【正文】 輸出量是正弦波，輸出量一般不會(huì)十分完美，所以在輸入PLC的AD模塊之前還要經(jīng)過(guò)二極管進(jìn)行整流，然后經(jīng)過(guò)比例放大器進(jìn)行放大，才能輸入到三菱FX2N4AD模塊進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。(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。解決辦法就是使誤差接近零的時(shí)候，抑制誤差的作用也是零。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能出現(xiàn)震蕩甚至失穩(wěn)。因此，比例和積分控制器可以使系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。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。在積分控制中，控制器的輸出和輸入信號(hào)的積分成正比關(guān)系，對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則這個(gè)系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的。其輸入和輸出誤差信號(hào)成比例關(guān)系。將誤差的比例(P)，積分(I)，微分(D)通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制，故稱(chēng)PID控制器。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。(2)PID控制本實(shí)驗(yàn)的核心程序中用到了PID控制[1]，很好地解決了轉(zhuǎn)速控制這個(gè)問(wèn)題。MCGS 的這種結(jié)構(gòu)形式使其成為一個(gè)與設(shè)備無(wú)關(guān)的系統(tǒng)，對(duì)于不同的硬件設(shè)備，只需定制相應(yīng)的設(shè)備構(gòu)件，放置到設(shè)備窗口中，并設(shè)置相關(guān)的屬性，系統(tǒng)就可對(duì)這一設(shè)備進(jìn)行操作，而不需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)作任何改動(dòng)。在設(shè)備窗口內(nèi)配置不同類(lèi)型的設(shè)備構(gòu)件，并根據(jù)外部設(shè)備的類(lèi)型和特征，設(shè)置相關(guān)的屬性，將設(shè)備的操作方法，如硬件參數(shù)配置、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、設(shè)備調(diào)試等都封裝在構(gòu)件之內(nèi)，以對(duì)象的形式與外部設(shè)備建立數(shù)據(jù)的傳輸通道連接。 關(guān)鍵技術(shù)與技術(shù)難點(diǎn)(1)MCGS對(duì)PLC的通信和控制。韓國(guó)大宇公司在DH280型挖掘機(jī)上采用了EPOS電子功率優(yōu)化系統(tǒng)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)液壓泵所吸收的功率，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速始終保持在額定轉(zhuǎn)速附近，即發(fā)動(dòng)機(jī)始終以全功率運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣既充分利用了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、提高挖掘機(jī)的作業(yè)效率，又防止了發(fā)動(dòng)機(jī)因過(guò)載而熄火。K)公司生產(chǎn)的挖掘機(jī)的油泵調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有合流特性，使油泵具有最大的工作效率；日本神鋼公司在新型的909090909型液壓挖掘機(jī)上采用智能型控制系統(tǒng)，即使無(wú)經(jīng)驗(yàn)的駕駛員也能進(jìn)行復(fù)雜的作業(yè)操作。國(guó)外挖掘機(jī)生產(chǎn)廠商重視采用新技術(shù)、新工藝、新結(jié)構(gòu)，加快標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化發(fā)展速度。20世紀(jì)80年代開(kāi)始生產(chǎn)特大型挖掘機(jī)。20世紀(jì)40年代，有了在拖拉機(jī)上裝配液壓反鏟的懸掛式挖掘機(jī)。國(guó)內(nèi)電動(dòng)挖掘機(jī)生產(chǎn)廠商通過(guò)不懈努力，正在一步步掌握電動(dòng)挖掘機(jī)的核心科技。目前我國(guó)的電動(dòng)挖掘機(jī)市場(chǎng)如雨后春筍，百家爭(zhēng)鳴。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。這為我國(guó)液壓挖掘機(jī)行業(yè)的形成邁出了重要的一步。 國(guó)內(nèi)發(fā)展及現(xiàn)狀我國(guó)挖掘機(jī)發(fā)展起步較晚。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀挖掘機(jī)從發(fā)明到現(xiàn)在已經(jīng)走過(guò)178年的歷史，期間經(jīng)歷過(guò)從人力到蒸汽再到液壓驅(qū)動(dòng)。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。還好有一直在進(jìn)步的科技基礎(chǔ)作為支撐，使人們對(duì)挖掘機(jī)的改造和創(chuàng)新進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)代。 40附錄B： PLC程序 54附錄C： 電氣原理圖 57石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)第1章 緒論 課題來(lái)源以及重要意義挖掘機(jī)作為施工機(jī)械中的中流砥柱多年來(lái)為施工單位所依賴(lài)，挖掘機(jī)馬力強(qiáng)勁，功能多樣，有著較強(qiáng)的不可替代性。AbstractElectric excavators have many advantages：Low cost, low power consumption and less pollution. It is widely used in mining, transportation, construction, especially in urban construction. With the state39。