多臺帶自動同步離合器的電動機(jī)并車與解列控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種多臺帶自動同步離合器的電動機(jī)并車與解列控制系統(tǒng)，主要包括交流、直流拖動系統(tǒng)，基于PLC的自動化控制器和數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng)，其特征在于：其中交流、直流拖動系統(tǒng)采用ABB、SIMENS、EMERSON的變流器作為驅(qū)動核心；并車及解列控制器采用西門子S7－300或400系列PLC作為核心控制單元，根據(jù)建立的自動同步離合器和拖動電機(jī)的混合數(shù)學(xué)模型和控制流程，使控制器具備了并車、解列和功率平穩(wěn)轉(zhuǎn)移等控制性能。本發(fā)明的有益效果是，具有可根據(jù)用戶的使用要求，靈活修改程序，實(shí)現(xiàn)多機(jī)并車及解列控制的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。與現(xiàn)有類似控制系統(tǒng)相比，它解決了硬特性的電動機(jī)通過離合器實(shí)現(xiàn)并車及解列控制，填補(bǔ)了國內(nèi)在該方面研究的技術(shù)空白。功率均載控制精度達(dá)到0.5％遠(yuǎn)高于類似控制系統(tǒng)均載控制精度的1%，且實(shí)現(xiàn)了功率轉(zhuǎn)移時(shí)間的可控。
【專利說明】多臺帶自動同步離合器的電動機(jī)并車與解列控制系統(tǒng)
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】:
本發(fā)明涉及自動控制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是指一種多臺帶自動同步離合器的電動機(jī)并車與解列控制系統(tǒng)。
[0002]【背景技術(shù)】:
目前由于自動同步離合器(以下簡稱離合器)的非線性運(yùn)轉(zhuǎn)特性以及電動機(jī)的硬特性等原因，所以現(xiàn)有帶離合器的原動機(jī)(以下簡稱主機(jī))多為燃機(jī)輪機(jī)、柴油機(jī)或熱力透平機(jī)械，輔配多軸并車齒輪箱構(gòu)成多機(jī)并車傳動裝置，缺點(diǎn)是僅實(shí)現(xiàn)了各主機(jī)之間切換或部分并車控制功能，不具備多臺主機(jī)(現(xiàn)最多2臺)的并車及解列控制功能，現(xiàn)有控制系統(tǒng)更沒有實(shí)現(xiàn)帶離合器的多臺電動機(jī)之間并車及解列控制功能。
[0003]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明的目的是提供一種多臺帶自動同步離合器的電動機(jī)并車與解列控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多臺帶自動同步離合器的電動機(jī)之間自動并車、自動解列及功率的可控轉(zhuǎn)移等關(guān)鍵性能，并具備系統(tǒng)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲、波形回放、報(bào)表打印功能。
[0004]本發(fā)明的目的是以如下方式實(shí)現(xiàn)的:一種多臺帶自動同步離合器的電動機(jī)并車與解列控制系統(tǒng)，主要包括交流、直流拖動系統(tǒng)，基于PLC的自動化控制器和數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng)，其特征在于:其中交流、直流拖動系統(tǒng)采用ABB、SIMENS、EMERSON的變流器作為驅(qū)動核心；并車及解列控制器采用西門子S7 - 300或400系列PLC作為核心控制單元，根據(jù)建立的自動同步離合器和拖動電機(jī)的混合數(shù)學(xué)模型和控制流程，使控制器具備了并車、解列和功率平穩(wěn)轉(zhuǎn)移等控制性能；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是基于NI數(shù)據(jù)采集卡和LabVIEW的數(shù)據(jù)采集與顯示系統(tǒng)；控制器與拖動系統(tǒng)之間通信基于PR0FIBUS總線，控制器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之間通信基于工業(yè)以太網(wǎng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)內(nèi)部采用PXI總線；該發(fā)明控制器軟件流程包括主程序流程、并車控制子程序流程和解列控制子程序流程。
