摘要：本文介紹了用于線圈繞制時(shí)，通過編碼器采樣與PLC精確計(jì)算最終顯示出當(dāng)前繞線機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，并簡(jiǎn)單闡述了采樣出的繞線速度在設(shè)備的運(yùn)用。

1.引言

早期電子產(chǎn)品發(fā)展相對(duì)滯后，在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，設(shè)備都無法準(zhǔn)確的通過電器控制系統(tǒng)顯示轉(zhuǎn)速及相關(guān)參數(shù)，大多采用機(jī)械式計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，但只能記錄最終圈數(shù)，不能準(zhǔn)確測(cè)量當(dāng)前轉(zhuǎn)速，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求較高國防等尖端工業(yè)造成了極大的影響，無法快速提升產(chǎn)品質(zhì)量，且存在極大地不可控性，嚴(yán)重制約電子工業(yè)配套設(shè)備的升級(jí)換代。

在繞線機(jī)繞制過程中，為了使操作人員能夠主觀地觀察到當(dāng)前繞制速度，一般需要在顯示器上實(shí)時(shí)顯示出當(dāng)前設(shè)備轉(zhuǎn)速。而在傳統(tǒng)繞制中，通常都會(huì)在旋轉(zhuǎn)軸端加測(cè)速電機(jī)，一定轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的一定的電壓值，然后通過一定的轉(zhuǎn)換公式計(jì)算出對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速，這種方法不但精準(zhǔn)度較低，而且其體積較大，在安裝的時(shí)候一般會(huì)受到限制。而旋轉(zhuǎn)編碼器由于其成本低、體積小、易于安裝、維護(hù)方便、壽命長(zhǎng)，且與PLC結(jié)合計(jì)算簡(jiǎn)單、精確，從而被廣泛應(yīng)用于各種工控場(chǎng)合。

2.原理

在一般繞線機(jī)設(shè)備中，我們通常采用A/D轉(zhuǎn)換模塊將電位器模擬量值（0~5v）轉(zhuǎn)換數(shù)字量（0~16000），經(jīng)過PLC計(jì)算，通過RS485通訊控制變頻器頻率，對(duì)電機(jī)進(jìn)行無極調(diào)速，從而實(shí)現(xiàn)線圈的繞制。然后通過旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行采樣，再結(jié)合PLC進(jìn)行精確計(jì)算,最后在觸摸屏實(shí)時(shí)顯示繞線機(jī)轉(zhuǎn)速，同時(shí)利用已經(jīng)采樣出的纏繞電機(jī)速度，經(jīng)過PLC運(yùn)算將與其有關(guān)系的電機(jī)（比如主動(dòng)放線電機(jī)、排線電機(jī)）進(jìn)行匹配，調(diào)整設(shè)置各參數(shù)，使各部分相互租用，有機(jī)結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)化、智能化。

首先我們根據(jù)PLC高速計(jì)數(shù)器采樣旋轉(zhuǎn)編碼器在單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)，計(jì)算出每秒脈沖的增量數(shù)，然后和選用的編碼器的線數(shù)經(jīng)過計(jì)算在顯示屏上顯示出設(shè)備當(dāng)前實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，并通過主軸與其他匹配電機(jī)的關(guān)系，計(jì)算出其他電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到設(shè)備自動(dòng)匹配。

1)中斷采樣

因此，在實(shí)際使用過程中，我們應(yīng)根據(jù)不同使用場(chǎng)合，選用不同的采樣時(shí)間。若僅僅在終端顯示轉(zhuǎn)速，我們一般會(huì)希望速度顯示平穩(wěn)，因此可以選擇較長(zhǎng)的采樣時(shí)間（比如100ms）；但如果我們利用已經(jīng)采樣出的纏繞電機(jī)速度，對(duì)其它電機(jī)控制實(shí)現(xiàn)聯(lián)軸匹配，我們一般會(huì)希望其瞬時(shí)性好，隨動(dòng)性強(qiáng)，能夠及時(shí)地反饋在其它電機(jī)上，則選擇較短地采樣時(shí)間（比如5ms）。

所以，根據(jù)最終使用要求的不同采樣時(shí)間的長(zhǎng)短應(yīng)該是因地制宜，嚴(yán)格區(qū)分的，以期達(dá)到最佳的采樣目的。

1)編碼器線數(shù)的選擇

編碼器線數(shù)即編碼器的分辨率。編碼器線數(shù)越高，則對(duì)電機(jī)的采樣越精確，而編碼器線數(shù)越高，其成本也會(huì)越大，而且PLC中的計(jì)算量也會(huì)比較繁冗，如果選擇的PLC的高速計(jì)數(shù)頻率較低，還會(huì)引起PLC內(nèi)部計(jì)數(shù)混亂和計(jì)算溢出等問題。因此，我們應(yīng)根據(jù)設(shè)備的實(shí)際需求，以及設(shè)備各項(xiàng)配置參數(shù)選擇合適線數(shù)的編碼器，盡可能達(dá)到最佳的參數(shù)配置和最佳的測(cè)量效果。

5）速度采樣的應(yīng)用

采樣出來的速度不僅能夠使我們直觀的觀察到當(dāng)前設(shè)備主軸轉(zhuǎn)速，同時(shí)，也可以利用已采樣出的速度，控制與其有關(guān)系的電機(jī)。