在實(shí)驗(yàn)室搭建了控制系統(tǒng)平臺(tái)，對(duì)部分硬軟件進(jìn)行了調(diào)試，效果良好，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。進(jìn)行了PLC、AD和DA模塊、變頻器、電動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)速傳感器的選型。利用GX Developer軟件設(shè)計(jì)了：手動(dòng)調(diào)速、自動(dòng)調(diào)速、自動(dòng)怠速、PID調(diào)節(jié)、AD、DA、看門(mén)狗等模塊。進(jìn)行了系統(tǒng)建模和PID參數(shù)整定。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，所以研究電動(dòng)挖掘機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)對(duì)節(jié)能和環(huán)保具有重要意義。石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)基于PLC的電動(dòng)挖掘機(jī)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Design of the Variable Frequency Control System of the Electric Excavator Based on PLC 2013 屆 機(jī)械工程 學(xué)院專(zhuān) 業(yè) 測(cè)控技術(shù)與儀器 完成日期 2013年 6 月11 日摘要電動(dòng)挖掘機(jī)價(jià)格低，耗能少，無(wú)污染，在礦山、交通、建筑尤其是城建市政現(xiàn)場(chǎng)施工中應(yīng)用廣泛。隨著國(guó)家各項(xiàng)重點(diǎn)工程的的相繼開(kāi)工，電動(dòng)挖掘機(jī)的需求量將迅速增漲。論文分析了傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力的調(diào)速系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了用電動(dòng)機(jī)和變頻器替代傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)作動(dòng)力的調(diào)速控制系統(tǒng)總體方案。由PLC輸出控制信號(hào)到變頻器，變頻器將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整到相應(yīng)的數(shù)值，轉(zhuǎn)速傳感器反饋轉(zhuǎn)速信號(hào)給PLC，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。用Protel軟件設(shè)計(jì)了PLC和變頻器的相關(guān)接口電路、電源電路、轉(zhuǎn)速測(cè)量電路、抗干擾電路。使用MCGS組態(tài)軟件設(shè)計(jì)了人機(jī)交互界面，操作和維護(hù)方便。關(guān)鍵詞：電動(dòng)挖掘機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、變頻器、PLC、組態(tài)軟件。s key projects have been started, the demand of electric excavator will rise rapidly. As the heart of the excavator, Frequency control system directly affects the efficiency of the excavator, so it is important for energysaving and environmental protection to study the frequency control system of electric excavator.In this paper we analyzed the traditional control system in which engine is the power, an overall program is designed that motor and converter replace traditional enginepowered speed control system. Systematic modeling and PID parameter tuning are conducted. PLC output control signals to the inverter, the inverter will adjust the motor’s speed to an appropriate value, the speed ??sensor feedbacks speed signal to the PLC, a closed loop control system is formed. We designed a few blocks with the GX Developer programming software: Manual control, automatic control, automatic idle speed, PID regulation, AD, DA, watchdog modules. With Protel software we designed the PLC and inverter relevant interface circuit, power circuit, speed measuring circuit, antijamming circuit. A selection of PLC, AD and DA modules, inverter, motor, speed sensor is conducted. A Human Machine Interface is designed with MCGS configuration software, operation and maintenance are easy.A control system platform is built in the laboratory, a debugging is carried out on part of hardware and software, design requirements are achieve with good effect.Key words: electric excavator、stepper motor、inverter、PLC、configuration software.