX2N48MT 也符合要求。 綜上所述，我們選擇三菱公司 PLC 系列中的 FX2N48MT。 FX2N48MT 技術(shù)指標(biāo)： (1)輸入電壓： DC24V（ 10%范圍內(nèi)） (2)輸入電流： DC24V,7mA (3)響應(yīng)時間： 10ms 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 19 (4)輸入信號形式：無電壓觸點，或 NPN 集電極開路輸出晶體管 (5)輸入電路絕緣：光耦合絕緣 實物圖如下： 圖 57 三菱 FX2N48MT PLC 電動機(jī)的選型 根據(jù)實際需要，發(fā)動機(jī)的功率應(yīng)該在 90KW 上下，所以我們選擇了 Y315L18 90KW 三相異步電動機(jī)。此電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、成本低、運行維護(hù)方便，它被廣泛地應(yīng)用在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，作為電力拖動的原動機(jī)。 技術(shù)指標(biāo)： (1)額定電壓： 380V。 (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℃。 (5)濕度：最濕月月平均最高相對濕度為 90%。 實物圖如下： 圖 58 Y315L18 90KW 三相異步電動機(jī) 變頻器的選型 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 20 一般情況下，選擇變頻器的功率和電機(jī)的功率一樣，在有些特殊情況下（如重載設(shè)備），也會選擇變頻器的功率大于電機(jī)的額定功率，以保證變頻器帶動電機(jī)能夠正常運行。合理的容量選擇本身就是一種節(jié)能降耗措施。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。因為本 設(shè)計中選用的電動機(jī)功率為 90KW，而 FRA740 變頻器的功率范圍是 ,所以我們最終選擇了三菱 FR— A740 變頻器。 圖 59 三菱變頻器 變頻器的工作原理是把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電。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）。通過改變電壓的頻率從而改變了電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。 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。 psfn /)1(60 ?? (52) 對于電機(jī)而言，其磁極對數(shù) p 已經(jīng)確定，轉(zhuǎn)差率 s 變化不大，故電機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 與電源的頻率 f 成正比，因此改變輸入電源的頻率就可以改變電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，進(jìn)而達(dá)到異步電機(jī)的調(diào)試目的。 AD/ DA 模塊選型 綜合對輸入通道個數(shù)、兼容性以及預(yù)留升級的考慮最終的 AD 模塊我們選擇了三菱 FX2N4AD， DA 模塊選擇了三菱 FX2N4DA。 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。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 21 圖 510 三菱 FX2N4DA 和三菱 FX2N4AD 性能指標(biāo)： (1)4 個輸入點可同時使用。 (2)輸入電壓為 10V~+10V,如果絕對值超過 15V，則可對單元造成損壞。 (3)12 位轉(zhuǎn)換結(jié)果以二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存放。最大值 2047，最小值 2048。 (4)分辨率電壓為 1/20xx， 5mV，電流為 1/1000， 20uA。 (5)總體精度 1%。 (6)轉(zhuǎn)換速度 6~15ms。 (7)外接電源為 24V，上下波動不得超過 ,電流為 55mA。 FX2N4AD 模擬特殊模塊有四個輸入通道。輸入通道接收模擬信 號并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，這稱為 A/D 轉(zhuǎn)換。 FX2N4AD 最大分辨率是 12 位?；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： 20μ A)。 FX2N4AD 和 FX2N 主單元之間通過緩沖存儲器交換數(shù)據(jù)， FX2N4AD 共有 32 個緩沖存儲器 (每個 16 位 )。 FX2N4AD 占用 FX2N擴(kuò)展總路線的 8 個點，這 8 點可以分配成輸入或輸出。 三菱 FX2N4DA 是一款模擬量模塊。首先給大家介紹一下模擬量模塊的工作原理。模擬量模塊是將壓 力、液位、溫度等信號轉(zhuǎn)化為 15V， 420mA（也有別的信號的，如 010V， 05V 等）然后交給 PLC 進(jìn)行處理的。 PLC 是不知道具體電壓或者電流信號的大小的。所以，我們要用一個數(shù)字來表示它的大小，然后告訴 PLC， PLC才能知道輸入的電壓、電流信號具體有多大。數(shù)字量輸入輸出信號就是開關(guān)量信號，1 或者 0。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。 