發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速精確控制的一種實(shí)現(xiàn)方式

王剛　張志強(qiáng)

摘要：本文介紹了一種以可編程控制器（PLC）作為主控制平臺(tái)，通過(guò)硬件及軟件的合理設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速精確控制的方案。該方案具有穩(wěn)定性高、適應(yīng)性強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)實(shí)際調(diào)試，完全能滿足控制精度要求。

Abstract： This article introduced a way to realize precise control of engine speed through reasonable design of hardware and software which takes PLC as the master control platform. This plan has high stability， strong compatibility and low cost. After actual debugging， it can definitely satisfy the control precision request.

關(guān)鍵詞：PLC；發(fā)動(dòng)機(jī)；轉(zhuǎn)速；控制

Key words： PLC；engine；speed；control

中圖分類號(hào)：U464 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）30-0064-02

0 引言

隨著電力線路大截面導(dǎo)線的應(yīng)用，導(dǎo)線展放施工牽引力越來(lái)越大，要想實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線一次同步展放，必須采用“二牽八放線施工工藝”?！岸堪恕狈桨傅暮诵募夹g(shù)就是要求兩臺(tái)牽引機(jī)牽引速度的同步，而牽引速度的同步是在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相對(duì)可控的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。下面作者根據(jù)“二牽八”項(xiàng)目研制的工程實(shí)踐，介紹一種利用可編程控制器（以下簡(jiǎn)稱PLC）實(shí)現(xiàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速精確控制方法。

1 硬件的選擇與電路設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)速控制在硬件上主要由轉(zhuǎn)速傳感器、PLC、固態(tài)繼電器組、油門(mén)驅(qū)動(dòng)器等組成，見(jiàn)圖1。其中轉(zhuǎn)速傳感器用來(lái)感應(yīng)輪齒信號(hào)；PLC用來(lái)計(jì)算速度，并根據(jù)程序發(fā)出轉(zhuǎn)速控制信號(hào)；固態(tài)繼電器組是將PLC發(fā)出的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)放大并轉(zhuǎn)換為可驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電氣元件；油門(mén)驅(qū)動(dòng)器根據(jù)固態(tài)繼電器組發(fā)出的電流信號(hào)驅(qū)動(dòng)油門(mén)拉桿?，F(xiàn)將以上各件的特點(diǎn)分別介紹如下：

1.1 轉(zhuǎn)速傳感器

主要功能是輪齒計(jì)數(shù)，這里采用的是高頻霍爾轉(zhuǎn)速傳感器，在飛輪殼體上安裝，體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)觸點(diǎn)。每過(guò)一個(gè)齒發(fā)出一個(gè)方波計(jì)數(shù)脈沖，供智能元件讀取。

1.2 PLC

智能元件，是本系統(tǒng)的控制中心。本項(xiàng)目選用的是西門(mén)子公司的s7-200系列CPU 224型PLC，該機(jī)具有高速計(jì)數(shù)和高速脈沖輸出功能，能夠滿足飛輪轉(zhuǎn)速頻率要求。并且可以與上位機(jī)組成PLC網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊，以及工業(yè)組態(tài)。

1.3 固態(tài)繼電器組

在硬件方面，最關(guān)鍵的元件是繼電器，繼電器既可實(shí)現(xiàn)電氣隔離又可實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大。本系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)油門(mén)驅(qū)動(dòng)器反應(yīng)快速、動(dòng)作頻繁、小行程量，這就要求繼電器要承受頻繁快速的通斷。本系統(tǒng)選用的是固態(tài)繼電器（SSR），它與電磁繼電器（EMR）相比具有壽命長(zhǎng)、可靠性高、切換速度快（幾ms，EMR 20ms以上）、電磁干擾小、無(wú)噪聲、無(wú)火花等特點(diǎn)。圖1中的固態(tài)繼電器組接線如圖2所示。

1.4 油門(mén)驅(qū)動(dòng)