在主動(dòng)放線系統(tǒng)中，放線速度過快導(dǎo)致線材來不及纏繞到主軸上而是線材松弛，而放線速度過慢則導(dǎo)致線材受力不均，以致變形，因此放線速度必須要與主軸轉(zhuǎn)速相匹配。而在纏繞過程中，由于放線電機(jī)與纏繞電機(jī)的線速度需一致，我們利用線速度相匹配關(guān)系通過PLC計(jì)算出放線速度，并自動(dòng)控制放線電機(jī)。

因此，在實(shí)際使用過程中，我們應(yīng)根據(jù)不同使用場(chǎng)合，選用不同的采樣時(shí)間。若僅僅在終端顯示轉(zhuǎn)速，我們一般會(huì)希望速度顯示平穩(wěn)，因此可以選擇較長(zhǎng)的采樣時(shí)間（比如100ms）；但如果我們利用已經(jīng)采樣出的纏繞電機(jī)速度，對(duì)其它電機(jī)控制實(shí)現(xiàn)聯(lián)軸匹配，我們一般會(huì)希望其瞬時(shí)性好，隨動(dòng)性強(qiáng)，能夠及時(shí)地反饋在其它電機(jī)上，則選擇較短地采樣時(shí)間（比如5ms）。

所以，根據(jù)最終使用要求的不同采樣時(shí)間的長(zhǎng)短應(yīng)該是因地制宜，嚴(yán)格區(qū)分的，以期達(dá)到最佳的采樣目的。

1)編碼器線數(shù)的選擇

編碼器線數(shù)即編碼器的分辨率。編碼器線數(shù)越高，則對(duì)電機(jī)的采樣越精確，而編碼器線數(shù)越高，其成本也會(huì)越大，而且PLC中的計(jì)算量也會(huì)比較繁冗，如果選擇的PLC的高速計(jì)數(shù)頻率較低，還會(huì)引起PLC內(nèi)部計(jì)數(shù)混亂和計(jì)算溢出等問題。因此，我們應(yīng)根據(jù)設(shè)備的實(shí)際需求，以及設(shè)備各項(xiàng)配置參數(shù)選擇合適線數(shù)的編碼器，盡可能達(dá)到最佳的參數(shù)配置和最佳的測(cè)量效果。

5）速度采樣的應(yīng)用

采樣出來的速度不僅能夠使我們直觀的觀察到當(dāng)前設(shè)備主軸轉(zhuǎn)速，同時(shí)，也可以利用已采樣出的速度，控制與其有關(guān)系的電機(jī)。

在主動(dòng)放線系統(tǒng)中，放線速度過快導(dǎo)致線材來不及纏繞到主軸上而是線材松弛，而放線速度過慢則導(dǎo)致線材受力不均，以致變形，因此放線速度必須要與主軸轉(zhuǎn)速相匹配。而在纏繞過程中，由于放線電機(jī)與纏繞電機(jī)的線速度需一致，我們利用線速度相匹配關(guān)系通過PLC計(jì)算出放線速度，并自動(dòng)控制放線電機(jī)。

3.電控硬件配置

該系統(tǒng)的主要控制纏繞電機(jī)和排線電機(jī)，完成繞線電機(jī)的啟動(dòng)、停止、手控/腳控、正/反轉(zhuǎn)控制，以及排線的左移、右移控制，且要完成計(jì)匝數(shù)、速度采樣的功能。因此系統(tǒng)要求PLC具有高速脈沖輸出口、高速計(jì)數(shù)口以及一定的I/O點(diǎn)數(shù)量，通過綜合比較，PLC選用了西門子的S7-224XPCN，人機(jī)界面選用HITECH的PWS6710T-P,用于設(shè)定和顯示各種參數(shù)。變頻器選用臺(tái)灣中達(dá)電通公司的VFD015M21A，PLC與變頻器通過RS485口進(jìn)行通訊；步進(jìn)系統(tǒng)采樣樂創(chuàng)公司的DMDT68A(驅(qū)動(dòng)器)+DM3910H（電機(jī)）。如下面圖1，圖2所示。

圖1電機(jī)控制圖

圖1中M1為纏繞電機(jī)，M2為排線電機(jī)，A1為變頻器，A2為步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，G為開關(guān)電源。

圖2PLC原理圖

圖2中A3為PLC、A4為觸摸屏，UC1為旋轉(zhuǎn)編碼器，Y1分別用于控制排線電機(jī)的方向。

4.軟件編程

我們選擇的PLC為西門子XP224CN,編碼器采樣選擇A/B相正交計(jì)數(shù)，高速計(jì)數(shù)模式為HSC0，故脈沖數(shù)為HC0。中斷事件號(hào)為10。

VD400為中斷值，VD404為中斷前值，采樣時(shí)間為25ms，編碼器線數(shù)為200線，VD436為轉(zhuǎn)速顯示。

圖3中斷采樣

圖4轉(zhuǎn)速計(jì)算

5.結(jié)束語

綜上所述，速度的采樣在設(shè)備性能及使用過程中都由為重要，直接關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量和安全生產(chǎn)，是一種值得推廣和廣泛應(yīng)用的技術(shù)措施。而旋轉(zhuǎn)編碼器在自動(dòng)化設(shè)備中的廣泛應(yīng)用，使得通過PLC和旋轉(zhuǎn)編碼器的配合使用可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)顯示，并與相關(guān)控制系統(tǒng)相互配合，協(xié)調(diào)作用，充分發(fā)揮PLC運(yùn)算速度快和靈活性高的特點(diǎn)，設(shè)備操作簡(jiǎn)單，可靠性高，用戶使用后反應(yīng)良好，值得廣泛推廣和應(yīng)用。