陈先鸿
（安徽省产品质量监督检验研究院，安徽合肥230601）
摘要：当前时期，PLC（可编程逻辑控制器）作为工业中重要的控制装置，提供给自动化控制相对安全且健全的控制途径。电机转速的精准检测和显示非常关键，已经变成当前工业自动化中不可或缺的部分。本文简要剖析了可以得到可靠性高，还可以减少运行成本的电机速度检测与显示新方式，力求为今后的相关工作提供参照。
关键词：PLC；转速检测；数字显示
前言
原有的测速和显示方式要安装特殊的电子设备，通常其存在安装成本花费较大，检测精度与可靠性不足、检测环节相对繁杂的问题。基于工业生产条件下可靠性较高的特征，实行主要程序设计，能够满足电机转速检测与显示要求。此举不仅可以提升电机速度检测与显示可靠性，还可以减少检测成本，属于一类相对合理的数字检测与显示模式。
1测速与数据传输变换原理
数字检测过程中，转动脉冲发生器是电机转速或者转角测量的设备。其和电动机同轴相连，电动机工作的时候，转动脉冲发生器一同转动，则产生转速信号。转动脉冲发生器属于一类利用光电转化把输出轴的位移量转化为数字量的器件。通过光电编码器检测电机速度的方式有很多，此处应用测频方式。样本采集时间T之内收到脉冲数目为K，进而计算期间内电机的平均转速，通常称作M法速度检测方式，那么电动机的转速n（转/分钟）公式可以写成：
N=k/tz （1）
式中，n表示电动机转速，Z表示电动机转动每圈编码器发出的脉冲数目。
电动机速度检测成效通常由电动机转动每圈编码器发出的脉冲数目、加工精准度以及安装精准度来决定。当电动机转动每圈编码器发出的脉冲数目比较都的时候适宜选取M测速法。 M测速法的电机速度测量量化误差1/M，这个量化误差取决于加工精准度和输出脉冲前沿以及速度检测时间内的样本采集脉冲前沿差异的因素，最多是一个脉冲的偏差。基于测速时间、脉冲数量以及频率彼此的联系，信号输出属于周期脉冲，单位时间的脉冲数量=频率f：
f=K/T （2）
2硬件构成和运行原理
该系统对之前的控制PLC装置（采用三菱PLC- FX2N举例，其包含了2个晶体管输出端、1个高速输入端）加装电动机转速信号检测器件、电动机转速显示器件所构成的硬件。转速信号检测器件以内藏于客户机器，小型的放大器内藏式光电开关与光电码盘共同构成。电动机转速显示器件以十进制计数器芯片、七段译码器、译码器显示电路所构成，能够正常显示出0000-9999以内的数值。该系统的运行原理就是光电码盘把电动机转速转化为脉冲信号，光电素子形成光源且吸取通过光电码盘之后的脉冲信号，传输给PLC输入端口，时间T以内，进行程序计算脉冲数量，通过两线串行传送模式，驱动信号输出脉冲与时钟脉冲信号输出，把程序内的信号输送到特定的显示区域，通过子程序驱动把2个输出端输送到PLC程序的外界显示器件，就能够同一时间满足多位数显示的标准要求，更改显示程序的参变量，提升时钟脉冲信号的输出量，能够有效发挥多表与多位数数据的显示功能。
3基于PLC的电机速度检测与显示程序设计
为了有效发挥PLC程序优化和电机测速和显示的高效性和稳定性，在符合之前各项功能的基础上，该PLC程序计划分成参变量初始化、数据收集与数据样本采集、数据计算、驱动信号输出、脉冲信号的数频转换、位移输出以及数据循环显示几个部分。
3.1电动机转速检测的硬件程序设计
选取一台交流电动机为测速电动机对象。电动机的规格为Y225M-4-45千瓦，电动机的额定电压为380伏特，电动机额定电流为84.2安培，频率为50赫兹，电动机额定转速为1420转/分钟。PLC选择德国西门子公司生产的CPU226CN型号，变频器型号为三菱FRN-5OOO-GIIS型号，选取日本富士集团制造的变频器（VFD），把VFD的U、W、V三相接口和电动机连接，之后驱动电动机。采用奥托尼克斯企业制造的编码器，规格为E40S6-360-3-1-240旋转编码器，把编码器和电动机同轴连接，电动机每转一圈，则编码器能够形成360个脉冲信号，为了尽可能降低检测偏差，需在电动机在额定工作情况下检测电动机的转速。PLC程序S7-226输入电压为24伏特。选取I0.0为高速计数器的输入端。电动机测速程序硬件设计如下图1。
