工矿机车GK1F、GK1C柴油机调速控制

李兆林

【摘 要】本文以三菱PLC移位SFTR指令作为步进电机控制的核心，设计了简洁、清晰、柔性、可靠的梯形图，满足了柴油机调速的控制要求。

【关键词】SFTR指令；步进电机；梯形图

0 前言

工矿机车GK1F柴油机调速控制方式采用的是操作风缸，涉及电风转换，故障点多；GK1C柴油机调速控制方式采用无级调速驱动器，增加了成本且故障点也多。如直接对步进电机编程驱动，可减少中间环节，达到更好的效果。

1 调速程序设计思路

1.1 柴油机调速控制的要求

内燃机车柴油机调速器采用的是70BC340DA三相步进电机，运行工作方式是三相双三拍。

（1）柴油机升降转速方向控制。即步进电机转向控制：正转顺序AB-BC-CA；反转顺序BA-AC-CB。

（2）柴油机转速变化快慢控制。即步进电机步距角的行进速度。

1.2 调速程序框

根据上述控制要求，可作出柴油机调速控制（步进电机）运行时的程序框。可将程序分成三个方面设计。

（1）步进电机的运行条件。

（2）步进电机的步进控制。

（3）A、B、C三相绕组输出对象的控制。

2 调速梯形图程序设计

2.1 输入﹨输出（I﹨O）编址

控制步进电机的各输入开关量及控制A、B、C三相绕组工作的输出端在PLC中的I/O编址如表1所示：

2.2 步进电机运行逻辑

以柴油机运行条件及司控器触点逻辑（表2），制定出步进电机运行逻辑条件（表3）

内燃机司控器采用的是TKS手柄式控制器，共5个位置，即“0”、“1”、“降”、“保”、“升”

其触点对应的逻辑关系如下（表2）：

2.3 移位程序设计

采用三菱PLC移位SFTR指令，按照三相双三拍的步进顺序控制，用组合位元件K1M0组成移位内部继电器，其初值赋予K8，真值表如表4。

移位指令启动条件，用定时器T246每隔10ms，产生一个脉冲移位信号，向右移动1位，步进电机转动一个步距角（一拍），完成三次（三拍）后，立即对K1M0赋初值。

根据移位内部继电器输出状态作出步进电机的正反转状态真值表，如表5所示，可得出三相绕组的控制逻辑关系式：

正转：

A相：Y0=M3+M1

B相：Y1=M3+M2

C相：Y2=M2+M1

反转：

A相：Y0=M3+M1

B相：Y1=M2+M1

C相：Y2=M3+M2

2.4 梯形图程序

根据以上分析，即可写出调速梯形图程序如下：

其中：

（1）0-13步为步进电机的运行条件。

（2）18-34步为步进电机的步进控制。

（3）44-55步为步进电机的输出控制。

2.5 梯形图程序柔性化

本程序结构简洁，逻辑清晰，而且非常容易修改。内燃机车装载的柴油机有济柴的12V190ZJ系列调速器，有6240ZJ系列的柴油机。装载的柴油机不同，升降转速快慢要求不一样，可以通过调整程序里面的T246的定时时间（即脉冲产生的周期），改变每步距角的时间，即可改变升降转速的快慢。

本次采用的步进电机工作方式是三相双三拍的运行模式，可以更改成三相六拍的工作模式，只需把位组合元件改成K2M0，初值赋K64，其他程序按照以上的思路更改即可。

2.6 plc扫描周期的影响

本文采用的三菱FX2N系列PLC运行速度快，扫描周期短。经调试，本程序扫描周期为1-2ms，而程序产生的定时脉冲时间为10ms，远大于PLC的扫描周期。经试验，步进电机工作平稳、无丢步、滞后现象。

3 结束语

本设计是用PLC直接控制步进电机，减少了故障点，节省了中间环节的成本，保证了柴油机调速的平稳可靠。还可根据柴油机的特点，改变步进电机的步进速度，匹配不同柴油机升降转速。

[责任编辑：汤静]