PLC电机转速测量系统设计与实现.pdf

2 0 1 5年第 1 期 工业仪表与 自动化装置 2 5 P LC 电机 转 速 测 量 系统设 计 与 实现 孙晓明， 吴震， 宋宝宁 江阴职业技术学院 电子信息工程 系， 江苏 江阴 2 1 4 4 0 5 摘要 针对工业控制领域电机 转速测量问题 ， 设计 了一种通 用测量 系统。该 系统采用光电编码 器作为电机转速的脉冲产生装置， 利 用西门子 s 72 0 0 P L C的高速计数 器采集光电编码器产生的 脉冲信号 ， 根据 M 法测速方式， 由P L C实时计算 电机转速。测试表明， 该通用测速 系统快速 可靠准 确 ， 可 用 于工业 控制 领域 电机 转速 测 量 。 关键词 电机 ； 可编程逻辑控制器； 转速 ； 光电编码 器 中图分类号 T M3 0 6 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 0 0 6 8 2 2 0 1 5 0 1 0 0 2 5 0 2 De s i g n a nd r e a l i z a t i o n o f PLC mo t o r s pe e d me a s ur e me nt s y s t e m S UN Xi a o mi n g ，W U Z h e n，S ONG B a o n i n g D e p a r t me n t o fE l e c t r o n i c I n f o r ma t i o n E n g i n e e r i n g， J i a n g y i n P o l y t e c h n ic C o l le g e ， J i a n g s u J i a n g y in 2 1 4 4 0 5， C h i n a Ab s t r a c t F o r t h e me a s u r e me n t o f mo t o r s p e e d o f i n d u s t r i a l c o n t r o l fi e l d，a u n i v e r s a l me a s u r e me n t s y s t e m wa s de s i g ne d．The s y s t e m a do p t e d p h o t o e l e c t r i c e n c o de r a s p u l s e g e n e r a t o r o f mo t o r s p e e d， p u l s e s i g n a l s g e n e r a t e d b y t he p h o t o e l e c t ric e n c o d e r we r e a c q u i r e d b y h i g h s p e e d c o u n t e r o f S I EMENS S 72 0 0 P L C．A c c o r d i n g t o t h e me a s u r e me n t me t h o d o f M ，t h e r e a lt i me mo t o r s p e e d wa s c alc u l a t e d b y P L C． Te s t s s ho we d t h a t t h e u n i v e r s al me a s u r e me n t s y s t e m wa s f a s t a n d r e l i a b l e a n d a c c u r a t e，i t c o u l d b e u s e d f o r t h e me a s ur e me nt o f mo t o r s pe e d o f i n d u s t ria l c o n t r o l fie l d． Ke y wo r ds mo t o r ；pr o g r a mma b l e l o g i c c o n t r o l l e r ；s pe e d；p h o t o e l e c t r i c e n c o d e r 0 引言 1 数字测速原理 在工业控制领域 ， 转速是电机运行状态的重要 参数。电机转速测量要求快速 、 可靠 、 准确。工业现 场转速测量方法主要有模拟测量法和数 字测量法 2 种。模拟测量法信号远距离准确传输不易实现， 数 字测量法将转速信号转换为脉冲信号， 对其进行测 量与控制 ， 具有可靠性高 ， 抗干扰能力强的特点 ， 满 足工业现场需求。这里设计一种电机转速通用测量 系统 ， 与电机同轴安装的光电编码器将 电机转速信 号转换为脉冲信号， 采用_ 【 业现场控制器西门子 S 72 0 0 P L C， 利用其高速计数器采集脉冲信号 ， 根 据 M法测速原理 ， 经过 P L C编程处理实时计算电机 转速。 