发动机转速精确控制的一种实现方式

王刚　张志强

摘要：本文介绍了一种以可编程控制器（PLC）作为主控制平台，通过硬件及软件的合理设计，实现发动机转速精确控制的方案。该方案具有稳定性高、适应性强、成本低等优点，经实际调试，完全能满足控制精度要求。

Abstract： This article introduced a way to realize precise control of engine speed through reasonable design of hardware and software which takes PLC as the master control platform. This plan has high stability， strong compatibility and low cost. After actual debugging， it can definitely satisfy the control precision request.

关键词：PLC；发动机；转速；控制

Key words： PLC；engine；speed；control

中图分类号：U464 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）30-0064-02

0 引言

随着电力线路大截面导线的应用，导线展放施工牵引力越来越大，要想实现导线一次同步展放，必须采用“二牵八放线施工工艺”。“二牵八”方案的核心技术就是要求两台牵引机牵引速度的同步，而牵引速度的同步是在发动机转速相对可控的基础上实现的。下面作者根据“二牵八”项目研制的工程实践，介绍一种利用可编程控制器（以下简称PLC）实现的发动机转速精确控制方法。

1 硬件的选择与电路设计

转速控制在硬件上主要由转速传感器、PLC、固态继电器组、油门驱动器等组成，见图1。其中转速传感器用来感应轮齿信号；PLC用来计算速度，并根据程序发出转速控制信号；固态继电器组是将PLC发出的转速控制信号放大并转换为可驱动执行机构的电气元件；油门驱动器根据固态继电器组发出的电流信号驱动油门拉杆。现将以上各件的特点分别介绍如下：

1.1 转速传感器

主要功能是轮齿计数，这里采用的是高频霍尔转速传感器，在飞轮壳体上安装，体积小、结构简单、无触点。每过一个齿发出一个方波计数脉冲，供智能元件读取。

1.2 PLC

智能元件，是本系统的控制中心。本项目选用的是西门子公司的s7-200系列CPU 224型PLC，该机具有高速计数和高速脉冲输出功能，能够满足飞轮转速频率要求。并且可以与上位机组成PLC网络，实现远程通讯，以及工业组态。

1.3 固态继电器组

在硬件方面，最关键的元件是继电器，继电器既可实现电气隔离又可实现信号放大。本系统要实现油门驱动器反应快速、动作频繁、小行程量，这就要求继电器要承受频繁快速的通断。本系统选用的是固态继电器（SSR），它与电磁继电器（EMR）相比具有寿命长、可靠性高、切换速度快（几ms，EMR 20ms以上）、电磁干扰小、无噪声、无火花等特点。图1中的固态继电器组接线如图2所示。

1.4 油门驱动

牵引机使用的是康明斯发动机，本项目选择线性油门驱动器控制转速。如图3所示油门驱动器为电子驱动方式，该电子油门驱动器具有独特的开关驱动-比例调节行程、简单便捷的特点广泛取代原柴油发动机的手动机械连杆驱动方式。24VDC电机线性驱动器安装简单、拉力大、简捷高效、成本低廉。

2 程序设计

2.1 系统控制的具体程序工作过程

①利用远程通信功能读取远端操作台传来的预期转速信号（可调电阻的值）。

②利用高速计数器HSC2端口I0.6读取传感器的方波脉冲，利用内部定时器及飞轮齿数计算成转速值。

③实际转速与预期转速相比较。

④根据比较结果，在高速脉冲输出端Q0.0和Q0.1输出相应脉冲信号以调整油门驱动器的位置。

以上控制流程图如图4所示。

2.2 有关程序说明

为加快调整速度，加减油脉冲的施加均可分级实现，当转速差较大时，加长脉冲（如5ms），转速差较小时，加短脉冲（如1ms）。脉冲信号通过闪烁电路实现，通过调整脉冲“占”、“空”比，可以控制调整的稳定性，当振荡增大时可调高“空”的时间，当稳定性较好时可降低“空”的时间，本程序“空”的时间为8-13ms，转速控制程序代码如图5所示（vw172的值即转速计算部分较通用，这里不再说明）。

3 结论

经过以上硬件及软件设计实施，并安装调试后，实测发动机转速能够达到所需精度（±10RPM），且反应迅速（3秒内实现）。从而证明利用可编程控制器经过精确设计可以实现发动机转速精确控制。

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