[0005]該發(fā)明控制器軟件流程中主程序流程為，控制系統(tǒng)上電后，控制器自動起動，進(jìn)行系統(tǒng)自檢，首先硬件檢測，通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各設(shè)備是否工作正常，硬件工作正常后，控制器按照編制好的軟件自檢程序，逐一與系統(tǒng)各設(shè)備完成功能性校驗(yàn)；如若自檢通過，控制器進(jìn)入到等待控制命令的循環(huán)掃描階段，若自檢不通過，提示系統(tǒng)故障信息，并等待故障復(fù)位。
[0006]該發(fā)明控制器軟件流程中并車控制子程序流程為，①欲實(shí)現(xiàn)并車控制，先輸入并車控制信息，如并車轉(zhuǎn)速，并車后是否同步運(yùn)行，并車時(shí)間等信息；然后確定“并車”命令?？刂破髟诘玫讲④嚳刂菩畔⒑筒④嚳刂泼詈?，實(shí)施并車控制。②首先起動第一臺電動機(jī)，將轉(zhuǎn)速升到并車轉(zhuǎn)速，同時(shí)檢測首臺離合器是否已接合；在首臺離合器已接合后，控制第二臺電動機(jī)轉(zhuǎn)速升至并車轉(zhuǎn)速，檢測第二臺離合器滑環(huán)位移，判斷是否滑移到滿足并車控制的要求值；③當(dāng)?shù)诙_離合器滑環(huán)位移滿足并車要求值后，讀取兩臺電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速和扭矩值以及滑環(huán)位移值，控制器調(diào)用“非線性并車控制函數(shù)”控制首臺電機(jī)的扭矩輸出，第二臺電機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩輸出。④判斷第二臺離合器是否完全接合，以及兩臺離合器扭矩是否相等，如果不滿足完全并車條件，則重新進(jìn)行第③步，直到完全并車。
[0007]所述的“非線性并車控制函數(shù)”依據(jù)離合器接合過程中滑環(huán)位移與傳扭之間的非線性關(guān)系結(jié)合交、直流拖動電機(jī)傳遞函數(shù)編制的。
[0008]該發(fā)明控制器軟件流程中解列控制子程序流程為，①欲實(shí)現(xiàn)解列控制，先輸入解列控制信息，如解列轉(zhuǎn)速，解列時(shí)間等信息；然后確定“解列”命令?？刂破髟诘玫浇饬锌刂菩畔⒑徒饬锌刂泼詈螅瑢?shí)施解列控制。②首先降兩臺電機(jī)轉(zhuǎn)速降至解列轉(zhuǎn)速讀取解留電動機(jī)離合器滑環(huán)位移、兩臺電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速和扭矩值，控制器調(diào)用“非線性解列控制函數(shù)”控制解留和解出電機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩輸出，完成解出電機(jī)向解留電機(jī)的功率轉(zhuǎn)移控制。④讀取解出離合器滑環(huán)位移，判斷解出離合器是否達(dá)到完全解列要求，如果不滿足完全解列條件，則重新進(jìn)行第③步，直到滿足解列條件。⑤停止解出電機(jī)。
[0009]所述的“非線性解列控制函數(shù)”依據(jù)離合器接合過程中滑環(huán)位移與傳扭之間的非線性關(guān)系、功率轉(zhuǎn)移函數(shù)以及結(jié)合交、直流拖動電機(jī)傳遞函數(shù)編制的。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:
實(shí)現(xiàn)了多臺帶自動同步離合器的電動機(jī)之間自動并車、自動解列及功率的可控轉(zhuǎn)移等關(guān)鍵性能，并具備系統(tǒng)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲、波形回放、報(bào)表打印功能。
[0011]達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)如下:
1、并車時(shí)間:3?7秒；
2、解列時(shí)間:2?3秒；
3、功率轉(zhuǎn)移時(shí)間'2?30秒；
4、功率均載控制精度:±1%;
5、轉(zhuǎn)速控制精度:±0.5% ；
6、可并車電機(jī)數(shù)量:2?8臺。
[0012]該發(fā)明具有可根據(jù)用戶的使用要求，靈活修改程序，實(shí)現(xiàn)多機(jī)并車及解列控制的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。與現(xiàn)有類似控制系統(tǒng)相比，它解決了硬特性的電動機(jī)通過離合器實(shí)現(xiàn)并車及解列控制，填補(bǔ)了國內(nèi)在該方面研究的技術(shù)空白。功率均載控制精度達(dá)到0.5%遠(yuǎn)高于類似控制系統(tǒng)均載控制精度的1%，且實(shí)現(xiàn)了功率轉(zhuǎn)移時(shí)間的可控。