收稿 日期 2 0 1 4 0 81 8 基 金项 目 江 苏 省 高 等 学 校 大 学 生 实 践 创新 训 练 计划 项 目 2 0 1 4 1 3 1 3 7 0 0 1 Y 作者简介 孙晓明 1 9 8 1 ， 男， 江苏江阴人， 硕士， 讲师， 研究方 向为电机智 能控制 。 数字测速 中光 电编码 器是转速或转角检测元 件 ， 俗称码盘 。光 电编码器与电机同轴连接 ， 当电机 转动时， 带动码盘旋转， 便发出转速或转角信号。光 电编码器是一种通过光 电转换将输出轴上 的机械几 何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。采用光电 编码 器测 速 的方 法 有多 种 ， 这 里 采用 测 频法 M 法 。在采样时问 内捕捉编码器输出的脉冲个数 ，用 以计算这段 时间内的平均转速 ， 称为 M法测 速 ， 则 电机转速为 6 0 n 其中 为电机转 速 ， z为编码器分辨率 ， 即电机每 转一圈编码器产生的脉冲个数。 数字测速测量效果 主要取决 于编码器分辨率、 编码器加工精度与安装精度。编码器分辨率相对较 高时优先选择 M法 J ， M法测速量化误差为 1 ／ M， 该量化误差由编码器加工精度及编码器输出脉冲前 2 6 工业仪表与 自动化装置 2 0 1 5年第 1期 沿与测速时间采样脉冲前沿不齐等原因决定 ， 最大 为 1 个脉冲误差 。 2 测速系统设计 测速系统 由三相异步 电机 、 变频器、 P L C 、 编码 器、 直流 2 4 V 稳 压 电 源组 成。异 步 电机 型 号 为 J W5 0 2 4 ， 功率 6 0 w， 电压 3 8 0 V， 额定电流 0 ． 3 3 A， 额度频率 5 0 Hz ， 电机额定转速 1 4 0 0 r ／ mi n ； P L C型 号为西 门子 C P U 2 2 4 X P； 变频器 型号 为三菱 F R一 5 2 0 S E一0 ． 4 KC H； 光 电编码 器 型 号 为欧 姆 龙 E 6 B 2一C WZ 6 C ， 分辨率 1 0 2 4 P ／ R。图 1 为 P L C电机 转速测量系统硬件图 ， 变频器驱动电机转动 ， 电机与 光电编码器 同轴连接 ， 利用 P L C高速计数器 H S C 0 及输人端 1 0 ． 0采集编码器脉冲输 出端产生的脉冲。 图 1 电机转速测量系统硬件图 图 2 测 速中断程序流程图 测速 中断程序流程如图 2所示 ， 当定时 中断事 件发生时 ， 进入 中断程序 ， 计算 电机转速 ， 在 中断程 序中读取 HS C 0的值 ， 此值是 5 0 m s内编码器发出 的脉冲数 ， 根据 M法测速 ， 由 P L C计算出电机转速 ， 再将 H S C 0当前值清零并重启 H S C 0 。每触发 1次 定时中断 ， 计算 1次电机转速 。 3 实验测试 在前 述硬件平台上进行实验测试 ， 设 置变频器 不同输出频率调整电机转速 ， 同时采用 MC G S进行 上位机转速显示监控 ， 表 1为电机转速测量数据 ， 该表数据表明转速相对误差会随着转速升高而降 低 ， 该误差最大为 0 ． 1 ％， 在常规工业应用场合 中可 以忽略。 表 1 电机转速 测量数据 给定频- - ／ H z转速理论值／ r ／ mi n 转速实测值／ r ／ mi n 4 结语 电机控制系统 中， 转速 的实时可靠准确直接影 响到整个系统的稳态误差与动态响应 。这里设计了 一 种通用测量系统， 采用光电编码器作为电机转速 的脉冲产生装置 ， 利用西 门子 s 72 0 0 P L C的高速 计数器采集光电编码器产生的脉冲信号 ， 根据 M法 测速方式 ， 由 P L C实时计算电机转速。实验测试表 明 ， 该通用测速系统具有快速 、 可靠 、 误差小等特点 ， 同时设计思路与编程思路简单 ， 可移植性好 ， 为工业 现场提供一种切实可行的电机转速测量方案。 参考文献 [ 1 ] 高玉芹． 电机转速的高精度快速测量[ J ] ． 自动化与仪 表 ， 2 0 0 0 ， 1 5 6 4 1 4 4 ． 文晓燕， 郑琼林 ， 韦克康 ， 等． 增量式编码器测速的典 型问题分析及应对策略[ J ] ． 电工技术学报， 2 0 1 2 ， 2 7 2 1 8 51 8 9 ． 宋刚， 秦月霞， 张凯． 基于普通编码器的高精度测速方 法[ J ] ． 上海交通大学学报， 2 0 0 2 ， 3 6 8 1 1 6 91 1 7 2 ． 韩亮． P L C在电机转速测量中的应用[ J ] ． 常州工学院 学报 ， 2 0 1 2 ， 2 5 3 3 6 3 8 ． 蔡文皓， 赵旭， 耿力． 基于以太网的 P L C电机转速远程 监控[ J ] ． 微特电机， 2 0 1 4 ， 4 2 4 4 4 4 6 ． 李晓海 ， 南新元， 谢丽蓉． 基于高速脉冲计数器的电机 转速测量系统设计[ J ] ． 微电机， 2 0 1 2 ， 4 5 2 7 27 4 ． 王菊叶， 高瑞敏． 基于 MC G S和 P L C的电机测控系统 设计[ J ] ． 制造业 自动化， 2 0 1 2 ， 3 4 3 1 2 31 2 5 ． 1 J 1j 1 j] J