基于PLC的电机转速检测.docx

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基于PLC的电机转速检测

一、引言………………………………………………………第3页

二、设计任务…………………………………………………第4页

三、设计方案选择及论证……………………………………第5页

四、电气控制电路原理设计…………………………………第5页

五、程序………………………………………………………第6页

六、调试与总结……………………………………………第14页

七、参考文献…………………………………………………第17页

一、引言

目前，PLC是工业控制领域的主要控制设备，为各种各样的自动化控制系统提供了安全可靠和比较完善的控制方案。

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。

电机转速的准确测量与显示极为重要，现已成为工业自动化系统的重要组成部分。

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。

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。

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。

二、设计任务

1.任务概述

利用测频法测量电动机的转速，即在单位时间内采集编码器脉冲的个数，通过计算就可以得知电动机的转速。

PLC电机转速测量见图1：

编

码

器

电动机

S7--200

图1PLC电机转速测量

电动机转动带动转速传感器（光电编码器，霍尔传感器）。

当电机每转一圈，输出转速测量N个脉冲，PLC高速计数单元在单位时间T毫秒对脉冲计数为m.，则电机转速n为：

n=m/T*1000*60/Nrpm（在本课题中，N取150，T取20）。

2.设计要求

用PLC测量电动机转速要达到以下要求：

1．按下启动按钮后，就开始不间断测量电动机转速，通过计算实时显示电机转速。

2.采用四位数码管以显示转速。

3.设计任务

（1）.根据设计要求，完成PLC硬件配置电路。

（2）.根据设计要求完成程序设计

（3）.利用PLC扩展模块设计模拟调试方案，并进行模拟调试。

（4）编写设计说明书，内容包括：

。

①设计过程和有关说明。

②基于PLC的转速测量系统电路图。

③PLC控制程序（梯形图和指令表）。

④其他需要说明的问题，例如操作说明书、程序的调试过程、遇到的问题及解决方法、对课程设计的认识和建议等。

三、设计方案选择及论证

常用的数字式转速测方法有：

（一）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:

f=N/T;

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士1个转速脉冲的误差。

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。

（二）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,时间的测量会产生士1个高频脉冲周期的误差。

频率计算公式为:

f=1/（n*T0）。

其中T为高频脉冲信号的周期,n是高频脉冲的个数。

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。

（三）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下法实现测速具有较高的测速精度。

在本次课程设计中，因为要实现电机转速的测量。

由于电机的转速脉冲频率较高，在1kHz~101kHz左右，因此，应采用高速计数器指令，采用单相计数。

所以综上所述，选择频率法，较为适合。

四、电气控制电路原理设计

（一）I/O分配表，见图2

I/O分配表

段

选

Q0.0

A

Q0.1

B

Q0.2

C

Q0.3

D

位

选

Q1.0

个位

Q1.1

十位

Q1.2

百位

Q1.3

千位

I0.0

高速计数器输入点

图2I/O分配表

（二）电气管脚接线图，见图3

图3管脚接线图

五、程序

（一）流程图，见图4

图4程序流程图

（二）梯形图

（1）主程序

（2）高数计数器连接中断程序

（3）转速计算程序

（4）显示程序

（5）重新初始化程序

六、调试与总结

（一）调试过程

刚开始我们是采用循环指令进行编程，但是在实验室调试了很久都不能完成正确的显示，和采集脉冲。

后来我们改变了程序的结构，选择了顺控指令进行编写程序。

我记得周四下午四点半又重新回到实验室进行调试，刚开始用顺控指令时，连触点都只能进行一次操作，后来我们发现顺控指令的状态没有返回到初始状态，所以我们就在原有基础上，添加了返回初始状态的指令。

修改过后，发现程序是可以运行了，但是显示不对，打开状态监控，发现数据的锁存不起作用，于是我们又对计数器进行了自我锁存（100ms计数器），直到晚上九点半也就只能完成单次的显示。

第二天，在赵老师的指导下，才发现是由于扫描周期过短才导致不能很好地动态显示。

在调试过程中我感觉最深的就是基础知识的不牢靠，很大的限制了调试的进程。

（二）实验成果

图5实物连线图

图6扩展板实物图

图7转速显示图

（1）

图7显示转速图

（2）

七、参考文献

　[1]王敬轩,杨丰,于江江.基于霍尔传感器的直流电机测速

系统研究[J].科技风,2009,22（8）:

131.

[2]　黄无双.微机控制电机实时测速系统[J].仪器仪表用户,

2005,12

（2）:

24-25.

[3]王敬轩,杨丰,于江江.基于霍尔传感器的直流电机测速

系统研究[J].科技风,2009,22（8）:

131.

[4]于炳亮.电机转速测量方法研究[Jl·山东科学,2005,18（5）

[5]丁芝琴.基于霍尔传感器的电机测速装置设计.

[6]王鹏,闰健.基于PLC的电机转速测量

[7]王永华。

现代电气控制及PLC应用技术（第3版）