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摘要：经济发展的方方面面都离不开机械电子行业，虽然机械电子业的迅猛发展取得了可喜的成绩． 但是随着经济转型升级的深入， 机械电子行业的发展面临诸多现实问题与瓶颈，在此笔者主要对机械电子软起动相关技术应用问题进行了浅析。
关键词：软启动；原理；控制系统
Abstract: all aspects of economic development is inseparable from the mechanical and electronic industry, although the rapid development of mechanical electronics industry has made gratifying achievements. But along with the economic transformation and upgrade of thorough, mechanical and electronic industry faces many problems and bottleneck, the author mainly in the soft start to mechanical and electronic technology related to the application of shallow problems.
Keywords: soft start; Principle; Control system
中图分类号：U264.91+1文献标识码： A 文章编号：
引言
机械电子系统的概念，机械电子系统就是将机械学、 电子学、 信息技术、 计算机技术、 控制技术等有机融合而形成的一门综合性的系统。机械电子系统是由日本的一位学者提出来的，它包含了技术和产品两个方面的内容：机电一体化技术就是指技术基础、 技术原理在内的、 使机电一体化产品或系统得到实现 、 使用和发展的技术。而机电一体化产品是指采用机电一体化技术． 产品的机械系统与微电子系统相互置换或有机结合而构成新的系统、 且赋予其新的功能和性能的新一代产品。可以说无论从哪个角度说机械电子系统都不是单一的一个技术或系统 ， 而是多个学科、 领域组成的多层次的、 多种类的系统集成。它被广泛应用于各类机电产品的研发、 设计和制造工作。机械电子行业主要包括发展电子信息产业 、 机械和机电融合先进制造业、 发展节能环保产业和发展优势特色装备产业等行业 。 机械电子产品已经渗透到我们日常工作生活的每一个角落，经济发展的方方面面都离不开机械电子的影子。
1软起动装置组成
机械电子式软起动装置由机械传动系统与控制系统两部分组成。机械传动系统由主电机、调速电机和差动轮系等构成；控制系统由计算机、可编程序控制器、变频器等组成。该装置系统如图1所示。
图1机械电子软起动装置系统框图
2机械电子式软起动装置工作原理
传动系统原理如图2所示，主要由差动行星轮减速机构、蜗轮蜗杆机构组成。主电机9
用于驱动差动行星齿轮减速机构，以便驱动负载。在起动、停车的过程中，通过对调速电机8的转速进行控制，使差动行星机构差动传动，达到对输出轴无级调速的目的。
图2中主电机9的输出轴与行星齿轮传动机构的输入轴a相连，将驱动力输入行星传动机构。输入轴a的另一端连接齿轮1，通过齿轮2与中心轮3的输入轴b相连，中心轮3经行星轮4和内齿圈5驱动行星架H，通过输出轴C将动力输出。调速电机8为小功率电机，经过蜗轮蜗杆传动，起控制速度(速度合成)的作用，用于控制内齿圈5的转速，并通过对内齿圈5的转速控制，最终实现对输出轴的转速控制，其功率主要消耗在软起动和软停车过程中对差动的内齿圈的速度控制上。在设计过程中，蜗杆设计为单头蜗杆。在调速电机起动后，通过蜗轮蜗杆正行程实现减速，带动轮系的其它元件转动。在运动的控制端，由于系统选用螺旋升角远小于摩擦角的传动，在主电机传动过程中，蜗轮为主动构件，不能使从动的蜗杆回转，机构出现自锁，调速电机不转动。利用蜗轮蜗杆反行程出现自锁，达到控制调速电机随时起停的目的。反行程具有的自锁特性常用于重型机械的起动过程，以达到安全可靠的目的。预起动时，首先通过PLC与变频器之间的通信启动调速电机，此时机械电子式软起动装置是一个单输入(内齿圈5)双输出(中心轮3和行星架H)的两自由度机构。由于减速器输出轴上的负载通常远大于与主电机输入轴相连的惯性负载，来自调速电机的动力无法驱动行星架转动，使得传动系统实际上成为一个行星架H不動的定轴轮系。调速电机的动力经蜗轮蜗杆机构和齿轮传动机构将驱动主电机的转子转动，并使其逐步达到主电机的预期转速如空载转速。此后，控制系统接通主电机的电源，主电机的转子转速已达到预期值，不需再对主电机的转子进行加速，故在接通主电机电源后，主电机启动电流非常小(理论上为零)，主电机实现空载起动。这时，主电机和调速电机均处于空载工作状态，传动系统成为一个行星架(输出轴)转速为零的差动行星轮系。
