基于PLC的轉(zhuǎn)速測試裝置的設(shè)計

摘 要：設(shè)計了一種基于PLC的轉(zhuǎn)速測試裝置，介紹了裝置的設(shè)計原理、硬件組成和人機交互界面。實驗結(jié)果表明，該裝置可以對轉(zhuǎn)速進行實時地測量，并可提高測量的精度。該裝置性能穩(wěn)定，開發(fā)周期短，具有極大的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：PLC 轉(zhuǎn)速測量 人機交互

中圖分類號：TP302 文獻標識碼：B 文章編號：1672-3791（2013）01（a）-0074-01

在許多領(lǐng)域中，轉(zhuǎn)速的測量相當重要。傳統(tǒng)速度的測量一般采用測頻率法、測周期法[1]，當速度傳感器的輸出信號為10～100 Hz的頻率信號且頻率變化范圍較大時，傳統(tǒng)測速裝置存在精度比較低的缺點[2]。本裝置采用多周期測評法，并且給出了用PLC實現(xiàn)速度的測量的具體方案，以及利用該裝置進行測量的實際結(jié)果。

1 測試原理

轉(zhuǎn)速就是轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)速度，嚴格講是圓周運動的瞬時角速度，在機械行業(yè)中，對機械設(shè)備的轉(zhuǎn)速測量，通常采用平均速度的測量方法。轉(zhuǎn)速測量的方法很多，所用的轉(zhuǎn)速傳感器的種類也有多種，根據(jù)測量信號可分為模擬和數(shù)字式，根據(jù)傳感器的安裝方式可分為接觸式和非接觸式，根據(jù)傳感器的類別可分為磁電、磁敏、光電、霍爾等方式。

本裝置的測量方法采用的是多周期測頻法。

多周期測頻法是同時測量檢測時間及在此檢測時間內(nèi)脈沖發(fā)生器發(fā)送的脈沖數(shù)來確定被測轉(zhuǎn)速。設(shè)檢測時間T1為被測信號的m1個周期，計數(shù)時鐘脈沖數(shù)為m2，其中m1由測量準確度來確定。當達到檢測時間T1后，時鐘脈沖計數(shù)器終止，并由此計數(shù)器值來確定檢測時間T1。如果發(fā)動機每轉(zhuǎn)1圈脈沖發(fā)生器發(fā)出z1個脈沖，在時間T1內(nèi)計數(shù)值為m1，則角位移X=2πm1/z1。同時，考慮在檢測時間T1內(nèi)由計數(shù)頻率f0來定時，且計數(shù)值為m2，則檢測時間T1可表示為T1=m2/f0，被測轉(zhuǎn)速n為：

可以得到，多周期測頻法相對誤差δ為：

由上式可知，多周期測頻法的相對誤差δ與轉(zhuǎn)速無關(guān)，增大f0或T1可提高測量精度。

2 系統(tǒng)設(shè)計

如圖1所示，轉(zhuǎn)速測量裝置由傳感器、PLC和人機控制器MCGS組成。裝置為傳感器提供工作所需的電壓，傳感器輸出的脈沖信號輸入到PLC的脈沖計數(shù)端口，PLC完成脈沖的技術(shù)，再根據(jù)公式算出轉(zhuǎn)速數(shù)值，通過MCGS顯示該數(shù)值，以及繪制轉(zhuǎn)速的曲線圖。

2.1 硬件設(shè)計

傳感器選用的是霍爾式測速傳感器?；魻栐且环N磁敏感元件，它0jX7Zft8x/OdUyE2Ixe8hkhfCl22B+7JjHbnjxBANME=與施密特電路集成在同一塊硅片上做成的磁控開關(guān)型電子器件，具有很高的響應(yīng)頻率、優(yōu)良的波形特性（輸出脈沖為矩形波）和很高測量精度[3]。實驗驗證在（1～80000）r/min量程內(nèi)達到1×10-5以上的測速相對擴展不確定度，因此可用于轉(zhuǎn)速量值傳遞和高精度轉(zhuǎn)速測量中。

控制單元選用的歐姆龍的CP1H-XA40DT-D型可編程邏輯控制器[4]。該控制器內(nèi)置輸入24點/輸出16點，可實現(xiàn)高速計數(shù)器4軸，脈沖輸出4軸。通過安裝選件板，可以實現(xiàn)RS-232C通信或RS-422A/485通信，可以連接條碼閱讀器等。

觸摸屏采用的是昆侖通態(tài)的TPC7 062KX高性能嵌入式一體化觸摸屏。該觸摸屏采用了7英寸的高亮度TFT液晶顯示器，分辨率800×600。通過RS232和可編程控制器通信，實時刷新速度曲線和速度值。

2.2 軟件設(shè)計

程序流程圖如圖2所示。

可編程控制器接收到觸摸屏的開始測量的命令后，加載系統(tǒng)設(shè)置的相關(guān)參數(shù)，在指定時間對脈沖進行計數(shù)，根據(jù)多周期測頻法計算轉(zhuǎn)速數(shù)值。觸摸屏實時顯示速度值和速度曲線。

3 實驗及結(jié)果分析

本裝置完成設(shè)計后，進行了大量的數(shù)據(jù)測試，本文選取部分數(shù)據(jù)進行介紹，如表1所示。

實驗結(jié)果表明，該裝置可具有測量精度高、測量范圍大等優(yōu)點，適用于轉(zhuǎn)速測量。

4 結(jié)論

多周期同步測頻法能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的測量。利用該方法設(shè)計的轉(zhuǎn)速測試裝置，能夠充分發(fā)揮PLC控制器的編程簡單、抗干擾能力強、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，可實現(xiàn)高精度測量。同時，人機交互界面可以實時刷新轉(zhuǎn)速的曲線圖和實時值，具有操作簡單等優(yōu)點。經(jīng)實驗表明，該裝置可以用于大部分轉(zhuǎn)速測量工作中，能夠取得較高的令人滿意的測量結(jié)果。

參考文獻

[1]許善珍，魏民祥.發(fā)動機瞬時轉(zhuǎn)速測量方法及實驗研究[J].汽車技術(shù)，2011，10： 49-52.

[2]陳凌峰，盧青春，魏紅軍，等.多周期同步測頻法車速測量系統(tǒng)開發(fā)[J].微計算機信息，2009，8：273-274.

[3]葉振洲，林峰，邵建文.汽車側(cè)滑檢驗臺自動檢定裝置[J].科技資訊，2011，20：42.

[4]葉煒.基于歐姆龍CPIH型PLC的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的設(shè)計與調(diào)試[J].變頻器世界，2009，12：92-94.