机械电子结合软启动装置设计
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作者: 何新庄
摘 要 根据带式输送机对控制系统的要求，制定出了高效可靠的机电一体化软启动控制方案。该装置以传感器作为现场数据检测元件，以可编程控制器作为现场数据的分析处理元件，以微型计算机作为上位机来处理信息、数据的跟踪、采集及记录，以机械软启动控制器作为具体实现装置，并在此基础上对该系统进行了软件的设计、优化。
关键词 机械电子；软启动；设计探究
中图分类号TH122 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）58-0033-02
近些年来，带式传输机凭借其连续、高效、运行可靠及地形适应力强等特点，在冶金、煤炭、采矿、港口、石油等行业中的作用日益凸显，成为了粉散物料高效运输的主要机械设备。我国学者针对带式传输机的工作原理进行了大量的实验研究，然而仍然存在一些如传动效率低、系统结构复杂等问题。尤其是伴随现代工业的高速发展，对带式传输机的要求正逐步向大功率、大运量、大倾角、高带速的方向发展。由于带式传输机经常高负载运行，其启动、运行及停动过程中存在诸多问题，因此，十分有必要研究开发传动效率高、结构及控制系统简单、性能优良、维护方便、安全平稳的机械电子软启动装置控制系统，它可以使带式传输机在高负载情况下实现整个系统的逐步启动，达到平稳运行，安全停动的要求。
1 机械电子软启动控制系统组成
机械电子软启动控制系统总体由上位计算机、变频器、可编程控制器（PLC）等组成，为了实现对控制系统的维护，可将变频器、可编程控制器等统一安装在控制柜内。将异步电动机作为执行机构，最终控制带式传输机。
控制系统以计算机为主，可编程控制器为辅。控制系统软件设计完成后，计算机将控制程序装载到可编程控制器，计算机作为控制主机，主要负责对可编程控制器程序的在线修改、数据采集、处理及控制输出等，而可编程控制器主要负责处理大量循环动作。
2 机械电子软启动控制系统流程
机械电子软启动控制系统流程是指控制系统在收到运行信号后，自动对带式传输机进行的一系列调控，包括带式输送机的启动、运行、验带、软停车等，完全根据用户的设定及要求来实现。要想完成控制系统流程的一系列操作，对控制系统的硬件设计也提出了要求，因此系统选用了高可靠性能的可编程控制器作为控制中心。当控制系统工作时，可编程控制器根据现场传感器检测到的数据进行分析处理，通过控制变频器输出来调控调速电机运转，使其按照设定达到预定转速。之后微型计算机根据可编程控制器的数据分析对现场参数进行跟踪、分析和管理。
机械电子软启动控制系统主要工作流程具体为，当控制系统受到开始命令后，系统首先进行自检，传感器检测数据并传给可编程控制器，之后调节电机分时空载启动，输送机主电机开始做启动准备，当主电机由低速开始运行并按照用户设定曲线开始加速时，机器设备松闸直到主电机开始正常运行，此时机器的冷却系统、润滑系统及电机功率自行检测。当机器负载软停车时，可编程控制器调节变频器的输出频率调节调速电机，通过速度合成使主电机缓慢减速为零，直至系统完全停车时，可编程控制器与主电机断开并切断调速电机的电源，此时系统工作结束。
3 机械电子软启动控制系统软件设计
机械电子软启动控制系统采用了国际领先、可靠性强的可编程控制器作为核心，以微型计算机作为上位机来控制整个系统。在硬件配套设施完善的情况下，就需要根据用户的直接需求，对 可编程控制器和计算机进行软件程序的设定编写，来作为软启动控制系统运行的媒介。软件程序设计的好坏，直接影响着带式输送机工作运行的稳定性、可靠性及效率。
3.1 可编程控制器的程序设计
可编程控制器作为软启动控制系统的核心，其程序设计方案主要是根据控制系统主要功能及控制系统流程图来实现的，采用结构简单、方便直观的梯形图来表示。