轉(zhuǎn)速傳感器的 選型 本實驗在選擇轉(zhuǎn)速傳感器的時候考慮到必須是非接觸式測量，必須有較強(qiáng)的抗干石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 22 擾能力能夠在煙霧、油氣、水汽等環(huán)境中工作，輸出的信號必須足夠強(qiáng)，測量范圍必須足夠廣，所以最終我們選擇了磁電式轉(zhuǎn)速傳感器，同時磁電式轉(zhuǎn)速傳感器維護(hù)成本較低，運行過程無需供電，完全是靠磁電感應(yīng)來實現(xiàn)測量，同時磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的運轉(zhuǎn)也不需要機(jī)械動作，無需潤滑等優(yōu)點。本設(shè)計中我們采用了 JX71C 磁電式轉(zhuǎn)速傳感器。 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 20xx 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。磁電式轉(zhuǎn)速傳感器由鐵芯、磁鋼、感應(yīng)線圈等部件組成的，測量對象轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)速傳感器的線圈會產(chǎn)生磁力線，齒輪轉(zhuǎn)動會切割磁力線，磁路由于磁阻變化，在感應(yīng)線圈內(nèi)產(chǎn)生電動勢。磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的感應(yīng)電勢產(chǎn)生的電壓大小，和被測對象轉(zhuǎn)速有關(guān)，被測物體的轉(zhuǎn)速越快輸出的電壓也就越大，也就是說輸出電壓和轉(zhuǎn)速成正比。但是在被測物體的轉(zhuǎn)速超過磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的測量范圍時，磁路損耗會過大，使得輸出電勢銳減。磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的工作方式?jīng)Q定了它有很強(qiáng)的抗干擾性，能夠在煙霧、油氣、水汽等環(huán)境中工作。磁電式轉(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。磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的工作維護(hù)成本較低，運行過程無需供電，完全是靠磁電感應(yīng)來實現(xiàn)測量，同時磁電式轉(zhuǎn)速傳感器的運轉(zhuǎn)也不需要機(jī)械動作，無需潤滑。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 23 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）和相對靜止的感應(yīng)線圈兩部分組成。當(dāng)柴油機(jī)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(yīng)出近似正弦波的電壓信號。 輸出特性由磁電式傳感器工作原理可知，其產(chǎn)生的交流電壓信號的頻率與齒輪轉(zhuǎn)速和齒數(shù)成正比。在 齒數(shù)確定的情況下，傳感器線圈輸出的電壓頻率正比于齒輪的轉(zhuǎn)速，其關(guān)系為 f n z?? (53) 式中， n 為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速； z 為觸發(fā)輪被等分的齒數(shù)； f 為磁電式傳感器的輸出信號頻率。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 24 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)。 GX Developer 是三菱 PLC 的編程軟件。適用于 Q、 QnU、 QS、 QnA、 AnS、 AnA、FX 等全系列可編程控制器。支持梯形圖、指令表、 SFC、 ST 及 FB、 Label 語言程序設(shè)計，網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定，可進(jìn)行程序的線上更改、監(jiān)控及調(diào)試，具有異地讀寫 PLC程序功能。 (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。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 。 (2)系統(tǒng)設(shè)計的原則 任何一種電氣控制系統(tǒng)都是為了實現(xiàn)被控對象 (生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程 )的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計本系統(tǒng)時，遵循以下原則： ①實現(xiàn)被控對象的全部動作并滿足其對產(chǎn)品加 工質(zhì)量和生產(chǎn)效率的要求； ②在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)、安全、可靠； ③充分提高自動化程度，使用及維修方便，減輕勞動強(qiáng)度； ④ PLC 的點數(shù)要比設(shè)計中的多 10%，以備以后功能的擴(kuò)充。 (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。還包括為了聯(lián)鎖非聯(lián)鎖等切換處理的有關(guān)信號。 內(nèi)存單元地址的分配：內(nèi)存單元通常用于中間運算結(jié)果的存儲，包括計時器、計石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 25 數(shù)器、高速計時器、可逆計數(shù)器、需要掉電保持的 繼電器和專用繼電器、內(nèi)部繼電器等。它們的地址分配根據(jù)工藝生產(chǎn)過程對有關(guān)變量的控制要求確定。 下圖為軟元件使用情況表。 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