基于PLC技術(shù)的礦山機(jī)電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)踐

黨仕梅

（武威職業(yè)學(xué)院，甘肅 武威 733000）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)礦產(chǎn)資源的需求越來越大。但是在礦山開采的過程中，傳統(tǒng)的機(jī)電控制系統(tǒng)效率比較低，無法滿足逐漸增長的需求[1]。PLC技術(shù)是控制系統(tǒng)中比較重要的技術(shù)形式，其主要是以數(shù)字運(yùn)算系統(tǒng)為主，具有極高的自動(dòng)化與邏輯性，與傳統(tǒng)的技術(shù)相比，PLC技術(shù)具有更高的靈敏度和可靠性。因此，本文對(duì)PLC技術(shù)對(duì)礦山的機(jī)電控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與研究闡述一些觀點(diǎn)。

1 機(jī)電控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

（1） 控制器設(shè)計(jì)。控制器主要是由主控芯片、電磁閥、傳感器和電動(dòng)泵共同組成。主控芯片是控制器的核心組成部件，對(duì)其進(jìn)行選擇時(shí)，要根據(jù)主控芯片的主頻、接口資源、工業(yè)性、通訊、封裝尺寸、功耗等因素進(jìn)行選擇。主控芯片的選擇是控制器設(shè)計(jì)是否成功的關(guān)鍵因素，一個(gè)好的控制芯片選型方案可以選擇出適合的控制芯片，使控制器的性能達(dá)到最好的狀態(tài)，還可以節(jié)省硬件、軟件的設(shè)計(jì)時(shí)間，同時(shí)可以節(jié)省成本[2]。在控制器中，主控芯片的功能是控制兩個(gè)電磁閥的通斷和一個(gè)電動(dòng)泵的調(diào)速，因此，控制芯片必須具有極高的控制能力。控制器的設(shè)計(jì)目標(biāo)是其可以進(jìn)行自動(dòng)換擋，要想完成自動(dòng)換擋需要轉(zhuǎn)速信號(hào)作為標(biāo)志，所以，主控芯片必須具有精確、高效處理信號(hào)的能力，使控制器可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行迅速的響應(yīng)。因此，本文在上述條件的篩選下，選擇MC125XS123主控芯片來進(jìn)行控制器的設(shè)計(jì)。

電動(dòng)泵的驅(qū)動(dòng)電路主要是由MOS和高速光耦共同組成，采用PWM方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，PWM驅(qū)動(dòng)可以對(duì)電動(dòng)泵進(jìn)行調(diào)速；高速光耦主要是將控制器MCU的信號(hào)與電動(dòng)泵驅(qū)動(dòng)電路之間進(jìn)行隔離，光耦可以控制外部控制部件的通斷，主要是通過控制器發(fā)出的信號(hào)對(duì)電動(dòng)泵進(jìn)行控制，通過對(duì)PWM進(jìn)行調(diào)整來控制電動(dòng)泵的轉(zhuǎn)速。

（2）電源設(shè)計(jì)。電源主要的功能是為控制器和外部控制部件提供電力，控制器主要是在弱電狀態(tài)下工作，其工作的電壓比較低，而外部控制部件是在強(qiáng)電狀態(tài)下工作，因此，外部控制部件會(huì)對(duì)控制器產(chǎn)生影響。為了減少此種干擾，應(yīng)該將外部控制部件電源和控制器供電電源進(jìn)行隔離。

2 機(jī)電控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

機(jī)電控制系統(tǒng)的軟件主要分為通訊模塊、傳感器處理模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、ECT計(jì)算模塊和控制模塊。

為了實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)備的連接，設(shè)計(jì)了CAN通訊模塊。該模塊主要的功能是對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行及時(shí)的修改與檢測，還可以實(shí)現(xiàn)控制器與總控制器之間的通訊，實(shí)現(xiàn)控制器對(duì)總控制器發(fā)出命令的接收。該模塊是機(jī)電控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要連接模塊，對(duì)其起著至關(guān)重要的作用。

傳感器處理模塊主要以PLC技術(shù)為核心，對(duì)傳感器傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行相應(yīng)的處理，主要依據(jù)下述公式進(jìn)行處理：

其中，M表示的是處理好的信號(hào)；κ表示的是權(quán)重；a表示的是原始信號(hào)的數(shù)值；γ表示的是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值。

3 機(jī)電控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

通過硬件與軟件的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電控制系統(tǒng)的運(yùn)行。機(jī)電控制系統(tǒng)的主要控制流程為：首先傳感器處理模塊接收來自控制器中的傳感器輸出的信號(hào)，將接收到的信號(hào)采用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成可識(shí)別的信號(hào)，將其傳輸給計(jì)算模塊進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算轉(zhuǎn)速，然后將得到的計(jì)算結(jié)果傳輸給控制模塊，控制模塊會(huì)依據(jù)轉(zhuǎn)速的大小，對(duì)機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的控制。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

為了保證本文設(shè)計(jì)的礦山機(jī)電控制系統(tǒng)的有效性，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。在實(shí)驗(yàn)的過程中，主要采用傳統(tǒng)機(jī)電控制系統(tǒng)與本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析。由于采用的兩種系統(tǒng)不同，因此，本文主要引入第三方軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行記錄與比較，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

（1） 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。為了保證實(shí)驗(yàn)過程以及結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要對(duì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。在實(shí)驗(yàn)的過程中，由于采用的兩種機(jī)電控制系統(tǒng)不同，導(dǎo)致其對(duì)機(jī)電的控制方法也是有區(qū)別的，若是想要最大程度的保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，得到較為精確、可靠的結(jié)果，就要對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中的外部環(huán)境參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，使其保持一致。本文實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)置結(jié)果如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)置結(jié)果

（2）對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。本文設(shè)計(jì)的礦山機(jī)電控制系統(tǒng)的有效性主要從控制管理的效率進(jìn)行驗(yàn)證。本文采用第三方軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄與計(jì)算，得到的相應(yīng)結(jié)果如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果

如圖1所示，本文設(shè)計(jì)的機(jī)電控制系統(tǒng)，其控制管理的效率高出傳統(tǒng)控制系統(tǒng)30%，說明本文設(shè)計(jì)的礦山機(jī)電控制系統(tǒng)具備極高的有效性。

5 結(jié)語

本文主要設(shè)計(jì)了礦山機(jī)電控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)礦山機(jī)電設(shè)備的控制，并且其控制管理的效率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)控制系統(tǒng)，表明設(shè)計(jì)的機(jī)電控制系統(tǒng)具有極高的有效性。希望本文對(duì)以后的研究有所幫助。