图2机械传动系统原理图
主电机空载起动完成后，通过控制变频器的输出频率，使调速电机按照预设曲线缓慢减速，通过蜗轮蜗杆传动，调节内齿圈5的转速，将来自主电机的动力逐渐施加到与输出轴相连的机械设备上，随着调速电机的速度的降低，减速器输出轴的转速以所要求的速度曲线平稳输出，最终达到额定工作速度。通过主电机与调速电机的速度合成，该传动系统可以在相当大的范围内实现无级调速，并能长期稳定地工作在低速状态之下，同时使主电机的起动电流和输送带的起动张力控制在允许范围内，从而实现系统的软起动。
3控制系统
（1）结构组成
控制系统的结构由上位计算机、变频器、可编程控制器(PLC)等组成，如图3所示。为了实现对工作仪器的保护，将变频器、可编程控制器、传感器等安装在控制柜内。执行机构为异步电动机、差动行星减速机构，控制对象为带式输送机。控制系统在结构上为主从式二级控制，其中计算机为主，PLC为从。在完成控制系统的软件设计后，计算机通过与PLC之间的通讯将控制程序下装至PLC。计算机作为工业控制主机，担负着对PLC程序的在线修改、信号采集、数据记录与处理和控制输出等任务，而大量的循序动作的处理则交由PLC处理。
图3机械电子式软起动装置的控制系统框图
(2)控制系统原理
控制系统工作时，PLC得电启动，在启动调速电机的过程中，PLC通过控制变频器的输出频率来控制调速电机转速，使其按照设定升速规律达到预定转速。在其达到预定转速后，PLC通过接触器接通主电机电源，主电机启动，由于差动轮系的速度合成，负载端无输出。当负载起动时在PLC的控制下调速电机按设定规律减速，负载缓慢输出直至达到工作转速。负载软停车时，PLC控制变频器的输出频率使调速电机按设定曲线加速，主电机继续按额定转速工作，通过速度合成，负载缓慢递减为零。当系统完全停车时，PLC将与主电机相连接触器断开，主电机停止，然后切断调速电机的电源，系统完全停车。
4控制系统数学模型
以主电机的输出轴为研究对象时，根据其力矩平衡方程：
Jeqw+beqw+Ktl=Tm
式中：．K—负载扭矩传递系数，
由拉普拉斯变换可得：Tm(s)-LTL-beqw(s)=Jeqsw(s)
式中：Tm(s)—为电动机的输出转矩；TL负载转矩。
5结束语
(1)系统的动态响应速度快，能较准确反映电机输出的特性。
(2)建立了带式输送机与差动轮系作为控制对象的数学模型，基本反映负载的输出特性。
(3)该装置可实现主电机的空载启动；差动轮系的速度合成可以实现负载的软起动与软停车。
关键词：软启动；原理；控制系统
Abstract: all aspects of economic development is inseparable from the mechanical and electronic industry, although the rapid development of mechanical electronics industry has made gratifying achievements. But along with the economic transformation and upgrade of thorough, mechanical and electronic industry faces many problems and bottleneck, the author mainly in the soft start to mechanical and electronic technology related to the application of shallow problems.
Keywords: soft start; Principle; Control system
中图分类号：U264.91+1文献标识码： A 文章编号：
引言
机械电子系统的概念，机械电子系统就是将机械学、 电子学、 信息技术、 计算机技术、 控制技术等有机融合而形成的一门综合性的系统。机械电子系统是由日本的一位学者提出来的，它包含了技术和产品两个方面的内容：机电一体化技术就是指技术基础、 技术原理在内的、 使机电一体化产品或系统得到实现 、 使用和发展的技术。而机电一体化产品是指采用机电一体化技术． 产品的机械系统与微电子系统相互置换或有机结合而构成新的系统、 且赋予其新的功能和性能的新一代产品。可以说无论从哪个角度说机械电子系统都不是单一的一个技术或系统 ， 而是多个学科、 领域组成的多层次的、 多种类的系统集成。它被广泛应用于各类机电产品的研发、 设计和制造工作。机械电子行业主要包括发展电子信息产业 、 机械和机电融合先进制造业、 发展节能环保产业和发展优势特色装备产业等行业 。 机械电子产品已经渗透到我们日常工作生活的每一个角落，经济发展的方方面面都离不开机械电子的影子。