[0013]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1所示整套控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)；
圖2所示控制器主程序流程；
圖3所示并車控制子程序；
圖4所示解列控制子程序；
圖5所示數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件流程；
圖6所示為多臺帶離合器的電動機(jī)并車及解列控制系統(tǒng)框圖；
圖7所示為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖；
圖8所示為數(shù)據(jù)的分析、存儲、顯示和模擬輸出部分框圖 【具體實(shí)施方式】:
參照附圖，一種多臺帶自動同步離合器的電動機(jī)并車與解列控制系統(tǒng)，主要包括交流、直流拖動系統(tǒng)，基于PLC的自動化控制器和數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng)，其特征在于:其中交流、直流拖動系統(tǒng)采用ABB、SIMENS、EMERSON的變流器作為驅(qū)動核心；并車及解列控制器采用西門子S7 - 300或400系列PLC作為核心控制單元，根據(jù)建立的自動同步離合器和拖動電機(jī)的混合數(shù)學(xué)模型和控制流程，使控制器具備了并車、解列和功率平穩(wěn)轉(zhuǎn)移等控制性能；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是基于NI數(shù)據(jù)采集卡和LabVIEW的數(shù)據(jù)采集與顯示系統(tǒng)；控制器與拖動系統(tǒng)之間通信基于PROFIBUS總線，控制器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之間通信基于工業(yè)以太網(wǎng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)內(nèi)部采用PXI總線；該發(fā)明控制器軟件流程包括主程序流程、并車控制子程序流程和解列控制子程序流程。
[0014]該發(fā)明控制器軟件流程中主程序流程為，控制系統(tǒng)上電后，控制器自動起動，進(jìn)行系統(tǒng)自檢，首先硬件檢測，通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各設(shè)備是否工作正常，硬件工作正常后，控制器按照編制好的軟件自檢程序，逐一與系統(tǒng)各設(shè)備完成功能性校驗(yàn)；如若自檢通過，控制器進(jìn)入到等待控制命令的循環(huán)掃描階段，若自檢不通過，提示系統(tǒng)故障信息，并等待故障復(fù)位。
[0015]該發(fā)明控制器軟件流程中并車控制子程序流程為，①欲實(shí)現(xiàn)并車控制，先輸入并車控制信息，如并車轉(zhuǎn)速，并車后是否同步運(yùn)行，并車時(shí)間等信息；然后確定“并車”命令?？刂破髟诘玫讲④嚳刂菩畔⒑筒④嚳刂泼詈?，實(shí)施并車控制。②首先起動第一臺電動機(jī)，將轉(zhuǎn)速升到并車轉(zhuǎn)速，同時(shí)檢測首臺離合器是否已接合；在首臺離合器已接合后，控制第二臺電動機(jī)轉(zhuǎn)速升至并車轉(zhuǎn)速，檢測第二臺離合器滑環(huán)位移，判斷是否滑移到滿足并車控制的要求值；③當(dāng)?shù)诙_離合器滑環(huán)位移滿足并車要求值后，讀取兩臺電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速和扭矩值以及滑環(huán)位移值，控制器調(diào)用“非線性并車控制函數(shù)”控制首臺電機(jī)的扭矩輸出，第二臺電機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩輸出。④判斷第二臺離合器是否完全接合，以及兩臺離合器扭矩是否相等，如果不滿足完全并車條件，則重新進(jìn)行第③步，直到完全并車。
[0016]所述的“非線性并車控制函數(shù)”依據(jù)離合器接合過程中滑環(huán)位移與傳扭之間的非線性關(guān)系結(jié)合交、直流拖動電機(jī)傳遞函數(shù)編制的。
