基于PLC的采鹽機(jī)行走控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

耿長(zhǎng)興 ，胡 博 ，冀振亞 ，蘇東森 ，3

（1.水利部長(zhǎng)春機(jī)械研究所，吉林 長(zhǎng)春 130012；2.長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，吉林，長(zhǎng)春 130012；3.長(zhǎng)春新華工程技術(shù)咨詢有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130012）

隨著國家對(duì)環(huán)保要求的提高和先進(jìn)控制技術(shù)的發(fā)展，原采鹽機(jī)面臨著排放不達(dá)標(biāo)和控制系統(tǒng)落后等突出問題。因此文章將基于新型PLC對(duì)采鹽機(jī)的行走控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

1 控制系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

1.1 采鹽機(jī)的主要構(gòu)成

采鹽機(jī)主要由行走底盤、集料器、泵送系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等四大部分組成。行走底盤、集料器的動(dòng)力來自于柴油機(jī)，通過壓力油驅(qū)動(dòng)液壓元件實(shí)現(xiàn)功能。泵送系統(tǒng)由55kW的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)礦漿泵，由泵將鹽與鹵水從集料器的吸料口吸入，并通過管道輸送到鹽料堆放場(chǎng)的分篩器，實(shí)現(xiàn)水鹽分離。

1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)

液壓動(dòng)力源是濰柴動(dòng)力WP3.2G61E347型柴油機(jī)，額定功率為45kW，調(diào)速方式采取高壓共軌，該系統(tǒng)燃燒效率高、噪音小、振動(dòng)低等，與柴油機(jī)相匹配，選用了一種SPC3-M3P系列柴油發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控儀，監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)各種狀態(tài)，并能夠?qū)崿F(xiàn)啟停、調(diào)速等功能，還將液壓油油位繼電器信號(hào)接入，在液壓油油位不足的情況下能自行停機(jī)，保護(hù)液壓泵。

1.3 行走液壓系統(tǒng)

采鹽機(jī)行走系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)輪是由液壓馬達(dá)作為動(dòng)力，配合行星減速機(jī)，從而產(chǎn)生行走的驅(qū)動(dòng)力。行走的轉(zhuǎn)向依靠?jī)蓚?cè)履帶的差速進(jìn)行。速度調(diào)節(jié)是通過多路比例變量閥控制。

2 行走控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 控制總體方案

采鹽機(jī)是在水中進(jìn)行作業(yè)的，水隨著風(fēng)和水位的變化，不易作為參照物進(jìn)行規(guī)則化采收，只能依靠駕駛?cè)藛T尋找遠(yuǎn)處參照物，因此增加了駕駛?cè)藛T的工作難度。在自動(dòng)采收時(shí)如果能保證兩履帶行駛速度一致、采鹽機(jī)保持直線行走，將極大減輕駕駛員的工作強(qiáng)度，提高自動(dòng)化采收程度和效率。所以需要設(shè)計(jì)具有自動(dòng)調(diào)節(jié)的馬達(dá)轉(zhuǎn)速行走控制系統(tǒng)。

文章采用西門子S7-200 SMART系列PLC作為主控制器，型號(hào)為CPU ST40，增加模擬量輸入EM AE08模塊和模擬量輸出EM AQ04模塊各1塊，滿量程范圍（數(shù)據(jù)字）-27648～27648，用采集傳感器模擬量信號(hào)和模擬量輸出。行走控制系統(tǒng)采用PLC模塊化設(shè)計(jì)，分為手動(dòng)模式和自動(dòng)行走模式。

自動(dòng)行走模式采用的是閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過行走速度電位計(jì)給PLC輸入一個(gè)模擬量信號(hào)，經(jīng)過PLC計(jì)算后轉(zhuǎn)換為馬達(dá)行駛速度值，作為馬達(dá)轉(zhuǎn)速PID控制器的給定值，經(jīng)PID控制器運(yùn)算后，輸出比例閥控制器，馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)。馬達(dá)轉(zhuǎn)速作為反饋值輸入PID控制器，從而保證左右兩側(cè)馬達(dá)轉(zhuǎn)速一致。

2.2 轉(zhuǎn)速采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

采用PLC的高速計(jì)數(shù)器模式，采集液壓馬達(dá)速度計(jì)的脈沖信號(hào)，經(jīng)PLC轉(zhuǎn)換為可以與設(shè)定值進(jìn)行PID計(jì)算的數(shù)值。高速計(jì)數(shù)器為單相加計(jì)數(shù)模式，文章僅以I0.0的高速脈沖輸入方式為例，模式選擇為0。高速計(jì)數(shù)器的控制字節(jié)SMB37基本定義為SMB37=2#11111000=16#F8。再定義一個(gè)定時(shí)中斷，將中斷時(shí)間定義在100 ms內(nèi)循環(huán)，循環(huán)10次即為1 s內(nèi)的總脈沖。

2.3 PID控制器設(shè)置

馬達(dá)的轉(zhuǎn)速采集后需要與設(shè)定的速度進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤控制，選擇PID控制方式來進(jìn)行速度調(diào)節(jié)控制，通過STEP7 Micro/WIN SMART V2.3編程軟件的PID設(shè)置向?qū)Э梢暂p松建立S7-200 SMART PLC的PID控制程序。

如果使用PID整定控制面板，則可通過控制面板處理所有與PID回路表的交互。如果需要通過操作員面板提供自整定功能，PLC程序必須提供操作員和PID回路表之間的交互，這樣才能啟動(dòng)和監(jiān)視自整定過程，然后應(yīng)用推薦的整定值。

要進(jìn)行自整定的回路必須處于自動(dòng)模式。回路輸出必須由PID指令的執(zhí)行來控制。如果回路處于手動(dòng)模式，則自整定失敗。啟動(dòng)自整定操作之前，控制過程必須達(dá)到穩(wěn)定態(tài)，也就是說，PV已達(dá)到設(shè)定值（或者對(duì)P型回路來說，PV與設(shè)定值之間的差值恒定），并且輸出不會(huì)不規(guī)律地變化。

3 結(jié)語

采鹽機(jī)是一種新型的機(jī)、電、液一體化集成設(shè)備，該設(shè)備具有節(jié)省人力、節(jié)能、高效等特點(diǎn)，行走控制系統(tǒng)引入PID反饋控制后，系統(tǒng)的響應(yīng)準(zhǔn)確性更好，能夠有效地改善采鹽機(jī)平穩(wěn)作業(yè)過程中的速度穩(wěn)定性，提高采收作業(yè)質(zhì)量，提高采鹽效率、實(shí)現(xiàn)更高的自動(dòng)化程度。