1软起动装置组成
机械电子式软起动装置由机械传动系统与控制系统两部分组成。机械传动系统由主电机、调速电机和差动轮系等构成；控制系统由计算机、可编程序控制器、变频器等组成。该装置系统如图1所示。
图1机械电子软起动装置系统框图
2机械电子式软起动装置工作原理
传动系统原理如图2所示，主要由差动行星轮减速机构、蜗轮蜗杆机构组成。主电机9
用于驱动差动行星齿轮减速机构，以便驱动负载。在起动、停车的过程中，通过对调速电机8的转速进行控制，使差动行星机构差动传动，达到对输出轴无级调速的目的。
图2中主电机9的输出轴与行星齿轮传动机构的输入轴a相连，将驱动力输入行星传动机构。输入轴a的另一端连接齿轮1，通过齿轮2与中心轮3的输入轴b相连，中心轮3经行星轮4和内齿圈5驱动行星架H，通过输出轴C将动力输出。调速电机8为小功率电机，经过蜗轮蜗杆传动，起控制速度(速度合成)的作用，用于控制内齿圈5的转速，并通过对内齿圈5的转速控制，最终实现对输出轴的转速控制，其功率主要消耗在软起动和软停车过程中对差动的内齿圈的速度控制上。在设计过程中，蜗杆设计为单头蜗杆。在调速电机起动后，通过蜗轮蜗杆正行程实现减速，带动轮系的其它元件转动。在运动的控制端，由于系统选用螺旋升角远小于摩擦角的传动，在主电机传动过程中，蜗轮为主动构件，不能使从动的蜗杆回转，机构出现自锁，调速电机不转动。利用蜗轮蜗杆反行程出现自锁，达到控制调速电机随时起停的目的。反行程具有的自锁特性常用于重型机械的起动过程，以达到安全可靠的目的。预起动时，首先通过PLC与变频器之间的通信启动调速电机，此时机械电子式软起动装置是一个单输入(内齿圈5)双输出(中心轮3和行星架H)的两自由度机构。由于减速器输出轴上的负载通常远大于与主电机输入轴相连的惯性负载，来自调速电机的动力无法驱动行星架转动，使得传动系统实际上成为一个行星架H不動的定轴轮系。调速电机的动力经蜗轮蜗杆机构和齿轮传动机构将驱动主电机的转子转动，并使其逐步达到主电机的预期转速如空载转速。此后，控制系统接通主电机的电源，主电机的转子转速已达到预期值，不需再对主电机的转子进行加速，故在接通主电机电源后，主电机启动电流非常小(理论上为零)，主电机实现空载起动。这时，主电机和调速电机均处于空载工作状态，传动系统成为一个行星架(输出轴)转速为零的差动行星轮系。
图2机械传动系统原理图
主电机空载起动完成后，通过控制变频器的输出频率，使调速电机按照预设曲线缓慢减速，通过蜗轮蜗杆传动，调节内齿圈5的转速，将来自主电机的动力逐渐施加到与输出轴相连的机械设备上，随着调速电机的速度的降低，减速器输出轴的转速以所要求的速度曲线平稳输出，最终达到额定工作速度。通过主电机与调速电机的速度合成，该传动系统可以在相当大的范围内实现无级调速，并能长期稳定地工作在低速状态之下，同时使主电机的起动电流和输送带的起动张力控制在允许范围内，从而实现系统的软起动。
3控制系统
（1）结构组成
控制系统的结构由上位计算机、变频器、可编程控制器(PLC)等组成，如图3所示。为了实现对工作仪器的保护，将变频器、可编程控制器、传感器等安装在控制柜内。执行机构为异步电动机、差动行星减速机构，控制对象为带式输送机。控制系统在结构上为主从式二级控制，其中计算机为主，PLC为从。在完成控制系统的软件设计后，计算机通过与PLC之间的通讯将控制程序下装至PLC。计算机作为工业控制主机，担负着对PLC程序的在线修改、信号采集、数据记录与处理和控制输出等任务，而大量的循序动作的处理则交由PLC处理。
图3机械电子式软起动装置的控制系统框图
(2)控制系统原理
控制系统工作时，PLC得电启动，在启动调速电机的过程中，PLC通过控制变频器的输出频率来控制调速电机转速，使其按照设定升速规律达到预定转速。在其达到预定转速后，PLC通过接触器接通主电机电源，主电机启动，由于差动轮系的速度合成，负载端无输出。当负载起动时在PLC的控制下调速电机按设定规律减速，负载缓慢输出直至达到工作转速。负载软停车时，PLC控制变频器的输出频率使调速电机按设定曲线加速，主电机继续按额定转速工作，通过速度合成，负载缓慢递减为零。当系统完全停车时，PLC将与主电机相连接触器断开，主电机停止，然后切断调速电机的电源，系统完全停车。
4控制系统数学模型
以主电机的输出轴为研究对象时，根据其力矩平衡方程：
Jeqw+beqw+Ktl=Tm
式中：．K—负载扭矩传递系数，
由拉普拉斯变换可得：Tm(s)-LTL-beqw(s)=Jeqsw(s)
式中：Tm(s)—为电动机的输出转矩；TL负载转矩。
5结束语
(1)系统的动态响应速度快，能较准确反映电机输出的特性。
(2)建立了带式输送机与差动轮系作为控制对象的数学模型，基本反映负载的输出特性。
(3)该装置可实现主电机的空载启动；差动轮系的速度合成可以实现负载的软起动与软停车。