牽引機(jī)使用的是康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)，本項(xiàng)目選擇線性油門(mén)驅(qū)動(dòng)器控制轉(zhuǎn)速。如圖3所示油門(mén)驅(qū)動(dòng)器為電子驅(qū)動(dòng)方式，該電子油門(mén)驅(qū)動(dòng)器具有獨(dú)特的開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)-比例調(diào)節(jié)行程、簡(jiǎn)單便捷的特點(diǎn)廣泛取代原柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的手動(dòng)機(jī)械連桿驅(qū)動(dòng)方式。24VDC電機(jī)線性驅(qū)動(dòng)器安裝簡(jiǎn)單、拉力大、簡(jiǎn)捷高效、成本低廉。

2 程序設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)控制的具體程序工作過(guò)程

①利用遠(yuǎn)程通信功能讀取遠(yuǎn)端操作臺(tái)傳來(lái)的預(yù)期轉(zhuǎn)速信號(hào)（可調(diào)電阻的值）。

②利用高速計(jì)數(shù)器HSC2端口I0.6讀取傳感器的方波脈沖，利用內(nèi)部定時(shí)器及飛輪齒數(shù)計(jì)算成轉(zhuǎn)速值。

③實(shí)際轉(zhuǎn)速與預(yù)期轉(zhuǎn)速相比較。

④根據(jù)比較結(jié)果，在高速脈沖輸出端Q0.0和Q0.1輸出相應(yīng)脈沖信號(hào)以調(diào)整油門(mén)驅(qū)動(dòng)器的位置。

以上控制流程圖如圖4所示。

2.2 有關(guān)程序說(shuō)明

為加快調(diào)整速度，加減油脈沖的施加均可分級(jí)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)轉(zhuǎn)速差較大時(shí)，加長(zhǎng)脈沖（如5ms），轉(zhuǎn)速差較小時(shí)，加短脈沖（如1ms）。脈沖信號(hào)通過(guò)閃爍電路實(shí)現(xiàn)，通過(guò)調(diào)整脈沖“占”、“空”比，可以控制調(diào)整的穩(wěn)定性，當(dāng)振蕩增大時(shí)可調(diào)高“空”的時(shí)間，當(dāng)穩(wěn)定性較好時(shí)可降低“空”的時(shí)間，本程序“空”的時(shí)間為8-13ms，轉(zhuǎn)速控制程序代碼如圖5所示（vw172的值即轉(zhuǎn)速計(jì)算部分較通用，這里不再說(shuō)明）。

3 結(jié)論

經(jīng)過(guò)以上硬件及軟件設(shè)計(jì)實(shí)施，并安裝調(diào)試后，實(shí)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速能夠達(dá)到所需精度（±10RPM），且反應(yīng)迅速（3秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)）。從而證明利用可編程控制器經(jīng)過(guò)精確設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速精確控制。

參考文獻(xiàn)：

[1]王雪文，張志勇.傳感器原理及應(yīng)用[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2004.

[2]弭洪濤.PLC應(yīng)用技術(shù)[M].中國(guó)電力出版社，2004.

[3]龔仲華.S7-200/300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)-通用篇[M].人民郵電出版社，2007.

[4]龔仲華.s7-200/300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)-提高篇[M].人民郵電出版社，2007.

[5]毛法堯.數(shù)字邏輯[M].華中理工大學(xué)出版社，1991.

[6]伍愛(ài)蓮.電工電子技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1996.

[7]鄭學(xué)堅(jiān)，周斌.微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用[M].清華大學(xué)出版社，1995.

[8]胡壽松.自動(dòng)控制原理[M].國(guó)防工業(yè)出版社，1994.

[9]師宇杰.自動(dòng)控制原理[M].國(guó)防工業(yè)出版社，2008.

[10]董景新，趙長(zhǎng)德.控制工程基礎(chǔ)[M].清華大學(xué)出版社，1992.

[11]王建輝.自動(dòng)控制原理[M].冶金工業(yè)出版社，2001.