基于PLC的电机转速测量
日期：2008-5-8 23:50:15 来源：《PLC&FA》
点击： 作者：未知
点击： 作者：未知
点击【 大 中 小 】放大字体.
1 引言
转速是电动机重要的基本状态参数，在很多运动系统的测控中，都需要对电机的转速进行测量，测量的精度直接影响系统的控制情况，只有转速的高精度检测才能得到高精度的控制系统[1]。
目前工业中测量转速的方式主要有两种。一种是将转速转化为模拟信号，对模拟信号进行测量。如测速发电机是将转速直接转换为电压信号，然后测量其电压。这种方法的缺点是被测信号易受电磁干扰和温度变化的影响。另一种是将转速信号转化为脉冲信号，然后用数字系统内部的时钟来对脉冲信号的频率进行测量。这种方法的优点在于抗干扰能力强、不受温度变化影响、稳定性好[2]。
工业现场往往存在许多的干扰因素，因此工业测控系统中普遍采用数字式转速测量方法。目前plc因其高可靠性已经成为工业控制的一个重要设备。采用plc测量电机转速可以保证测量的稳定性和高精度。
2 常用的数字式转速测量方法
2.1 m法(频率法)
在规定的检测时间内，检测光电脉冲发生器所产生的脉冲信号的个数来确定转速。频率计算公式为:
其中t为规定的检测时间，n为规定的检测时间内测得的脉冲信号的个数。虽然检测时间一定，但检测的起止时间具有随机性，因此m法测量转速在极端情况下会产生±1个转速脉冲的误差。m法精度为:
其中
是由待测信号的首末脉冲读数的不确定性造成的测量结果的不确定性，fx是待测信号的频率，tx是待测信号的周期，t0为基准时钟的周期，n是t时间内基准时钟的脉冲个数。可见待测信号的频率越高，频率测量的精度也越高；信号的频率越低，测量的精度也越低。当被测转速较高或电机转动一圈发出的转速脉冲信号的个数较大时，才有较高的测量精度，因此m法适合于高速测量。
2.2 t法(周期法)
它是测量光电脉冲发生器所产生的相邻两个转速脉冲信号的时间间隔来确定转速。相邻两个转速脉冲信号时间的测量是采用对已知高频脉冲信号进行计数来实现的。在极端情况下，时间的测量会产生±1个高频脉冲周期的误差。频率计算公式为:
其中t0为高频脉冲信号的周期，n是高频脉冲的个数。t法精度为:
其中是由基准时钟信号的首末脉冲读数的不确定性造成的测量结果的不确定性tx是待测信号的周期，fx是待测信号的频率，f0是基准时钟的频率，可见待测信号的频率越低，测量的精度越高；待测信号的频率越高，测量的精度越低。因此t法在被测转速较低（相邻两个转速脉冲信号时间间隔较大）时，才有较高的测量精度，所以t法适合于低速测量。
2.3 m/t法(频率/周期法)
它是同时测量检测时间和在此检测时间内光电脉冲发生器所产生的转速脉冲信号的个数来确定转速。由于同时对两种脉冲信号进行计数，因此只要“同时性”处理得当，m/t法实现测速具有较高的测速精度[2][3]。
3 转速测量的实现
电机转速数字检测的基本方法是利用与电动机同轴连接的光电脉冲发生器的输出脉冲频率与转速成正比的原理[4]。对光电脉冲信号频率的测量，目前常用的实现方式有两种：一种以单片机为核心，扩展计数器等外围器件构成的电路；另一种是用plc。由于plc可靠性高，抗干扰能力强，所以被广泛地用于工业控制。这里采用plc来测量电机转速。
具体实现方法为将光电编码器固定在电机的转轴上，并与电机同轴，随电机同步旋转，产生与转速成正比的电脉冲信号。采用plc实现对检测时间和转速脉冲信号的计数，并将测得的频率保存在内部的寄存器中。
目前，plc实现脉冲信号的测量主要是用plc的高速计数单元来实现。但是，带有高速计数功能的plc价格较高，一般都要上千元，主要用于转速较高，或对测量精度要求较高的场合。如果转速较低，或对测量的精度要求不高时，高性能的高速计数单元就有些浪费了。本文所设计的转速测量方法主要用于转矩流变仪测控系统，对于转矩流变仪来说，电机转速最高为1500r/min，采用分辨率为200的编码器，输入plc的光电脉冲的最高频率为5khz。而带有高速计数功能的plc计数脉冲的频率一般都可达20khz以上，大部分都能达到50khz，甚至更高。用于转矩流变仪中测量转速，虽然精度高，但却有很大的浪费。而一般的国产plc模块市场价格都在1000以内。转矩流变仪转速测量环节采用了普通plc模块 (在本设计中选用了德维森科技 (深圳) 有限公司生产的v80-m16dr-ac)，通过plc的开关量输入单元来测量脉冲信号的频率，既满足了测量的精度要求，又大大降低了成本，同时保留了plc的高度可靠性。
所设计的转速测量的plc梯形图程序如附图所示。
附图 转速测量梯形图程序
