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doi10. 16576/ j. cnki. 1007-4414. 2016. 02. 059 基于 PLC 和光电编码器的转速测量 ∗ 张翠霞 江苏联合职业技术学院 南通分院 机电专业部,江苏 南通 226011 摘 要主要介绍了光电编码器和可编程控制器在全自动轧钢冲压装置中转速测量的应用,采用编码器作为测量元 件,三菱 PLC 作为控制元件,对编码器的测速原理和测速单元的硬件设计以及 PLC 程序设计都进行了说明。 关键词光电编码器; 可编程控制器; 转速; 测量元件 中图分类号TP271 文献标志码A 文章编号1007-4414201602-0172-02 Speed Measurement Based on PLC and Photoelectric Encoder ZHANG Cui-xia Mechanical and Electrical Engineering Department,Nantong Branch of Jiangsu Union Technical Institute,Nantong Jiangsu 226011,China Abstract This paper mainly introduces the application of photoelectric encoder and PLC in the speed measurement of the au- tomatic steel rolling stamping device, the encoder is used as the measuring element, FX PLC as control element. Principle of velocity measurement,hardware design of speed measurement unit and PLC programming are all described. Key words photoelectric encoder; PLC; speed; measuring element 0 引 言 在工业控制行业中,PLC 和编码器的应用越来越 广泛,笔者以全自动轧钢冲压装置为例,详细介绍了 如何利用三菱 PLC 和光电编码器测装置中液压马达 的转速。 1 全自动轧钢冲压装置介绍 全自动轧钢冲压装置由上料单元、传送单元、轧 钢单元、冲压单元和下料单元组成。 物料从上料单元 被推到传送单元上,传送单元带动物料先后到达轧钢 单元和冲压单元进行轧制和冲压,最后送到下料单 元,其中传送的速度将会影响系统的工作效率。 本文 主要利用 PLC 和编码器对传送单元的转速进行测量 与控制。 传送单元包括液压马达、传动链、滚筒等,由液压 马达作为动力源,通过传动装置带动所有的滚筒同方 向旋转,实现物料的传送。 2 测速原理和方法 1 测速原理 将光电编码器与传动单元中的 滚筒同轴安装,液压马达运转时,通过传动链带动滚 筒,此处的传动比为 11,滚筒再带动与之同轴的光 电编码器转动,所以编码器的转速就是传送单元液压 马达的转速。 在轴旋转时,编码器内部就会输出高速 脉冲,此脉冲输入到 PLC 高速计数器的输入端,由于 轴旋转的速度不同时,在单位时间内收到的脉冲总量 是不一样的,经过 PLC 编程处理实时计算液压马达 的转速[1]。 2 测速方法 光电编码器是一种可以把传送 单元的位移量转换成脉冲信号的传感器,目前采用光 电编码器测速的方法有 M 法、T 法、M/ T 法测速等多 种[2],本测速装置主要采用 M 测速法,即测频法,是 指在一定的时间间隔 T 内,用编码器所产生的脉冲 数来确定电动机转速的方法[3]。 如图1 所示,假设在 规定时间间隔 T 内,测得的编码器脉冲个数为 M,编 码器每转一圈发出的脉冲个数为 P,则转速为 N 60M PT 图 1 M 法测速原理 3 测速单元的硬件设计 1 主要元件介绍 本测速单元主要元件有 PLC 和光电编码器。 PLC本测速单元采用具有内部高速计数器的三 菱第三代 3U 系列主机,与之前的 FX 系列产品相比 其定位功能得到了提高。 其型号为 FX3U-32 M,16 点输入和 16 点继电器输出。 光电编码器采用型号为 A-CHA-102. 4BM-G5 -26F 3 m 的增量式编码器,共有五根引线,分别为 271 检测与控制 2016 年第 2 期 第 29 卷,总第 142 期机械研究与应用 ∗收稿日期2016-02-16 作者简介张翠霞1980-,女,山东鄄城人,硕士研究生,讲师,研究方向机电一体化。 Vcc、0V、A、B、Z,另有一条屏蔽线,使用时将屏蔽线 接地。 直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲 A、 B 和 Z 相;A、B 两组脉冲相位差 90,从而可方便地 判断出旋转方向,而 Z 相为每转一个脉冲,用于基准 点定位。 它的优点是原理构造简单,机械平均寿命可 在几万小时以上,抗干扰能力强,可靠性高,适合于长 距离传输[4],可用于一切工业机器。 其主要参数情 况如表 1 所列。 表 1 所用编码器的主要参数 型号类型读出方式工作原 理分辨率电压/ V功率/ W外 形尺寸/ mm A-CHA-102. 4BM- G5-26F 3 m 光栅编码器接触式增量式1 0245 2610038 2 硬件连接 根据测速原理和所选元器件,编码器的输入轴通 过联轴器与滚筒轴相连,其中的两条脉冲输出引线 A 相和 B 相分别与 PLC 的高速计数输入端 X0、X1 相 连。 编码器的电源可使用外接电源,也可直接使用 PLC 的 DC24V 电源。 本系统中使用 PLC 的 DC24V 电源,编码器的 0V 引线连接电源“”端,编码器的 Vcc 端与 PLC 电源的“”相连。 如果传送部分的滚 轴单方向运行时,则选择 A 相或者 B 相,若需要正反 两个方向运行时,可同时使用 A 相和 B 相。 其硬件 连接图如图 2 所示。 图 2 硬件连接图 4 测速单元的 PLC 程序设计 在转速测量中,主要运用三菱 PLC 中的 SPD 指 令,其格式为SPD D1 D2 D3,即将 D1 在 D2 时间内 输入的脉冲数送入 D3。 这里各字符含义如下 SPD 为测速指令; D1 为输入口 X0 或 X1; D2 指时间,如 K1 000,指 1 000 ms,即 1 s; D3 内数值为 1s 内输入的脉冲数。 根据 M 测速法,在规定时间间隔 T 内,测得的编 码器脉冲个数为 M,编码器每转一圈发出的脉冲个数 为 P,则转速为N 60M PT ,本测速单元中所用的光电 编码器每转一圈发出的脉冲数个数为 P1 024,时间 间隔 T 取 1 s。 所以转速 N 60M 1 024。 具体程序如图 3 所示,液压马达的转速不同时,编码器 1 s 内产生的 脉冲数就不同,因此可以实时检测速度[5]。 图 3 测速程序 5 结 论 介绍了编码器的测速原理与方法,以及应用编码 器和 PLC 相结合的通用测量系统,采用光电编码器 作为脉冲产生装置,利用三菱系列 PLC 的高速计数器 采集光电编码器所产生的脉冲信号,根据 M 测速法, 由 PLC 实时计算转速,编写了 PLC 测速程序,即可以 运用于实际生产线,也可以用于 PLC 教学。 参考文献 [1] 谷 橙. PLC 与光电编码器在转速测量中的应用[J]. 科技创业 月刊,20156114-116. [2] 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,2015125-26. [3] 王少君,刘永强,杨绍普. 基于光电编码器的测速方法研究及实 验验证[J]. 自动化与仪表,2015668-72. [4] 丁卫东,朱卫民,曹玲芝. 基于增量式光电编码器电机测速系统 的设计[J]. 郑州轻工业学院学报,2013,28695-97. [5] 韩 亮. PLC 在电机转速测量中的应用[J]. 常州工学院学报, 2012,26336-38. 371 机械研究与应用2016 年第 2 期 第 29 卷,总第 142 期 检测与控制