基于PLC的转速测试装置的设计

发布时间：2022-10-23 13:30:05 浏览数：次

摘要：设计了一种基于PLC的转速测试装置，介绍了装置的设计原理、硬件组成和人机交互界面。实验结果表明，该装置可以对转速进行实时地测量，并可提高测量的精度。该装置性能稳定，开发周期短，具有极大的应用前景。

关键词：PLC 转速测量人机交互

中图分类号：TP302 文献标识码：B 文章编号：1672-3791（2013）01（a）-0074-01

在许多领域中，转速的测量相当重要。传统速度的测量一般采用测频率法、测周期法[1]，当速度传感器的输出信号为10～100 Hz的频率信号且频率变化范围较大时，传统测速装置存在精度比较低的缺点[2]。本装置采用多周期测评法，并且给出了用PLC实现速度的测量的具体方案，以及利用该装置进行测量的实际结果。

1 測试原理

转速就是转轴的旋转速度，严格讲是圆周运动的瞬时角速度，在机械行业中，对机械设备的转速测量，通常采用平均速度的测量方法。转速测量的方法很多，所用的转速传感器的种类也有多种，根据测量信号可分为模拟和数字式，根据传感器的安装方式可分为接触式和非接触式，根据传感器的类别可分为磁电、磁敏、光电、霍尔等方式。

本装置的测量方法采用的是多周期测频法。

多周期测频法是同时测量检测时间及在此检测时间内脉冲发生器发送的脉冲数来确定被测转速。设检测时间T1为被测信号的m1个周期，计数时钟脉冲数为m2，其中m1由测量准确度来确定。当达到检测时间T1后，时钟脉冲计数器终止，并由此计数器值来确定检测时间T1。如果发动机每转1圈脉冲发生器发出z1个脉冲，在时间T1内计数值为m1，则角位移X=2πm1/z1。同时，考虑在检测时间T1内由计数频率f0来定时，且计数值为m2，则检测时间T1可表示为T1=m2/f0，被测转速n为：

可以得到，多周期测频法相对误差δ为：

由上式可知，多周期测频法的相对误差δ与转速无关，增大f0或T1可提高测量精度。

2 系统设计

如图1所示，转速测量装置由传感器、PLC和人机控制器MCGS组成。装置为传感器提供工作所需的电压，传感器输出的脉冲信号输入到PLC的脉冲计数端口，PLC完成脉冲的技术，再根据公式算出转速数值，通过MCGS显示该数值，以及绘制转速的曲线图。

2.1 硬件设计

传感器选用的是霍尔式测速传感器。霍尔元件是一种磁敏感元件，它与施密特电路集成在同一块硅片上做成的磁控开关型电子器件，具有很高的响应频率、优良的波形特性（输出脉冲为矩形波）和很高测量精度[3]。实验验证在（1～80000）r/min量程内达到1×10-5以上的测速相对扩展不确定度，因此可用于转速量值传递和高精度转速测量中。

控制单元选用的欧姆龙的CP1H-XA40DT-D型可编程逻辑控制器[4]。该控制器内置输入24点/输出16点，可实现高速计数器4轴，脉冲输出4轴。通过安装选件板，可以实现RS-232C通信或RS-422A/485通信，可以连接条码阅读器等。

触摸屏采用的是昆仑通态的TPC7 062KX高性能嵌入式一体化触摸屏。该触摸屏采用了7英寸的高亮度TFT液晶显示器，分辨率800×600。通过RS232和可编程控制器通信，实时刷新速度曲线和速度值。

2.2 软件设计

程序流程图如图2所示。

可编程控制器接收到触摸屏的开始测量的命令后，加载系统设置的相关参数，在指定时间对脉冲进行计数，根据多周期测频法计算转速数值。触摸屏实时显示速度值和速度曲线。

3 实验及结果分析

本装置完成设计后，进行了大量的数据测试，本文选取部分数据进行介绍，如表1所示。

实验结果表明，该装置可具有测量精度高、测量范围大等优点，适用于转速测量。

4 结论

多周期同步测频法能够实现高精度的测量。利用该方法设计的转速测试装置，能够充分发挥PLC控制器的编程简单、抗干扰能力强、性能稳定等优点，可实现高精度测量。同时，人机交互界面可以实时刷新转速的曲线图和实时值，具有操作简单等优点。经实验表明，该装置可以用于大部分转速测量工作中，能够取得较高的令人满意的测量结果。

参考文献

[1]许善珍，魏民祥.发动机瞬时转速测量方法及实验研究[J].汽车技术，2011，10： 49-52.

[2]陈凌峰，卢青春，魏红军，等.多周期同步测频法车速测量系统开发[J].微计算机信息，2009，8：273-274.

[3]叶振洲，林峰，邵建文.汽车侧滑检验台自动检定装置[J].科技资讯，2011，20：42.

[4]叶炜.基于欧姆龙CPIH型PLC的变频调速控制系统的设计与调试[J].变频器世界，2009，12：92-94.

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