为了使用普通plc模块实现高速脉冲的计数，采用了专用的软高速计数指令，既保证了测量的精度，又简化了程序。为了提高计时精度采用了精度为1ms的定时器，并用同一信号控制定时器和软高速计数器的起停。
4 结束语
作者在转矩流变仪的研发中，成功实现了利用plc开关量输入单元测量电机转速的方法，当电机在最高转速（1500r/min）下运行时，转速测量精度为 0.02%。在50r/min时，精度为0.6%。实验证明，这种测量方法具有较高的精度和稳定性。
WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
1 引言
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
转速是电动机重要的基本状态参数，在很多运动系统的测控中，都需要对电机的转速进行测量，测量的精度直接影响系统的控制情况，只有转速的高精度检测才能得到高精度的控制系统[1]。
WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
目前工业中测量转速的方式主要有两种。一种是将转速转化为模拟信号，对模拟信号进行测量。如测速发电机是将转速直接转换为电压信号，然后测量其电压。这种方法的缺点是被测信号易受电磁干扰和温度变化的影响。另一种是将转速信号转化为脉冲信号，然后用数字系统内部的时钟来对脉冲信号的频率进行测量。这种方法的优点在于抗干扰能力强、不受温度变化影响、稳定性好[2]。
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
工业现场往往存在许多的干扰因素，因此工业测控系统中普遍采用数字式转速测量方法。目前plc因其高可靠性已经成为工业控制的一个重要设备。采用plc测量电机转速可以保证测量的稳定性和高精度。
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
2 常用的数字式转速测量方法
WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
2.1 m法(频率法)
plcjs.技.术_网
在规定的检测时间内，检测光电脉冲发生器所产生的脉冲信号的个数来确定转速。频率计算公式为:
WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
其中t为规定的检测时间，n为规定的检测时间内测得的脉冲信号的个数。虽然检测时间一定，但检测的起止时间具有随机性，因此m法测量转速在极端情况下会产生±1个转速脉冲的误差。m法精度为:
WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
其中
WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
是由待测信号的首末脉冲读数的不确定性造成的测量结果的不确定性，fx是待测信号的频率，tx是待测信号的周期，t0为基准时钟的周期，n是t时间内基准时钟的脉冲个数。可见待测信号的频率越高，频率测量的精度也越高；信号的频率越低，测量的精度也越低。当被测转速较高或电机转动一圈发出的转速脉冲信号的个数较大时，才有较高的测量精度，因此m法适合于高速测量。
WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
2.2 t法(周期法)
W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
它是测量光电脉冲发生器所产生的相邻两个转速脉冲信号的时间间隔来确定转速。相邻两个转速脉冲信号时间的测量是采用对已知高频脉冲信号进行计数来实现的。在极端情况下，时间的测量会产生±1个高频脉冲周期的误差。频率计算公式为:
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
其中t0为高频脉冲信号的周期，n是高频脉冲的个数。t法精度为:
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
其中是由基准时钟信号的首末脉冲读数的不确定性造成的测量结果的不确定性tx是待测信号的周期，fx是待测信号的频率，f0是基准时钟的频率，可见待测信号的频率越低，测量的精度越高；待测信号的频率越高，测量的精度越低。因此t法在被测转速较低（相邻两个转速脉冲信号时间间隔较大）时，才有较高的测量精度，所以t法适合于低速测量。
WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
2.3 m/t法(频率/周期法)
WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
它是同时测量检测时间和在此检测时间内光电脉冲发生器所产生的转速脉冲信号的个数来确定转速。由于同时对两种脉冲信号进行计数，因此只要“同时性”处理得当，m/t法实现测速具有较高的测速精度[2][3]。
WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
3 转速测量的实现
WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
电机转速数字检测的基本方法是利用与电动机同轴连接的光电脉冲发生器的输出脉冲频率与转速成正比的原理[4]。对光电脉冲信号频率的测量，目前常用的实现方式有两种：一种以单片机为核心，扩展计数器等外围器件构成的电路；另一种是用plc。由于plc可靠性高，抗干扰能力强，所以被广泛地用于工业控制。这里采用plc来测量电机转速。
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
具体实现方法为将光电编码器固定在电机的转轴上，并与电机同轴，随电机同步旋转，产生与转速成正比的电脉冲信号。采用plc实现对检测时间和转速脉冲信号的计数，并将测得的频率保存在内部的寄存器中。
WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
目前，plc实现脉冲信号的测量主要是用plc的高速计数单元来实现。但是，带有高速计数功能的plc价格较高，一般都要上千元，主要用于转速较高，或对测量精度要求较高的场合。如果转速较低，或对测量的精度要求不高时，高性能的高速计数单元就有些浪费了。本文所设计的转速测量方法主要用于转矩流变仪测控系统，对于转矩流变仪来说，电机转速最高为1500r/min，采用分辨率为200的编码器，输入plc的光电脉冲的最高频率为5khz。而带有高速计数功能的plc计数脉冲的频率一般都可达20khz以上，大部分都能达到50khz，甚至更高。用于转矩流变仪中测量转速，虽然精度高，但却有很大的浪费。而一般的国产plc模块市场价格都在1000以内。转矩流变仪转速测量环节采用了普通plc模块 (在本设计中选用了德维森科技 (深圳) 有限公司生产的v80-m16dr-ac)，通过plc的开关量输入单元来测量脉冲信号的频率，既满足了测量的精度要求，又大大降低了成本，同时保留了plc的高度可靠性。
WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
所设计的转速测量的plc梯形图程序如附图所示。
W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
附图 转速测量梯形图程序
WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
为了使用普通plc模块实现高速脉冲的计数，采用了专用的软高速计数指令，既保证了测量的精度，又简化了程序。为了提高计时精度采用了精度为1ms的定时器，并用同一信号控制定时器和软高速计数器的起停。
WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
4 结束语
WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
作者在转矩流变仪的研发中，成功实现了利用plc开关量输入单元测量电机转速的方法，当电机在最高转速（1500r/min）下运行时，转速测量精度为 0.02%。在50r/min时，精度为0.6%。实验证明，这种测量方法具有较高的精度和稳定性。
WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
上一篇: 异步机调速原理与公式的讨论下一篇: 谈谈对电刷与碳刷的认识
评论内容
载入中...
载入中...
P
L
C
技
术
网
|
可
编
程
控
制
器
技
术
门
户
|
十
万
P
L
C
工
程
师
的
共
同
选
择
！
L
C
技
术
网
|
可
编
程
控
制
器
技
术
门
户
|
十
万
P
L
C
工
程
师
的
共
同
选
择
！
·最新招聘信息
·最新求职信息
·推荐产品
·推荐厂商
·栏目热门排行
·站内热门排行