CN105751918B - 一种直流斩波调速电机车的闭环调速装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直流斩波调速电机车的闭环调速装置，包括PLC和旋转编码器；PLC安装在所述电机车上，旋转编码器安装在的电机车一个车轴上；PLC根据转编码器的输出信号判断电机车的运行速度和方向，与电机车的预设运行速度和方向对比，计算出控制信号的脉宽或频率，由PLC的高速脉冲输出接口输出至电机车的斩波控制器。如果电机车速度超过预设电机车运行速度一定范围后，PLC关断脉冲输出，控制制动电阻投入的数量刹车减速。本发明速度稳定性，自适应调整脉宽（或频率），有效节约电能损耗，极大提高运输效率。它可以实现高精度的定速控制且超速保护，实际行驶速度与给定速度误差不超过0.5km/h。本发明极易实现且成本低廉。

Description

一种直流斩波调速电机车的闭环调速装置和方法
技术领域
本发明涉及一种闭环调速装置和方法，尤其是一种直流斩波调速电机车的闭环调速装置和方法，属于电机车控制技术领域。
技术背景
直流斩波调速的电机车广泛应用于各种钢厂、矿山、焦化厂等大宗物料生产企业的物料长距离轨道运输。新型电机车的斩波器控制IGBT导通的脉冲宽度，频率不变，简称“定频调宽”。老型号电机车的斩波器是控制可控硅的导通频率，触发脉冲宽度不变。如图1所示，电机车由人工手动驾驶时，司机根据需要调节控制器手柄提高脉宽或频率、降低脉宽或频率。脉宽或频率越高，直流电机输出功率越大，从而带动电机车行驶的速度越快，当需要降低速度时降低脉宽或频率，需要快速减速或停车时，投入电阻制动。但是这种人工开环控制的速度稳定性和运输效率受人为因素影响很大。
发明内容
本发明目的是提供一种直流斩波调速电机车的闭环调速装置和方法。
为解决上述技术问题的， 本发明采用的技术方案是：
技术方案一：
一种直流斩波调速电机车的闭环调速装置，包括旋转编码器和PLC；PLC安装在所述电机车上；所述旋转编码器安装在所述电机车的一个车轴上；所述旋转编码器将检测到的电机车速度信息输出至所述PLC的的高速脉冲计数器；所述PLC根据转编码器的信号检测出所述电机车的运行速度和方向，与电机车的预设运行速度和方向对比生成控制信号的脉宽或频率，由所述PLC的高速脉冲输出接口输出至电机车的斩波控制器；所述斩波器将PLC的脉冲信号放大，将其用于控制电机车直流电机的输出功率。
所述旋转编码器与车轴同步旋转，旋转编码器输出的脉冲频率与车轴转速成正比例关系。
所述PLC也可以使用模拟量输出模块将与控制输出速度成正比关系的电压信号直接输送至驱动电路，驱动电路输出给斩波器的脉冲可调占空比的脉冲或频率与输入的信号电压成线性比例。
所述PLC根据转编码器的输出信号计算得出的电机车的运行速度，将其与预先设定的速度对比进行PID运算，调节控制信号的占空比或频率值，将控制信号输出至斩波控制器，当运行速度超出预设速度的设定范围时，PLC关断控制信号的输出，并切入电阻减速制动。
所述旋转编码器AB正交模式。
所述PLC采用PID和PWM组件测定电机车行驶速度，将其与预定的速度对比运算，输出可调的脉冲占空比或频率值的波形至斩波控制器。
技术方案二：
一种用于权利要求1所述的直流斩波调速电机车的闭环调速装置的控制方法，包括以下步骤：
步骤1：所述PLC接收所述旋转编码器采集的电机车行驶速度信息；
步骤2：所述PLC将测定的电机的运行速度和方向与所述电机车的预设运行速度进行对比运算，使用所述PLC内置的PID运算组件，将脉冲占空比或频率值可调的控制信号输出至斩波器；
步骤3：判断所述电机车的运行速度是否在预定的速度范围之内；如果是，转向步骤10，否则转向步骤4；
步骤4：判断所述电机车的运行速度是否低于预定的速度范围的下限，转向步骤6，否则，转向步骤5；
步骤5：判断所述电机车的运行速度是否高于预定的速度范围的上限，如果是，转向步骤7，否则转向步骤10；
