基于PLC的采鹽機行走控制系統設計

耿長興 ，胡 博 ，冀振亞 ，蘇東森 ，3

（1.水利部長春機械研究所，吉林 長春 130012；2.長春工業大學電氣與電子工程學院，吉林，長春 130012；3.長春新華工程技術咨詢有限公司，吉林 長春 130012）

隨著國家對環保要求的提高和先進控制技術的發展，原采鹽機面臨著排放不達標和控制系統落后等突出問題。因此文章將基于新型PLC對采鹽機的行走控制系統進行改進設計。

1 控制系統總體方案設計

1.1 采鹽機的主要構成

采鹽機主要由行走底盤、集料器、泵送系統、控制系統等四大部分組成。行走底盤、集料器的動力來自于柴油機，通過壓力油驅動液壓元件實現功能。泵送系統由55kW的電動機驅動礦漿泵，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的分篩器，實現水鹽分離。

1.2 發動機控制系統

液壓動力源是濰柴動力WP3.2G61E347型柴油機，額定功率為45kW，調速方式采取高壓共軌，該系統燃燒效率高、噪音小、振動低等，與柴油機相匹配，選用了一種SPC3-M3P系列柴油發動機監控儀，監控發動機各種狀態，并能夠實現啟停、調速等功能，還將液壓油油位繼電器信號接入，在液壓油油位不足的情況下能自行停機，保護液壓泵。

1.3 行走液壓系統

采鹽機行走系統的驅動輪是由液壓馬達作為動力，配合行星減速機，從而產生行走的驅動力。行走的轉向依靠兩側履帶的差速進行。速度調節是通過多路比例變量閥控制。

2 行走控制系統設計

2.1 控制總體方案

采鹽機是在水中進行作業的，水隨著風和水位的變化，不易作為參照物進行規則化采收，只能依靠駕駛人員尋找遠處參照物，因此增加了駕駛人員的工作難度。在自動采收時如果能保證兩履帶行駛速度一致、采鹽機保持直線行走，將極大減輕駕駛員的工作強度，提高自動化采收程度和效率。所以需要設計具有自動調節的馬達轉速行走控制系統。

文章采用西門子S7-200 SMART系列PLC作為主控制器，型號為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（數據字）-27648～27648，用采集傳感器模擬量信號和模擬量輸出。行走控制系統采用PLC模塊化設計，分為手動模式和自動行走模式。

自動行走模式采用的是閉環控制系統，通過行走速度電位計給PLC輸入一個模擬量信號，經過PLC計算后轉換為馬達行駛速度值，作為馬達轉速PID控制器的給定值，經PID控制器運算后，輸出比例閥控制器，馬達轉動。馬達轉速作為反饋值輸入PID控制器，從而保證左右兩側馬達轉速一致。

2.2 轉速采集系統設計

采用PLC的高速計數器模式，采集液壓馬達速度計的脈沖信號，經PLC轉換為可以與設定值進行PID計算的數值。高速計數器為單相加計數模式，文章僅以I0.0的高速脈沖輸入方式為例，模式選擇為0。高速計數器的控制字節SMB37基本定義為SMB37=2#11111000=16#F8。再定義一個定時中斷，將中斷時間定義在100 ms內循環，循環10次即為1 s內的總脈沖。

2.3 PID控制器設置

馬達的轉速采集后需要與設定的速度進行實時跟蹤控制，選擇PID控制方式來進行速度調節控制，通過STEP7 Micro/WIN SMART V2.3編程軟件的PID設置向導可以輕松建立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，這樣才能啟動和監視自整定過程，然后應用推薦的整定值。

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

3 結語

采鹽機是一種新型的機、電、液一體化集成設備，該設備具有節省人力、節能、高效等特點，行走控制系統引入PID反饋控制后，系統的響應準確性更好，能夠有效地改善采鹽機平穩作業過程中的速度穩定性，提高采收作業質量，提高采鹽效率、實現更高的自動化程度。