[0017]該發(fā)明控制器軟件流程中解列控制子程序流程為，①欲實(shí)現(xiàn)解列控制，先輸入解列控制信息，如解列轉(zhuǎn)速，解列時(shí)間等信息；然后確定“解列”命令。控制器在得到解列控制信息和解列控制命令后，實(shí)施解列控制。②首先降兩臺電機(jī)轉(zhuǎn)速降至解列轉(zhuǎn)速讀取解留電動機(jī)離合器滑環(huán)位移、兩臺電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速和扭矩值，控制器調(diào)用“非線性解列控制函數(shù)”控制解留和解出電機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩輸出，完成解出電機(jī)向解留電機(jī)的功率轉(zhuǎn)移控制。④讀取解出離合器滑環(huán)位移，判斷解出離合器是否達(dá)到完全解列要求，如果不滿足完全解列條件，則重新進(jìn)行第③步，直到滿足解列條件。⑤停止解出電機(jī)。
[0018]所述的“非線性解列控制函數(shù)”依據(jù)離合器接合過程中滑環(huán)位移與傳扭之間的非線性關(guān)系、功率轉(zhuǎn)移函數(shù)以及結(jié)合交、直流拖動電機(jī)傳遞函數(shù)編制的。
[0019]多臺帶自動冋步尚合器的電動機(jī)并車與解列控制系統(tǒng)包括帶尚合器的拖動電機(jī)、拖動控制系統(tǒng)(變流裝置系統(tǒng))、并車及解列控制器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等組成。圖6多臺帶離合器的電動機(jī)并車及解列控制系統(tǒng)框圖。圖7數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖。圖8數(shù)據(jù)的分析、存儲、顯不和模擬輸出部分框圖。
[0020]整個(gè)并車過程分為3步:①運(yùn)行在一電機(jī)一測功機(jī)模式下，兩臺電動機(jī)不存在主從關(guān)系。當(dāng)有并車命令，起動接入電動機(jī)，接入電機(jī)端自動同步離合器仍處于脫開狀態(tài)工作電動機(jī)轉(zhuǎn)速不變，接入電動機(jī)轉(zhuǎn)速升到工作電動機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速，控制接入電動機(jī)工作在力矩控制及轉(zhuǎn)速跟隨工作電機(jī)的模式下；此時(shí)給定接入電動機(jī)轉(zhuǎn)速比工作電動機(jī)轉(zhuǎn)速高Irpm,接入電動機(jī)端同步自動離合器在當(dāng)前控制模式下,會逐漸接合,并傳遞扭矩；③一旦接入端離合器接合，工作電動機(jī)的輸出扭矩會逐漸轉(zhuǎn)移到接入電動機(jī)上，直到兩臺電動機(jī)輸出載荷均衡為止，完成并車工作。此刻，工作電動機(jī)工作在轉(zhuǎn)速閉環(huán)工作模式下，接入電動機(jī)工作在力矩控制模式下。接入電動機(jī)的轉(zhuǎn)速跟隨工作電動機(jī)轉(zhuǎn)速而變化。
[0021]解列過程解列是并車的逆過程:運(yùn)行在兩電機(jī)并車模式下，兩臺電動機(jī)工作在主從關(guān)系，解留電動機(jī)為主機(jī)，解出電動機(jī)為從機(jī)，當(dāng)有解列命令，設(shè)置功率轉(zhuǎn)移命令，增加解留電機(jī)輸出力矩，減少解出電動機(jī)輸出力矩，直到解出電動機(jī)幾乎處于空載狀態(tài)；停止解出電動機(jī)并解除主從關(guān)系，兩臺電動機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)速差后，解出電動機(jī)端自動同步離合器脫開，完成解列。
【權(quán)利要求】
1.一種多臺帶自動同步離合器的電動機(jī)并車與解列控制系統(tǒng)，主要包括交流、直流拖動系統(tǒng)，基于PLC的自動化控制器和數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng)，其特征在于:其中交流、直流拖動系統(tǒng)采用ABB、SIMENS、EMERSON的變流器作為驅(qū)動核心；并車及解列控制器采用西門子S7 - 300或400系列PLC作為核心控制單元，根據(jù)建立的自動同步離合器和拖動電機(jī)的混合數(shù)學(xué)模型和控制流程，使控制器具備了并車、解列和功率平穩(wěn)轉(zhuǎn)移等控制性能；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是基于NI數(shù)據(jù)采集卡和LabVIEW的數(shù)據(jù)采集與顯示系統(tǒng)；控制器與拖動系統(tǒng)之間通信基于PR0FIBUS總線，控制器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之間通信基于工業(yè)以太網(wǎng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)內(nèi)部采用PXI總線；該發(fā)明控制器軟件流程包括主程序流程、并車控制子程序流程和解列控制子程序流程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