步骤6：所述PLC提高输出控制信号的脉冲的占空比或频率值，使电机车的运行速度等于所述电机车的预定运行速度，转至步骤10；
步骤7：判断判断所述电机车的运行速度是否高于预定速度的预设极限，如果是，转向步骤8，否则，转至步骤9；
步骤8：所述PLC关断控制信号的脉冲输出，通过控制制动电阻投入的数量使刹车减速，直到电机车的运行速度等于所述电机车的预定运行速度时，再启动PLC的控制信号的脉冲输出，转向步骤10；
步骤9：所述PLC降低输出端控制信号的脉冲的占空比或频率值；直至电机车运行速度等于所述电机车的预定运行速度，转向步骤10；
步骤10：保持当前的输出脉冲的占空比或频率值不变，转向步骤1。
采用上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明速度稳定性，控制系统根据机车负载大小、轨道坡度的变化自适应调整脉宽（或频率），有效节约电能损耗，极大提高运输效率。
2、本发明当电机车速度超过给定值的一定范围之后，PLC关断脉冲输出，控制制动电阻投入的数量刹车减速，可以实现高精度的定速控制且超速保护，实际行驶速度与给定速度误差不超过0.5km/h。
3、本专利对机车原有系统改动很小，运行可靠，硬件投入和软件编程方面极易实现且成本低廉。在此基础上能方便实现自动化无人驾驶，已经在实际使用中取得了良好的经济效益。
附图说明
图1是现有技术的结构示意图；
图2是本发明的结构示意图。
具体实施方式
实施例1：
如图2所示，一种直流斩波调速电机车的闭环调速装置，包括旋转编码器和PLC；PLC安装在所述电机车上；所述旋转编码器安装在所述电机车的一个车轴上；所述旋转编码器将检测到的电机车速度信息输出至所述PLC的的高速脉冲计数器；所述PLC根据转编码器的信号检测出所述电机车的运行速度和方向，与电机车的预设运行速度和方向对比生成控制信号的脉宽或频率，由所述PLC的高速脉冲输出接口输出至电机车的斩波控制器；所述斩波器将PLC的脉冲信号放大，将其用于控制电机车直流电机的输出功率。
所述旋转编码器与车轴同步旋转，旋转编码器输出的脉冲频率与车轴转速成正比例关系。
所述PLC也可以使用模拟量输出模块将与控制输出速度成正比关系的电压信号直接输送至驱动电路，驱动电路输出给斩波器的脉冲可调占空比的脉冲或频率与输入的信号电压成线性比例。
所述PLC根据转编码器的输出信号计算得出的电机车的运行速度，将其与预先设定的速度对比进行PID运算，调节控制信号的占空比或频率值，将控制信号输出至斩波控制器，当运行速度超出预设速度的设定范围时，PLC关断控制信号的输出，并切入电阻减速制动。
所述旋转编码器AB正交模式。
所述PLC采用PID和PWM组件测定电机车行驶速度，将其与预定的速度对比运算，输出可调的脉冲占空比或频率值的波形至斩波控制器。
PLC都内置PID组件，编写程序时可以调用该组件，反复试验，设置好比例、积分、微分的参数，在调用PWM组件，设置合适的参数，将PID运算得出的数值转换成与数值成比例的频率信号，在高速脉冲输出口输出。
直流斩波调速的电机车改成由PLC控制的闭环调速控制系统后，电机车的速度稳定性和运输效率极大提高，还能节约电能损耗，控制系统根据机车负载大小、轨道坡度的变化自适应调整脉宽（或频率），速度超过给定值一定范围之后，PLC关断脉冲输出，控制制动电阻投入的数量刹车减速，可以实现高精度的定速控制且超速保护，实际行驶速度与给定速度误差不超过0.5km/h。
实施例2：
一种用于权利要求1所述的直流斩波调速电机车的闭环调速装置的控制方法，包括以下步骤：
步骤1：所述PLC接收所述旋转编码器采集的电机车行驶速度信息；
步骤2：所述PLC将测定的电机的运行速度和方向与所述电机车的预设运行速度进行对比运算，使用所述PLC内置的PID运算组件，将脉冲占空比或频率值可调的控制信号输出至斩波器；
步骤3：判断所述电机车的运行速度是否在预定的速度范围之内；如果是，转向步骤10，否则转向步骤4；
