发布时间 : 星期一 文章基于PLC的电动挖掘机变频调速系统设计_毕业设计论文更新完毕开始阅读82e850966429647d27284b73f242336c1fb93051
6.2.2 发动机自动怠速 ......................................................................................... 20 6.2.3 行进控制 ..................................................................................................... 21 6.2.4 AD转换 ........................................................................................................ 22 6.2.5 DA转换 ....................................................................................................... 22 6.2.6 软件抗干扰设计 ......................................................................................... 23 6.2.7 MCGS程序设计 .......................................................................................... 23 6.3 MCGS操作界面设置 ............................................................................................ 24 6.4 MCGS软件与PLC的通信 .................................................................................. 25
6.4.1 PLC设置 ...................................................................................................... 25 6.4.2 串口父设备设置 ......................................................................................... 25 6.4.3 本设备属性和内部属性设置 ..................................................................... 25 6.4.4 通信故障分析 ............................................................................................. 26
第7章 实验与结果分析 ................................................................................................... 27
7.1 实验系统搭建 ....................................................................................................... 27 7.2 实验结果分析 ....................................................................................................... 27 第8章 技术创新点及经济效益分析 ............................................................................... 28
8.1 技术创新点 ........................................................................................................... 28 8.2 经济效益分析 ....................................................................................................... 28
8.2.1 能源分析 ..................................................................................................... 28 8.2.2 维护分析 ..................................................................................................... 29 8.2.3 运行效率分析 ............................................................................................. 29
第9章 结论与展望 ........................................................................................................... 30
9.1结论 ........................................................................................................................ 30 9.2展望 ........................................................................................................................ 30 参考文献 ............................................................................................................................. 31 致谢 ..................................................................................................................................... 33 附录 ..................................................................................................................................... 34
