多臺帶自動同步離合器的電動機并車與解列控制系統的制作方法
【專利摘要】一種多臺帶自動同步離合器的電動機并車與解列控制系統，主要包括交流、直流拖動系統，基于PLC的自動化控制器和數據采集及顯示系統，其特征在于：其中交流、直流拖動系統采用ABB、SIMENS、EMERSON的變流器作為驅動核心；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，根據建立的自動同步離合器和拖動電機的混合數學模型和控制流程，使控制器具備了并車、解列和功率平穩轉移等控制性能。本發明的有益效果是，具有可根據用戶的使用要求，靈活修改程序，實現多機并車及解列控制的技術優點。與現有類似控制系統相比，它解決了硬特性的電動機通過離合器實現并車及解列控制，填補了國內在該方面研究的技術空白。功率均載控制精度達到0.5％遠高于類似控制系統均載控制精度的1%，且實現了功率轉移時間的可控。
【專利說明】多臺帶自動同步離合器的電動機并車與解列控制系統
[0001]【技術領域】:
本發明涉及自動控制【技術領域】，尤其是指一種多臺帶自動同步離合器的電動機并車與解列控制系統。
[0002]【背景技術】:
目前由于自動同步離合器(以下簡稱離合器)的非線性運轉特性以及電動機的硬特性等原因，所以現有帶離合器的原動機(以下簡稱主機)多為燃機輪機、柴油機或熱力透平機械，輔配多軸并車齒輪箱構成多機并車傳動裝置，缺點是僅實現了各主機之間切換或部分并車控制功能，不具備多臺主機(現最多2臺)的并車及解列控制功能，現有控制系統更沒有實現帶離合器的多臺電動機之間并車及解列控制功能。
[0003]
【發明內容】
:
本發明的目的是提供一種多臺帶自動同步離合器的電動機并車與解列控制系統，實現多臺帶自動同步離合器的電動機之間自動并車、自動解列及功率的可控轉移等關鍵性能，并具備系統參數實時監控、數據存儲、波形回放、報表打印功能。
[0004]本發明的目的是以如下方式實現的:一種多臺帶自動同步離合器的電動機并車與解列控制系統，主要包括交流、直流拖動系統，基于PLC的自動化控制器和數據采集及顯示系統，其特征在于:其中交流、直流拖動系統采用ABB、SIMENS、EMERSON的變流器作為驅動核心；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，根據建立的自動同步離合器和拖動電機的混合數學模型和控制流程，使控制器具備了并車、解列和功率平穩轉移等控制性能；數據采集系統是基于NI數據采集卡和LabVIEW的數據采集與顯示系統；控制器與拖動系統之間通信基于PR0FIBUS總線，控制器和數據采集系統之間通信基于工業以太網，數據采集系統內部采用PXI總線；該發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]該發明控制器軟件流程中主程序流程為，控制系統上電后，控制器自動起動，進行系統自檢，首先硬件檢測，通信網絡內各設備是否工作正常，硬件工作正常后，控制器按照編制好的軟件自檢程序，逐一與系統各設備完成功能性校驗；如若自檢通過，控制器進入到等待控制命令的循環掃描階段，若自檢不通過，提示系統故障信息，并等待故障復位。
[0006]該發明控制器軟件流程中并車控制子程序流程為，①欲實現并車控制，先輸入并車控制信息，如并車轉速，并車后是否同步運行，并車時間等信息；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，實施并車控制。②首先起動第一臺電動機，將轉速升到并車轉速，同時檢測首臺離合器是否已接合；在首臺離合器已接合后，控制第二臺電動機轉速升至并車轉速，檢測第二臺離合器滑環位移，判斷是否滑移到滿足并車控制的要求值；③當第二臺離合器滑環位移滿足并車要求值后，讀取兩臺電機輸出的轉速和扭矩值以及滑環位移值，控制器調用“非線性并車控制函數”控制首臺電機的扭矩輸出，第二臺電機的轉速和扭矩輸出。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，則重新進行第③步，直到完全并車。
[0007]所述的“非線性并車控制函數”依據離合器接合過程中滑環位移與傳扭之間的非線性關系結合交、直流拖動電機傳遞函數編制的。
[0008]該發明控制器軟件流程中解列控制子程序流程為，①欲實現解列控制，先輸入解列控制信息，如解列轉速，解列時間等信息；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，實施解列控制。②首先降兩臺電機轉速降至解列轉速讀取解留電動機離合器滑環位移、兩臺電機輸出的轉速和扭矩值，控制器調用“非線性解列控制函數”控制解留和解出電機的轉速和扭矩輸出，完成解出電機向解留電機的功率轉移控制。④讀取解出離合器滑環位移，判斷解出離合器是否達到完全解列要求，如果不滿足完全解列條件，則重新進行第③步，直到滿足解列條件。⑤停止解出電機。