多臺帶自動同步離合器的電動機(jī)并車與解列控制系統(tǒng)，其特征在于:該發(fā)明控制器軟件流程中主程序流程為，控制系統(tǒng)上電后，控制器自動起動，進(jìn)行系統(tǒng)自檢，首先硬件檢測，通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各設(shè)備是否工作正常，硬件工作正常后，控制器按照編制好的軟件自檢程序，逐一與系統(tǒng)各設(shè)備完成功能性校驗(yàn)；如若自檢通過，控制器進(jìn)入到等待控制命令的循環(huán)掃描階段，若自檢不通過，提示系統(tǒng)故障信息，并等待故障復(fù)位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多臺帶自動同步離合器的電動機(jī)并車與解列控制系統(tǒng)，其特征在于:該發(fā)明控制器軟件流程中并車控制子程序流程為，①欲實(shí)現(xiàn)并車控制，先輸入并車控制信息，如并車轉(zhuǎn)速，并車后是否同步運(yùn)行，并車時(shí)間等信息；然后確定“并車”命令；控制器在得到并車控制信息和并車控制命令后，實(shí)施并車控制；②首先起動第一臺電動機(jī)，將轉(zhuǎn)速升到并車轉(zhuǎn)速，同時(shí)檢測首臺離合器是否已接合；在首臺離合器已接合后，控制第二臺電動機(jī)轉(zhuǎn)速升至并車轉(zhuǎn)速，檢測第二臺離合器滑環(huán)位移，判斷是否滑移到滿足并車控制的要求值；③當(dāng)?shù)诙_離合器滑環(huán)位移滿足并車要求值后，讀取兩臺電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速和扭矩值以及滑環(huán)位移值，控制器調(diào)用“非線性并車控制函數(shù)”控制首臺電機(jī)的扭矩輸出，第二臺電機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩輸出判斷第二臺離合器是否完全接合，以及兩臺離合器扭矩是否相等，如果不滿足完全并車條件，則重新進(jìn)行第③步，直到完全并車。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、3所述的一種多臺帶自動同步離合器的電動機(jī)并車與解列控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的“非線性并車控制函數(shù)”依據(jù)離合器接合過程中滑環(huán)位移與傳扭之間的非線性關(guān)系結(jié)合交、直流拖動電機(jī)傳遞函數(shù)編制的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多臺帶自動同步離合器的電動機(jī)并車與解列控制系統(tǒng)，其特征在于:該發(fā)明控制器軟件流程中解列控制子程序流程為，①欲實(shí)現(xiàn)解列控制，先輸入解列控制信息，如解列轉(zhuǎn)速，解列時(shí)間等信息；然后確定“解列”命令；控制器在得到解列控制信息和解列控制命令后，實(shí)施解列控制首先降兩臺電機(jī)轉(zhuǎn)速降至解列轉(zhuǎn)速；③讀取解留電動機(jī)離合器滑環(huán)位移、兩臺電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速和扭矩值，控制器調(diào)用“非線性解列控制函數(shù)”控制解留和解出電機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩輸出，完成解出電機(jī)向解留電機(jī)的功率轉(zhuǎn)移控制；④讀取解出離合器滑環(huán)位移，判斷解出離合器是否達(dá)到完全解列要求，如果不滿足完全解列條件，則重新進(jìn)行第③步，直到滿足解列條件；⑤停止解出電機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、5所述的一種多臺帶自動同步離合器的電動機(jī)并車與解列控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的“非線性解列控制函數(shù)”依據(jù)離合器接合過程中滑環(huán)位移與傳扭之間的非線性關(guān)系、功率轉(zhuǎn)移函數(shù)以及結(jié)合交、直流拖動電機(jī)傳遞函數(shù)編制的。
【文檔編號】H02P5/74GK103684114SQ201310720414
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月24日
【發(fā)明者】宋大維, 李驚東, 徐宇, 劉琦, 李超 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七 三研究所