步骤4：判断所述电机车的运行速度是否低于预定的速度范围的下限，转向步骤6，否则，转向步骤5；
步骤5：判断所述电机车的运行速度是否高于预定的速度范围的上限，如果是，转向步骤7，否则转向步骤10；
步骤6：所述PLC提高输出控制信号的脉冲的占空比或频率值，使电机车的运行速度等于所述电机车的预定运行速度，转至步骤10；
步骤7：判断判断所述电机车的运行速度是否高于预定速度的预设极限，如果是，转向步骤8，否则，转至步骤9；
步骤8：所述PLC关断控制信号的脉冲输出，通过控制制动电阻投入的数量使刹车减速，直到电机车的运行速度等于所述电机车的预定运行速度时，再启动PLC的控制信号的脉冲输出，转向步骤10；
步骤9：所述PLC降低输出端控制信号的脉冲的占空比或频率值；直至电机车运行速度等于所述电机车的预定运行速度，转向步骤10；
步骤10：保持当前的输出脉冲的占空比或频率值不变，转向步骤1。

Claims (5)

1.一种直流斩波调速电机车的闭环调速装置的控制方法，其特征在于：所述直流斩波调速电机车的闭环调速装置包括旋转编码器和PLC；PLC安装在所述电机车上；所述旋转编码器安装在所述电机车的一个车轴上；所述旋转编码器将检测到的电机车速度信息输出至所述PLC的的高速脉冲计数器；所述PLC根据旋转编码器的信号检测出所述电机车的运行速度和方向，与电机车的预设运行速度和方向对比生成控制信号的脉宽或频率，由所述PLC的高速脉冲输出接口输出至电机车的斩波器；所述斩波器将PLC的脉冲信号放大，将其用于控制电机车直流电机的输出功率；控制方法包括以下步骤：
步骤1：所述PLC接收所述旋转编码器采集的电机车行驶速度信息；
步骤2：所述PLC将测定的电机车的运行速度和方向与所述电机车的预设运行速度进行对比运算，使用所述PLC内置的PID运算组件，将脉冲占空比或频率值可调的控制信号输出至斩波器；
步骤3：判断所述电机车的运行速度是否在预定的速度范围之内；如果是，转向步骤10，否则转向步骤4；
步骤4：判断所述电机车的运行速度是否低于预定的速度范围的下限，转向步骤6，否则，转向步骤5；
步骤5：判断所述电机车的运行速度是否高于预定的速度范围的上限，如果是，转向步骤7，否则转向步骤10；
步骤6：所述PLC提高输出控制信号的脉冲的占空比或频率值，使电机车的运行速度等于所述电机车的预定运行速度，转至步骤10；
步骤7：判断所述电机车的运行速度是否高于预定速度的预设极限，如果是，转向步骤8，否则，转至步骤9；
步骤8：所述PLC关断控制信号的脉冲输出，通过控制制动电阻投入的数量使刹车减速，直到电机车的运行速度等于所述电机车的预定运行速度时，再启动PLC的控制信号的脉冲输出，转向步骤10；
步骤9：所述PLC降低输出端控制信号的脉冲的占空比或频率值；直至电机车运行速度等于所述电机车的预定运行速度，转向步骤10；
步骤10：保持当前的输出脉冲的占空比或频率值不变，转向步骤1。
2.根据权利要求1所述的直流斩波调速电机车的闭环调速装置的控制方法，其特征在于：所述旋转编码器与车轴同步旋转，旋转编码器输出的脉冲频率与车轴转速成正比例关系。
3.根据权利要求1所述的直流斩波调速电机车的闭环调速装置的控制方法，其特征在于：所述PLC根据旋转编码器的输出信号计算得出的电机车的运行速度，将其与预先设定的速度对比进行PID运算，调节控制信号的占空比或频率值，将控制信号输出至斩波器，当运行速度超出预设速度的设定范围时，PLC关断控制信号的输出，并切入电阻减速制动。
4.根据权利要求1所述的直流斩波调速电机车的闭环调速装置的控制方法，其特征在于：所述旋转编码器AB正交模式。
5.根据权利要求1所述的直流斩波调速电机车的闭环调速装置的控制方法，其特征在于：所述PLC采用PID和PWM组件测定电机车行驶速度，将其与预定的速度对比运算，输出可调的脉冲占空比或频率值的波形至斩波器。
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