图1 电动机测速程序硬件设计
3.2电动机转速检测的软件程序设计
采用M测速法，需首先明确时间间隔T，编码器形成的脉冲数量K，之后基于式（1）运算电动机转速。优先采用第一次扫描为1的存储器字节状态位SM=0.1，选用子程序内的SBR-0与SBR-1。采用SBR-0定义1的定时断开，断开情况编号10，且把断开情况和断开程序连接。存储器的字节SMB-34以定义断开的间隔，自1-255毫秒，1毫秒作为增量。由于到编码器分辨率和电动机的额定转速，选取20毫秒作为定时断开0的T间隔，此举一方面确保了电动机速度检测结果的精准性，另一方面确保了电动机转速检测的时效性。SBR-1用来初始化硬件高速计数器。存储器SMB-37以存储器SMD-38主要用以监测与管控高速计数器的动作。利用分配存储器SMB37字节选取高速计数器的动作模式：把高速计数器的有效部位1，能够将高速计数器目前的数值进行更新，而高速计数器的计数方向不进行更新，运用提升计数模式，对电平信号不进行复位。通过SMD38来设置HSCO的当前值，将当前值初始化为0。基于上述操作，安装专门存储器SMB-37为16#C8，SMD-38为0。
若定时断开情况出现，则实行断开程序以运算电动机的转速。在断开程序内读取高速计数器的数值，就是20毫秒内特殊编码器产生的脉冲数量。把高速计数器内的值转化成实型之后除以定时断开T间隔0.02秒，获得的数值则是特殊编码器发出的脉冲信号频率，把这个数值存储到VD8内。之后局域M测速法，将PLC程序运算得出的电动机转速存储到VD20中。VD20储存的信息，就是这个时间内电动机的转速。最终把高速计数器的当前值复位为0，SMD-38为0，之后重启高速计数器。出现1次定时断开（20毫秒），则运算1遍电动机的转速值。
3.3电动机速度显示程序设计
如下图2，三表显示D20,D12，K3作为三个数值显示的接入端寄存器，D20中为电动机转速数值，D12和K3能够输入随意数据。这个程序中的时钟控制线高电平宽为1秒，就是频率和I2C总线的数据信号线输出脉冲信号数量相当，C0的值能够决定三个显示表的显示情况。
图2 三表显示程序
因可编程逻辑控制器是工业自动化的重要组成部分，但其自身没有数字检测性能，同样不具备显示程序，用来检测与显示各项数值的时候需安装特殊的脱离可编程逻辑控制器以外的电子器件。本文通过之前的控制装置操作的PLC为控制设备，加装外围程序，革新了原有并行传输显示模式，应用串行传输的双通道数据传输模式，具备了并行数据传送与串行数据传送模式的优势，减少了晶体管数据输出端数量，能够简化可编程逻辑控制器控制的工业体系结构，并减少运行成本投入，提升测量精准性与设备工作的可靠性，并为可编程逻辑控制器控制的工业体系的个性检测与数据显示提供了新方式。
4结语
综上所述，电动机的控制过程中，电动机转速的可靠性和时效性对总体系统运行的稳态有巨大影响。本文选取的方式在工业PLC控制方面具备很大的市场前景，其能够应用在水力发电行业、机械工程行业、数控行业、钢铁行业、化工行业、食品行业以及纺织行业的工业自动化控制体系，且为工业自动化控制找到了可供参照的凭据。
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[4]孙晓明，吴震，宋宝宁．PLC电机转速测量系统设计与实现[J]．工业仪表与自动化装置，2015（01）
论文作者:陈先鸿
论文发表刊物:《建筑建材装饰》2015年8月下
论文发表时间:2016/8/30
标签：电动机论文; 转速论文; 脉冲论文; 编码器论文; 信号论文; 程序论文; 计数器论文; 《建筑建材装饰》2015年8月下论文;