目錄第1章 緒論 1 課題來(lái)源以及重要意義 1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 國(guó)內(nèi)發(fā)展及現(xiàn)狀 1 國(guó)外發(fā)展及現(xiàn)狀 2 關(guān)鍵技術(shù)與技術(shù)難點(diǎn) 3第2章 主要技術(shù)指標(biāo)和主要功能 5 技術(shù)指標(biāo) 5 主要功能 5 預(yù)期達(dá)到的成果及其形式 6第3章 總體設(shè)計(jì)方案 7 設(shè)計(jì)思想 7 技術(shù)路線 7 設(shè)計(jì)原理 7第4章 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立和PID參數(shù)整定 10 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立 10 輸出電壓與轉(zhuǎn)速差的轉(zhuǎn)換模型 10 變頻器模型建立 10 電動(dòng)機(jī)模型建立 10 系統(tǒng)傳遞函數(shù) 11 PID 參數(shù)整定 12第5章 硬件設(shè)計(jì) 13 電路設(shè)計(jì) 13 變頻器和PLC的相關(guān)接口電路 13 變量泵轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路 14 供電電路設(shè)計(jì) 15 抗干擾設(shè)計(jì) 16 觸摸屏設(shè)計(jì) 16 硬件選型 17 PLC選型 17 電動(dòng)機(jī)的選型 19 變頻器的選型 19 AD/ DA模塊選型 20 轉(zhuǎn)速傳感器的選型 21第6章 軟件設(shè)計(jì) 24 軟件設(shè)計(jì)語(yǔ)言和準(zhǔn)備工作 24 程序模塊 25 轉(zhuǎn)速控制 25 發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)怠速 27 行進(jìn)控制 28 AD轉(zhuǎn)換 29 DA轉(zhuǎn)換 29 軟件抗干擾設(shè)計(jì) 30 MCGS程序設(shè)計(jì) 30 MCGS操作界面設(shè)置 31 MCGS軟件與PLC的通信 32 PLC設(shè)置 32 串口父設(shè)備設(shè)置 32 本設(shè)備屬性和內(nèi)部屬性設(shè)置 32 通信故障分析 33第7章 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析 34 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)搭建 34 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 34第8章 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)效益分析 35 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn) 35 經(jīng)濟(jì)效益分析 35 能源分析 35 維護(hù)分析 35 運(yùn)行效率分析 36第9章 結(jié)論與展望 37 37 37參考文獻(xiàn) 38致謝 39附錄 40附錄A： 外文資料翻譯。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。在世界資源嚴(yán)重匱乏、石油天然氣價(jià)格猛增的今天，對(duì)機(jī)械設(shè)備的動(dòng)力來(lái)源改造越來(lái)越多地被提上課題，人們?cè)谂ふ乙环N可再生的新型能源替代石油天然氣等不可再生而且會(huì)造成環(huán)境污染的能源，于是我們看到了大街上的出租車(chē)公交車(chē)的動(dòng)力都由傳統(tǒng)的石油燃料轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏推渌稍偕茉?，這樣不僅大大提高了能源利用率而且減輕了環(huán)境的負(fù)擔(dān)。 自從PLC誕生以來(lái)，人們對(duì)電氣系統(tǒng)的控制就更加方便和安全了，本設(shè)計(jì)在PLC控制的基礎(chǔ)上配合變頻調(diào)速裝置，運(yùn)用先進(jìn)的PID控制技術(shù)，不但成功解決了對(duì)挖掘機(jī)整體的控制問(wèn)題，而且效果超越了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)。作為工程機(jī)械行業(yè)里的“明珠”，挖掘機(jī)的發(fā)明和發(fā)展對(duì)節(jié)省人力提高工作效率發(fā)揮了巨大作用。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。在此同時(shí)，涌現(xiàn)出幾十位我國(guó)第一代液壓挖掘機(jī)的研究、開(kāi)發(fā)人員。在2009年初國(guó)務(wù)院審核通過(guò)的裝備制造業(yè)調(diào)整振興規(guī)劃中，首次對(duì)工程機(jī)械用配套零部件提出了發(fā)展規(guī)劃要求和政策支持，部分國(guó)外液壓件企業(yè)紛紛在中國(guó)合資建廠，這也給國(guó)內(nèi)配套件企業(yè)拉近與行業(yè)先進(jìn)水平的距離提供了良好的平臺(tái)。比較有代表性的有：洛陽(yáng)聚科特種工程機(jī)械有限公司生產(chǎn)的中小型電動(dòng)挖掘機(jī)；四川邦立重機(jī)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的CED2606型電動(dòng)液壓挖掘機(jī)；山東山特重工機(jī)械有限公司生產(chǎn)的HXB55型礦用電動(dòng)挖掘機(jī)。 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。 20世紀(jì)50年代初期和中期相繼研發(fā)出拖式全回轉(zhuǎn)液壓挖掘機(jī)和履帶式全液壓挖掘機(jī)。例如，美國(guó)馬利昂公司生產(chǎn)的斗容量為50150 m3的剝離用挖掘機(jī)，斗容量為l32 m3的步行式拉鏟挖掘機(jī)；BE公司生產(chǎn)的斗容量為168. 2 m3的步行式拉鏟挖掘機(jī)，斗容量為l07 m3的挖掘機(jī)等。例如，德國(guó)阿特拉斯公司生產(chǎn)的挖掘機(jī)裝有新型的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)裝置，使挖掘機(jī)按最適合其作業(yè)要求的速度來(lái)工作；美國(guó)林肯貝爾特公司C系列LS5800型液壓挖掘機(jī)安