[0009]所述的“非線性解列控制函數”依據離合器接合過程中滑環位移與傳扭之間的非線性關系、功率轉移函數以及結合交、直流拖動電機傳遞函數編制的。
[0010]本發明的有益效果是:
實現了多臺帶自動同步離合器的電動機之間自動并車、自動解列及功率的可控轉移等關鍵性能，并具備系統參數實時監控、數據存儲、波形回放、報表打印功能。
[0011]達到的技術指標如下:
1、并車時間:3?7秒；
2、解列時間:2?3秒；
3、功率轉移時間'2?30秒；
4、功率均載控制精度:±1%;
5、轉速控制精度:±0.5% ；
6、可并車電機數量:2?8臺。
[0012]該發明具有可根據用戶的使用要求，靈活修改程序，實現多機并車及解列控制的技術優點。與現有類似控制系統相比，它解決了硬特性的電動機通過離合器實現并車及解列控制，填補了國內在該方面研究的技術空白。功率均載控制精度達到0.5%遠高于類似控制系統均載控制精度的1%，且實現了功率轉移時間的可控。
[0013]【專利附圖】
【附圖說明】:
圖1所示整套控制系統的通信網絡；
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所示數據采集系統軟件流程；
圖6所示為多臺帶離合器的電動機并車及解列控制系統框圖；
圖7所示為數據采集系統框圖；
圖8所示為數據的分析、存儲、顯示和模擬輸出部分框圖 【具體實施方式】:
參照附圖，一種多臺帶自動同步離合器的電動機并車與解列控制系統，主要包括交流、直流拖動系統，基于PLC的自動化控制器和數據采集及顯示系統，其特征在于:其中交流、直流拖動系統采用ABB、SIMENS、EMERSON的變流器作為驅動核心；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，根據建立的自動同步離合器和拖動電機的混合數學模型和控制流程，使控制器具備了并車、解列和功率平穩轉移等控制性能；數據采集系統是基于NI數據采集卡和LabVIEW的數據采集與顯示系統；控制器與拖動系統之間通信基于PROFIBUS總線，控制器和數據采集系統之間通信基于工業以太網，數據采集系統內部采用PXI總線；該發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]該發明控制器軟件流程中主程序流程為，控制系統上電后，控制器自動起動，進行系統自檢，首先硬件檢測，通信網絡內各設備是否工作正常，硬件工作正常后，控制器按照編制好的軟件自檢程序，逐一與系統各設備完成功能性校驗；如若自檢通過，控制器進入到等待控制命令的循環掃描階段，若自檢不通過，提示系統故障信息，并等待故障復位。
[0015]該發明控制器軟件流程中并車控制子程序流程為，①欲實現并車控制，先輸入并車控制信息，如并車轉速，并車后是否同步運行，并車時間等信息；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，實施并車控制。②首先起動第一臺電動機，將轉速升到并車轉速，同時檢測首臺離合器是否已接合；在首臺離合器已接合后，控制第二臺電動機轉速升至并車轉速，檢測第二臺離合器滑環位移，判斷是否滑移到滿足并車控制的要求值；③當第二臺離合器滑環位移滿足并車要求值后，讀取兩臺電機輸出的轉速和扭矩值以及滑環位移值，控制器調用“非線性并車控制函數”控制首臺電機的扭矩輸出，第二臺電機的轉速和扭矩輸出。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，則重新進行第③步，直到完全并車。
[0016]所述的“非線性并車控制函數”依據離合器接合過程中滑環位移與傳扭之間的非線性關系結合交、直流拖動電機傳遞函數編制的。
[0017]該發明控制器軟件流程中解列控制子程序流程為，①欲實現解列控制，先輸入解列控制信息，如解列轉速，解列時間等信息；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，實施解列控制。②首先降兩臺電機轉速降至解列轉速讀取解留電動機離合器滑環位移、兩臺電機輸出的轉速和扭矩值，控制器調用“非線性解列控制函數”控制解留和解出電機的轉速和扭矩輸出，完成解出電機向解留電機的功率轉移控制。④讀取解出離合器滑環位移，判斷解出離合器是否達到完全解列要求，如果不滿足完全解列條件，則重新進行第③步，直到滿足解列條件。⑤停止解出電機。
[0018]所述的“非線性解列控制函數”依據離合器接合過程中滑環位移與傳扭之間的非線性關系、功率轉移函數以及結合交、直流拖動電機傳遞函數編制的。
[0019]多臺帶自動冋步尚合器的電動機并車與解列控制系統包括帶尚合器的拖動電機、拖動控制系統(變流裝置系統)、并車及解列控制器、數據采集系統等組成。圖6多臺帶離合器的電動機并車及解列控制系統框圖。圖7數據采集系統框圖。圖8數據的分析、存儲、顯不和模擬輸出部分框圖。
