基于PLC的轉速測試裝置的設計

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

關鍵詞：PLC 轉速測量 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

在許多領域中，轉速的測量相當重要。傳統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果。

1 測試原理

轉速就是轉軸的旋轉速度，嚴格講是圓周運動的瞬時角速度，在機械行業中，對機械設備的轉速測量，通常采用平均速度的測量方法。轉速測量的方法很多，所用的轉速傳感器的種類也有多種，根據測量信號可分為模擬和數字式，根據傳感器的安裝方式可分為接觸式和非接觸式，根據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脈沖發生器發送的脈沖數來確定被測轉速。設檢測時間T1為被測信號的m1個周期，計數時鐘脈沖數為m2，其中m1由測量準確度來確定。當達到檢測時間T1后，時鐘脈沖計數器終止，并由此計數器值來確定檢測時間T1。如果發動機每轉1圈脈沖發生器發出z1個脈沖，在時間T1內計數值為m1，則角位移X=2πm1/z1。同時，考慮在檢測時間T1內由計數頻率f0來定時，且計數值為m2，則檢測時間T1可表示為T1=m2/f0，被測轉速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與轉速無關，增大f0或T1可提高測量精度。

2 系統設計

如圖1所示，轉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的脈沖計數端口，PLC完成脈沖的技術，再根據公式算出轉速數值，通過MCGS顯示該數值，以及繪制轉速的曲線圖。

2.1 硬件設計

傳感器選用的是霍爾式測速傳感器。霍爾元件是一種磁敏感元件，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型電子器件，具有很高的響應頻率、優良的波形特性（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量程內達到1×10-5以上的測速相對擴展不確定度，因此可用于轉速量值傳遞和高精度轉速測量中。

控制單元選用的歐姆龍的CP1H-XA40DT-D型可編程邏輯控制器[4]。該控制器內置輸入24點/輸出16點，可實現高速計數器4軸，脈沖輸出4軸。通過安裝選件板，可以實現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，加載系統設置的相關參數，在指定時間對脈沖進行計數，根據多周期測頻法計算轉速數值。觸摸屏實時顯示速度值和速度曲線。

3 實驗及結果分析

本裝置完成設計后，進行了大量的數據測試，本文選取部分數據進行介紹，如表1所示。

實驗結果表明，該裝置可具有測量精度高、測量范圍大等優點，適用于轉速測量。

4 結論

多周期同步測頻法能夠實現高精度的測量。利用該方法設計的轉速測試裝置，能夠充分發揮PLC控制器的編程簡單、抗干擾能力強、性能穩定等優點，可實現高精度測量。同時，人機交互界面可以實時刷新轉速的曲線圖和實時值，具有操作簡單等優點。經實驗表明，該裝置可以用于大部分轉速測量工作中，能夠取得較高的令人滿意的測量結果。

參考文獻

[1]許善珍，魏民祥.發動機瞬時轉速測量方法及實驗研究[J].汽車技術，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開發[J].微計算機信息，2009，8：273-274.

[3]葉振洲，林峰，邵建文.汽車側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的變頻調速控制系統的設計與調試[J].變頻器世界，2009，12：92-94.