附录A： 外文资料翻译。 ........................................................................................ 34 附录B： PLC程序 .................................................................................................... 48 附录C： 电气原理图 ................................................................................................ 51
石家庄铁道大学毕业设计
第1章 绪论
1.1 课题来源以及重要意义
挖掘机作为施工机械中的中流砥柱多年来为施工单位所依赖，挖掘机马力强劲，功能多样，有着较强的不可替代性。尤其是在科学技术突飞猛进的今天，人们对挖掘机的要求越来越高，不仅对其动力系统的要求在提高，在操作的舒适度、能耗和尾气排放上都比原来要求更高了。还好有一直在进步的科技基础作为支撑，使人们对挖掘机的改造和创新进入了一个新的时代。
在世界资源严重匮乏、石油天然气价格猛增的今天，对机械设备的动力来源改造越来越多地被提上课题，人们在努力寻找一种可再生的新型能源替代石油天然气等不可再生而且会造成环境污染的能源，于是我们看到了大街上的出租车公交车的动力都由传统的石油燃料转变为电力和其它可再生能源，这样不仅大大提高了能源利用率而且减轻了环境的负担。挖掘机也不例外，国内已经有很多公司注意到了电动挖掘机的商机，开始努力研究并且批量生产以电力为动力来源的挖掘机，在这篇论文中，我们也将对电动挖掘机进行深入的研究和探索。
自从PLC诞生以来，人们对电气系统的控制就更加方便和安全了，本设计在PLC控制的基础上配合变频调速装置，运用先进的PID控制技术，不但成功解决了对挖掘机整体的控制问题，而且效果超越了传统的控制系统。
1.2 国内外研究现状
挖掘机从发明到现在已经走过178年的历史，期间经历过从人力到蒸汽再到液压驱动。作为工程机械行业里的“明珠”，挖掘机的发明和发展对节省人力提高工作效率发挥了巨大作用。
1.2.1 国内发展及现状
我国挖掘机发展起步较晚。1967年，我国有少数几家工厂开始研究开发液压挖掘机，通过数年坚持不懈的努力，克服一个又一个的困难，终于有少量几种规格的液压挖掘机产品获得初步成功，当时有上海建筑机械厂的WY100；贵阳矿山机器厂的W4-60；合肥矿山机器厂的WY60；长江挖掘机厂的WY160和杭州重型机械厂的WY250等。这为我国液压挖掘机行业的形成迈出了重要的一步。在此同时，涌现出
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几十位我国第一代液压挖掘机的研究、开发人员。近年来国内一批工程机械零部件企业正在快速成长，部分企业已经研究出具有高精尖技术的变速器、驱动桥及液压阀等产品，并且一部分国内工程机械主机生产商开始投资建立自己的配套件工厂，依靠自身雄厚实力共同推进配套件行业的发展。在2009年初国务院审核通过的装备制造业调整振兴规划中，首次对工程机械用配套零部件提出了发展规划要求和政策支持，部分国外液压件企业纷纷在中国合资建厂，这也给国内配套件企业拉近与行业先进水平的距离提供了良好的平台。
目前我国的电动挖掘机市场如雨后春笋，百家争鸣。比较有代表性的有：洛阳聚科特种工程机械有限公司生产的中小型电动挖掘机；四川邦立重机有限责任公司生产的CED260-6型电动液压挖掘机；山东山特重工机械有限公司生产的HXB-55型矿用电动挖掘机。国内电动挖掘机生产厂商通过不懈努力，正在一步步掌握电动挖掘机的核心科技。
1.2.2 国外发展及现状
1833～1836年，美国人奥蒂斯设计和制造了第一台蒸汽机驱动、铁木混合结构、半回转、轨行式的单斗挖掘机，生产率为35 m3/h，但由于经济性差没有应用。
20世纪40年代，有了在拖拉机上装配液压反铲的悬挂式挖掘机。
20世纪50年代初期和中期相继研发出拖式全回转液压挖掘机和履带式全液压挖掘机。
20世纪80年代开始生产特大型挖掘机。例如，美国马利昂公司生产的斗容量为50-150 m3的剥离用挖掘机，斗容量为l32 m3的步行式拉铲挖掘机；B-E公司生产的斗容量为168. 2 m3的步行式拉铲挖掘机，斗容量为l07 m3的挖掘机等。
国外挖掘机生产厂商重视采用新技术、新工艺、新结构，加快标准化、系列化、通用化发展速度。例如，德国阿特拉斯公司生产的挖掘机装有新型的发动机转速调节装置，使挖掘机按最适合其作业要求的速度来工作；美国林肯贝尔特公司C系列LS-5800型液压挖掘机安装了全自动控制液压系统，可自动调节流量，避免了驱动功率的浪费；还安装了CAPS(计算机辅助功率系统)，提高挖掘机的作业功率，更好地发挥液压系统的功能；日本住友公司生产的FJ系列五种新型号挖掘机配有与液压回路连接的计算机辅助功率控制系统，利用精控模式选择系统，减少燃油、发动机功率和液压功率的消耗，并延长了零部件的使用寿命；德国奥加凯(O&K)公司生产的挖掘机的油泵调节系统具有合流特性，使油泵具有最大的工作效率；日本神钢公司在新型的904、905、907、909型液压挖掘机上采用智能型控制系统，即使无经验的驾驶员也能进行复杂的作业操作;德国利勃海尔公司开发了ECO(电子控制作业)的操纵装置，
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可根据作业要求调节挖掘机的作业性能，取得了高效率、低油耗的效果；美国卡特匹勒公司在新型B系统挖掘机上采用最新的3114T型柴油机以及扭矩载荷传感压力系统、功率方式选择器等，进一步提高了挖掘机的作业效率和稳定性。韩国大宇公司在DH280型挖掘机上采用了EPOS电子功率优化系统，根据发动机负荷的变化，自动调节液压泵所吸收的功率，使发动机转速始终保持在额定转速附近，即发动机始终以全功率运转，这样既充分利用了发动机的功率、提高挖掘机的作业效率，又防止了发动机因过载而熄火。
1.3 关键技术与技术难点
(1)MCGS对PLC的通信和控制。
MCGS设备窗口是 MCGS 系统的重要组成部分，负责建立系统与外部硬件设备的连接，使得 MCGS 能从外部设备读取数据并控制外部设备的工作状态，实现对工业过程的实时监控。
在设备窗口内配置不同类型的设备构件，并根据外部设备的类型和特征，设置相关的属性，将设备的操作方法，如硬件参数配置、数据转换、设备调试等都封装在构件之内，以对象的形式与外部设备建立数据的传输通道连接。运行过程中，设备构件由设备窗口统一调度管理，通过通道连接，向实时数据库提供从外部设备采集到的数据，从实时数据库查询控制参数，发送给系统其它部分，进行控制运算和流程调度，实现对设备工作状态的实时检测和过程的自动控制。MCGS 的这种结构形式使其成为一个与设备无关的系统，对于不同的硬件设备，只需定制相应的设备构件，放置到设备窗口中，并设置相关的属性，系统就可对这一设备进行操作，而不需要对整个系统结构作任何改动。最后用SC-09 编程电缆连接PLC和电脑。
(2)PID控制
本实验的核心程序中用到了PID控制[1]，很好地解决了转速控制这个问题。 常规的PID控制器设计容易、适用面广、可靠性高，是现在应用很广泛的一类基本的控制器，对于参数固定并且非线性不严重的被控对象有很好的控制效果。但是本设计中的挖掘机，在不同的作业环境、负荷、干扰因素下，其参数是不断变化的。必须对PID参数进行调整，才能使控制效果达到最优。
将误差的比例(P)，积分(I)，微分(D)通过线性组合构成控制量，对控制对象进行控制，故称PID控制器。
比例控制是一种简单的控制方式。其输入和输出误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。
在积分控制中，控制器的输出和输入信号的积分成正比关系，对一个自动控制系
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