3.2 上位机软件系统的程序设计
上位机软件系统的程序设计涉及用户界面设计及数据处理、硬件接口通讯两大部分内容，要想保证机械电子软启动控制系统的良好运作，必须将上位机的用户界面设计和接口通讯两方面完美结合。
当今计算机软件信息技术高速发展，Microsoft Visual Basic软件在大规模通信控制、信息管理系统等方面具有出色的表现，是一款理想的开发工具。而汇编语言程序具有执行速度高、目标代码高效紧凑等特点，在硬件的程序设计中也有着不可替代的作用。因此，机械电子软启动系统的上位机结合以上两款软件的优点，利用Microsoft Visual Basic软件来设计用户界面和数据处理，利用汇编语言程序来设计接口模块，将两者的优点合二为一，从而实现了其他编程软件都无法达到的优化效果。
上位机软件系统的主界面为简单明了的图形界面，包含了控制系统中的常用功能，设置了系统的菜单栏、工具栏、控制栏、数据分析栏、系统状态栏等内容，为用户提供了一个友好、形象、快捷的人机交互环境。
3.3 上位机软件系统流程
机械电子软启动系统中的上位机软件系统主要包括了权限设置、外接程序、帮助系统、远程控制、参数设定、参数检测、网络通讯七大部分。
用户权限设置系统包含了用户权限和系统锁定两部分内容。机械电子软启动控制系统是对机械设备运行中各个环节的有力控制，在运行中对机械设备采取合理有效的控制能够保证机械设备稳定、安全运行。而不合格的操作者或非法操作者将会从根本上对设备的运行造成威胁，甚至会破坏整个生产线从而给企业造成重大损失。因此对上位机软件系统必须加强用户权限设置，保证除了合格的操作人员能够操作系统外，其它任何人都无法破坏系统。
外接程序、帮助系统、远程控制和网络通讯能够为用户使用该系统提供最大的便利，可以及时为用户提供帮助，遇到疑难杂症还可以使用网络通讯或远程控制解决问题，更加人性化。外界系统还包括离线编程、动态仿真及程序下载三部分，使上位机软件系统保持在最新状态。
参数设定系统包括了系统参数设定、技术参数设定和曲线设定三部分内容，通过对各种参数的设定来满足用户对控制系统使用的要求，全方面、多方位的设定可有效保证机械设备的良好运行。
参数检测部分主要包含了状态监测、参数显示、故障诊断、错误报警、工作日志、曲线生成和数据采集七部分功能。通过对设备运行的参数显示和状态监测，可以方便用户根据设备运行情况进行控制。而系统工作日志生成、工作曲线生成和数据采集，可以方便用户对现场采集到的数据进行进一步的分析整理从而为改进系统功能提供数据支持。错误报警系统设置能够让设备运行在某一环节出错后及时向用户发出警示信息，从而让用户及时作出挽救措施，以免造成不必要的损失。故障检测能够对设备运行中的各项指标进行动态跟踪，以便于在第一时间发现故障的发生，从而保证控制系统的平稳可靠运行。
4 结论
在我国产业化高速发展的背景下，大功率传输机械设备的启动控制系统无法满足用户的需求，无法实现真正的软启动控制要求。虽然造价昂贵的CST控制系统能够有效地解决机械设备软启动问题，但其高昂的造价和复杂的结构根本无法适应我国的国情，得不到普及。而机械电子软启动结合装置不仅能够有效解决机械设备的软启动问题，还具有造价低、结构简单、维护方便等特点，真正做到了从用户的实际需求出发，因此它将在我国得到大范围的推广，在我国日后的机械设备运行中起到举足轻重的作用。
参考文献
[1]郑学坚，周斌.微型计算机原理及应用[M].北京：清华大学出版社，2000：35-89.
[2]刘混举，李宝成，等.机械电子式软启动装置控制系统设计[J].太原理工大学学报，2002，33(1)：44-46.
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