[0020]整個并車過程分為3步:①運行在一電機一測功機模式下，兩臺電動機不存在主從關系。當有并車命令，起動接入電動機，接入電機端自動同步離合器仍處于脫開狀態工作電動機轉速不變，接入電動機轉速升到工作電動機當前轉速，控制接入電動機工作在力矩控制及轉速跟隨工作電機的模式下；此時給定接入電動機轉速比工作電動機轉速高Irpm,接入電動機端同步自動離合器在當前控制模式下,會逐漸接合,并傳遞扭矩；③一旦接入端離合器接合，工作電動機的輸出扭矩會逐漸轉移到接入電動機上，直到兩臺電動機輸出載荷均衡為止，完成并車工作。此刻，工作電動機工作在轉速閉環工作模式下，接入電動機工作在力矩控制模式下。接入電動機的轉速跟隨工作電動機轉速而變化。
[0021]解列過程解列是并車的逆過程:運行在兩電機并車模式下，兩臺電動機工作在主從關系，解留電動機為主機，解出電動機為從機，當有解列命令，設置功率轉移命令，增加解留電機輸出力矩，減少解出電動機輸出力矩，直到解出電動機幾乎處于空載狀態；停止解出電動機并解除主從關系，兩臺電動機產生轉速差后，解出電動機端自動同步離合器脫開，完成解列。
【權利要求】
1.一種多臺帶自動同步離合器的電動機并車與解列控制系統，主要包括交流、直流拖動系統，基于PLC的自動化控制器和數據采集及顯示系統，其特征在于:其中交流、直流拖動系統采用ABB、SIMENS、EMERSON的變流器作為驅動核心；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，根據建立的自動同步離合器和拖動電機的混合數學模型和控制流程，使控制器具備了并車、解列和功率平穩轉移等控制性能；數據采集系統是基于NI數據采集卡和LabVIEW的數據采集與顯示系統；控制器與拖動系統之間通信基于PR0FIBUS總線，控制器和數據采集系統之間通信基于工業以太網，數據采集系統內部采用PXI總線；該發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.根據權利要求1所述的一種多臺帶自動同步離合器的電動機并車與解列控制系統，其特征在于:該發明控制器軟件流程中主程序流程為，控制系統上電后，控制器自動起動，進行系統自檢，首先硬件檢測，通信網絡內各設備是否工作正常，硬件工作正常后，控制器按照編制好的軟件自檢程序，逐一與系統各設備完成功能性校驗；如若自檢通過，控制器進入到等待控制命令的循環掃描階段，若自檢不通過，提示系統故障信息，并等待故障復位。
3.根據權利要求1所述的一種多臺帶自動同步離合器的電動機并車與解列控制系統，其特征在于:該發明控制器軟件流程中并車控制子程序流程為，①欲實現并車控制，先輸入并車控制信息，如并車轉速，并車后是否同步運行，并車時間等信息；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，實施并車控制；②首先起動第一臺電動機，將轉速升到并車轉速，同時檢測首臺離合器是否已接合；在首臺離合器已接合后，控制第二臺電動機轉速升至并車轉速，檢測第二臺離合器滑環位移，判斷是否滑移到滿足并車控制的要求值；③當第二臺離合器滑環位移滿足并車要求值后，讀取兩臺電機輸出的轉速和扭矩值以及滑環位移值，控制器調用“非線性并車控制函數”控制首臺電機的扭矩輸出，第二臺電機的轉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，則重新進行第③步，直到完全并車。
4.根據權利要求1、3所述的一種多臺帶自動同步離合器的電動機并車與解列控制系統，其特征在于:所述的“非線性并車控制函數”依據離合器接合過程中滑環位移與傳扭之間的非線性關系結合交、直流拖動電機傳遞函數編制的。
5.根據權利要求1所述的一種多臺帶自動同步離合器的電動機并車與解列控制系統，其特征在于:該發明控制器軟件流程中解列控制子程序流程為，①欲實現解列控制，先輸入解列控制信息，如解列轉速，解列時間等信息；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，實施解列控制首先降兩臺電機轉速降至解列轉速；③讀取解留電動機離合器滑環位移、兩臺電機輸出的轉速和扭矩值，控制器調用“非線性解列控制函數”控制解留和解出電機的轉速和扭矩輸出，完成解出電機向解留電機的功率轉移控制；④讀取解出離合器滑環位移，判斷解出離合器是否達到完全解列要求，如果不滿足完全解列條件，則重新進行第③步，直到滿足解列條件；⑤停止解出電機。
6.根據權利要求1、5所述的一種多臺帶自動同步離合器的電動機并車與解列控制系統，其特征在于:所述的“非線性解列控制函數”依據離合器接合過程中滑環位移與傳扭之間的非線性關系、功率轉移函數以及結合交、直流拖動電機傳遞函數編制的。
【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 優先權日:2013年12月24日
【發明者】宋大維, 李驚東, 徐宇, 劉琦, 李超 申請人:中國船舶重工集團公司第七 三研究所