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一种运动控制系统和一种运动控制方法
    【技术领域】

    本发明涉及一种控制系统。本发明还涉及一种控制方法。

    背景技术

    煤炭港口的翻车系统包括翻车机、定位机和推车机三大运动机构。它们之间紧密配合，协调动作，共同完成火车的翻卸工作。由于现场的实际需要，对其运动的速度、加速度和定位精度的要求非常高。

    现有技术中，采用了运动控制模块(IMC‑S)负责翻车系统的运动控制。可编程序逻辑控制器(PLC)负责向运动控制模块提供初始位置、速度、加速度和终止位置等数据，运动控制模块根据这些给定数据和增量型编码器反馈的数据，利用自己的算法程序，输出0‑10V电压给变频器，变频器输出交变电压给电动机，从而达到速度可调的目的。同时，运动控制模块将编码器反馈的数据换算成位置数据传送到PLC。

    现有技术的缺点在于，运动控制模块价格昂贵，且内部程序复杂。

    【发明内容】

    本发明的目的在于提供一种能够克服上述缺点的运动控制系统以及一种运动控制方法。

    本发明的运动控制系统包括PLC主机、高速计数模块和模拟量输出模块，其中，高速计数模块与PLC主机电信号连接，模拟量输出模块与PLC主机电信号连接，定位车、推车机和翻车机的编码器连接高速计数模块。

    优选地，所述编码器的A、AN、B、BN输出端分别连接所述高速计数模块的A、AN、B、BN输入端。

    优选地，所述高速计数模块具有4路编码器输入通道，其中三个通道用于定位车、推车机、翻车机的运动控制，并留有一个备用通道，所述模拟量输出模块具有4路模拟量输出通道，每个通道均能够单独组态成±10V、4‑20mA、0‑20mA等输出方式。

    本发明的运动控制方法，包括以下步骤：

    a.定位车、推车机、翻车机的编码器输入高速计数模块；

    b.PLC主机计算出即时速度Vt；

    c.模拟量输出模块将即时速度转化为模拟电压值；

    d.将模拟电压值传送给变频器；

    e.变频器输出交变电压，从而控制速度值。

    优选地，所述即时速度为

     $\mathrm{Vt}=\left\{\begin{array}{cc}\min (\mathrm{Vup},\mathrm{Vdown})& \mathrm{Vdown}>V\min \\ V\min & \mathrm{Vdown}\≤V\min \end{array}\right.$

    其中，Vup为加速阶段即时速度，Vdown为减速阶段即时速度，Vmin为最小速度。

    优选地，Vup＝V0+at

    其中，a为给定加速度，V0为初速度，t为加速时间。

    优选地，Vup＝V0+a*(T4：0.ACC)

    其中，T4：0.ACC为计时器的累计值。

    优选地，$\mathrm{Vdown}=\sqrt{2\mathrm{aS}}$

    其中，a为给定加速度，S为当前位置到目标位置的距离。

    本发明的有益之处在于，系统简单，价格便宜。

    【附图说明】

    为了更好地理解本发明，参考以下附图：

    图1是本发明的运动控制系统的示意图。

    【具体实施方式】

    下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

    本发明的运动控制系统包括PLC主机、高速计数模块和模拟量输出模块。其中，高速计数模块与PLC主机电信号连接，模拟量输出模块与PLC主机电信号连接。高速计数模块拥有4路编码器输入通道，完全满足定位车、推车机、翻车机三个系统的运动控制需要，并留有一个备用通道；模拟量输出模块拥有4路模拟量输出通道，每个通道均能够单独组态成±10V、4‑20mA、0‑20mA等输出方式。

    定位车、推车机、翻车机的编码器连接高速计数模块。具体地，编码器的A、AN、B、BN输出端分别接到高速计数模块的A、AN、B、BN输入端上。这样，高速计数模块就可以判断出定位车行走的方向和位置。然后PLC主机根据设定的控制方法计算出即时速度，并通过模拟量输出模块传送给变频器，变频器输出交变电压，从而控制速度值。其中模拟量输出模块输出的±10V电压包含速度信息和方向信息。

    下面以定位车为例，详细讨论其控制方法：

    定位车的运动分成加速阶段和减速阶段。

    一、加速阶段

    采用下面的公式为依据，进行速度计算：

    Vup＝V0+at

    式中Vup是加速即时速度，V0是初始速度，a是加速度，t是加速时间。

    首先，用预达到的速度值Vpre与初始速度V0的差值除以设定的加速度a得到定位车从静止到设定速度Vpre需要的时间T，即

    T＝(Vpre‑V0)/a

    然后用一个计时器指令(假设为T4：0)从0开始计时，计时器的预置值T4：0.PRE为T，计时器的累计值为T4：0.ACC。由此可得到定位车的加速即时速度Vup，

    Vup＝V0+a*(T4：0.ACC)

    即，随着T4：0.ACC的值从0到T，定位车的速度也会从V0到Vpre，实现了速度以加速度a匀速增加。

    二、减速阶段

    在定位车逐渐接近目标位置时，定位车必须逐渐减速直至停止。由于定位车的速度的实际输出值与给定值存在误差，所以这个阶段不能像加速阶段那样使用与时间相关的控制方式，必须使用与到达目标位置相差的距离相关的控制方式。可用以下公式来确定定位车的即时速度：

    Vdown²‑V0²＝2aS

    式中Vdown为减速即时速度，因为到达目标位置定位车必须停止，所以V0为0，a为定位车减速时的加速度值，S为定位车现在的位置到目标位置的距离。则Vdown为2aS的开方值。

    这样随着定位车距离目标位置的不断减小，定位车的速度也就越来越小。另外，如果严格按照上述的减速阶段的结果输出，那么当定位车在非常接近目标位置时，速度将会变的非常小，大大影响作业效率，有时甚至到达不了目标位置，为了防止这种情况的发生，我们设定定位车的最小速度为某一个固定值Vmin，当计算的结果小于这个值时，定位车以这个最小值行走，当到达目标位置后，速度变为0。

    对于定位车的实际即时速度输出Vt，应对比加速阶段的即时速度Vup和减速阶段的速度Vdown，然后取两者的小者作为定位车实际的速度输出。这一点非常重要，因为在实际运行中，很可能发生定位车正在加速时，距离目标位置已经很近，定位车必须减速。

    最后，组态PLC模拟量模块的输出，当定位车的前行速度最大时，设置输出值为10V，当定位车返回速度最大时，设置输出为‑10V。

    利用这种方案，可实现了系统的定位精度在±3mm，完全满足现场工况，并且系统简单，价格便宜。

    上述实施例仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此，所有等同的技术方案也应属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由各权利要求限定。