石家庄铁道大学毕业设计
除输入/输出16~128点的独立用途外，还可以适用于多个基本组件间的连接，模拟控制，定位控制等特殊用途，是一套可以满足多样化广泛需要的PLC，并且具有高速处理及大量满足单个需要的可扩展特殊功能模块等特点，为各种自动化应用提供最大的灵活性和控制能力。
三菱变频器[4]有几大特点。节能，当频率超过需求时降低频率，电机用不完的能量就节省下来了；无极调速，电机都有一个固定的转速，没有其他调速装置，这个转速固定不变，而有的工况需要电机改变速度，没有三菱变频器，只能通过滑差电机或齿轮变速来实现，很复杂，很笨重，有了三菱变频器，就使一切变速的需要变的轻而易举，随心所欲；启动平稳，速度平稳上升，停止平稳，速度平滑下降，没有冲击；具备多种信号输入输出端口，接收和输出模拟信号，电流、电压信号，与工控机、编程器配合，就能形成自动化控制系统。
MCGS(Monitor and Control Generated System，监视与控制通用系统)是北京昆仑通态自动化软件科技有限公司研发的一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制，可运行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000/xp等操作系统。具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。通过与其他相关的硬件设备结合，可以快速、方便地开发各种用于现场采集、数据处理和控制的设备。用户只需要通过简单的模块化组态就可构造自己的应用系统，如可以灵活组态各种智能仪表、数据采集模块，无纸记录仪、无人值守的现场采集站、人机界面等专用设备。
模数转换模块选用三菱FX 2N-4AD，数模转换用三菱FX 2N-4DA，是三菱PLC的特殊功能模块， PLC、变频器均采用三菱品牌，所以这个系统就有了完美的兼容性，在设计过程中可以少走很多弯路。
挖掘机转速控制系统示意图如下图所示：
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380V 变频器DA 液压泵电动机MCGS界面 PLC 接口电路 AD
图3-1挖掘机转速控制系统示意图
系统总体控制方案如下图所示：
MCGS操作界面 转速给定 PLC行进控制 DA怠速显示 转速显示 变频器 AD控制器 手动控制 转速测量 电动机 自动控制 液压泵
图3-2系统总体控制框图
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第4章 控制系统数学模型建立和PID参数整定
4.1 控制系统数学模型建立
转速控制系统以控制电动机转速恒定为目标，电动机转速由PLC输出转速来决定，而PLC的输出要根据转速传感器的反馈进一步进行调节，控制系统的控制框图下图所示[5]。
输入转速N1 ??N3 △N 控制器Uk 变频器Ud 电动机N2 液压泵 4.1.1 输出电压与转速差的转换模型
输出电压与转速差一般承线性关系，设为K1
Uk?K1 ?N G1?s??4.1.2 变频器模型建立
在工程实践中，可以针对具体情况，将变频器的传递函数设定为一个小惯性环节或一个比例环节，本文将其处理为惯性环节，则控制电压和输出电压,之间的传递函数为：
取Ts=0.1s ,
Ks? 转速传感器反馈值 图4-1系统控制方案
Uk(s)K1 （4-1） ??N?s?sUd(s)Ks ?Uk(s)Tss?1?Ud380??38 ?Uk10G2(s)?
Ud(s)Ks38?? (4-2)
Uk(s)Tss?10.1s?1
4.1.3 电动机模型建立
Id(s)TLTcs2?Tcs?1电机中电流和电压间的传递函数： ?Ud(s)R(TLs?1)TL和TC均为小时间常数。所以电机中电流和电压间的传递函数可以简化为：
Id(s)Tcs?1 ?Ud(s)R(TLs?1)因为输出转速和输出电流承线性关系：
N3(s)K2 ?Id(s)sN3(s)K2(Tcs?1)?Ud(s)Rs(TLs?1)
其中的参数分别取： R=7.875Ω，L=27.7mH，C=600μF 则有：TL=L/R=0.0035s Tc=RC=0.0047s
G3(s)=
K2(0.0047s?1) (4-3)
7.875s(0.0035s?1)4.1.4 系统传递函数
本文采用单位负反馈，即Kf =1。由图3-5所示系统控制结构，可得系统总
的闭环传递函数如下图所示。
给定N1 ?－N3△N 关系转换 Uk G2(s) Ud G3(s) N2 Kf
图4-2系统结构图
由以上关系可得，系统总闭环传递函数为：
G闭环?G1(s)G2(s)G3(s)1?G1(s)G2(s)G3(s)Kf
G闭环(s)?
38K1K2(0.0047s?1)
7.875s2(0.0035s?1)(0.1s?1)
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