0 引言

　　在傳動系統(tǒng)中，旋轉(zhuǎn)運動是最基本的運動形式。在對機械運動的控制中需要對機械的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)方向進行檢測以改善控制系統(tǒng)的性能，提高系統(tǒng)的精度。通常轉(zhuǎn)速測量裝置有光柵傳感器和測速發(fā)電機等，但是速度傳感器在長時間運行后易發(fā)生傳感器失靈等故障，且在低速運行時容易發(fā)熱，電動機效率較低等問題；而用于檢測旋轉(zhuǎn)方向的裝置有如旋轉(zhuǎn)編碼器、速度繼電器等，它們用于不同的場合，但使用范圍有限，靈活性不高。本文提出了一種用接近開關通過S7-200 PLC編程，實現(xiàn)對機械的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)方向進行檢測的方法。并給出了詳細的PLC程序，由于采用PLC程序?qū)崿F(xiàn)檢測，編程簡單，方法可靠。對檢測設備要求不高，利用機械自身的齒輪配合接近開關即可實現(xiàn)，通過對C650-2型車床的PLC改造證明了該方法的有效性。

1 原理分析

　　為了檢測機械的旋轉(zhuǎn)方向，我們在機械的旋轉(zhuǎn)軸上安裝一個齒盤，在齒盤邊上放置兩個接近開關，一般設齒距為齒寬的2倍，齒寬為兩個接近開關中心距的2倍。當齒盤在正轉(zhuǎn)時(順時針方向)產(chǎn)生一個10.0超前10.1約四分之一周期的相位差；當齒盤在反轉(zhuǎn)時產(chǎn)生一個10.1超前10.0約四分之一周期的相位差，如圖1所示?？梢愿鶕?jù)正一反轉(zhuǎn)時兩個接近開關產(chǎn)生的相位不同來檢測旋轉(zhuǎn)方向。從圖1可知，在正轉(zhuǎn)時10.0超前10.1，當10.0=1時，10.1由0變?yōu)?，產(chǎn)生一個正跳變；在反轉(zhuǎn)時10.1超前10.0，在10.0=1時，10.1由1變?yōu)?，產(chǎn)生一個負跳變，根據(jù)在10.0=1時10.1是正跳變還是負跳變就可以辨別出機械的旋轉(zhuǎn)方向。

圖1旋轉(zhuǎn)方向檢測原理圖

　　如果對上述的正跳變(或負跳變)在一定的采樣周期內(nèi)進行計數(shù)，就可以計算出物體的旋轉(zhuǎn)速度。設采樣周期為T秒，在采樣周期內(nèi)正跳變(或負跳變)的計數(shù)值為M，齒盤的齒數(shù)為N，則齒盤旋一圈產(chǎn)生的正跳變(或負跳變)數(shù)為N，在采樣周期內(nèi)齒盤旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)為，則可計算出物體的旋轉(zhuǎn)速度為n=60M／TN轉(zhuǎn)／分。

2 梯形圖設計

　　本文采用西門子S7—200 CPU224可編程控制器來實現(xiàn)轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)方向的檢測，該PLC有14個輸入點，10個輸出點完全能滿足控制要求H1。設輸入繼電器10.0、10.1分別為兩個接近開關的輸入檢測信號，內(nèi)部輔助繼電器M0.3、M0.4分別為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的方向信號。M0.1、M0.2分別為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的內(nèi)部脈沖信號。根據(jù)轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)方向檢測的基本原理，設計出PLC控制梯形圖如圖2所示。

圖2旋轉(zhuǎn)方向檢測及轉(zhuǎn)速計算梯形圖

　　當齒盤旋轉(zhuǎn)一個齒距時，10.0，10.1的輸入波形分別變化一個檢測周期。在圖2梯形圖中，用內(nèi)部輔助繼電器MO．1反映齒盤旋轉(zhuǎn)時在10.0=1時，10.1所產(chǎn)生的正跳變脈沖信號；M0.2反映齒盤旋轉(zhuǎn)時在10.0=1時，10.1所產(chǎn)生的負跳變脈沖信號。在10.0=I時，以10.1由0變?yōu)?，或由1變?yōu)?的點為檢測點。在檢測點處，如果是正轉(zhuǎn)，10.1產(chǎn)生的正跳變脈沖信號使M0.1得電，繼而使正轉(zhuǎn)方向信號M0.3的線圈得電并自鎖，同時使反轉(zhuǎn)方向信號M0.4的線圈失電；如果是反轉(zhuǎn)，則10.1產(chǎn)生的負跳變脈沖信號使M0.2得電，繼而使反轉(zhuǎn)方向信號M0.4的線圈得電并自鎖，同時使正轉(zhuǎn)方向信號M0.3的線圈失電；可見，在正轉(zhuǎn)時M0.1線圈得電，在反轉(zhuǎn)時M0.2線圈得電，但都只是在檢測點處接通一個掃描周期，產(chǎn)生一個不連續(xù)脈沖信號，而繼電器M0.3，M0.4產(chǎn)生的則是連續(xù)信號。在齒盤停止轉(zhuǎn)動時，內(nèi)部繼電器M0.3，M0.4不能自動復位，為了在齒盤停止轉(zhuǎn)動時能使M0.3，M0.4信號復位，設置了一個定時器T37，在齒盤旋轉(zhuǎn)時M0.1或M0.2常閉接點每隔一個檢測周期斷開一次，使定時器T37始終達不到設定值，T37的設定值根據(jù)齒盤的轉(zhuǎn)速和齒數(shù)來確定，當齒盤停止轉(zhuǎn)動時，M0.1和M0．2常閉接點不再斷開，T37延時到設定值時，其常閉接點斷開M0.3，M0.4線圈，使其復位。

　　為了能較準確地計算出旋轉(zhuǎn)速度，設置了一個定時器T38作為采樣計時，一個計數(shù)器C0作為脈沖計數(shù)，采樣時間到后，讀取定時器和計數(shù)器的當前值，送轉(zhuǎn)速計算子程序。

3 在C650—2型普通車床PLC改造中的應用

　　在C650—2型普通車床是一種中型車床，主要控制對象有主軸電機、冷卻泵電機和快速移動電機。其主要控制特點為：主軸電機采用電氣正反轉(zhuǎn)控制；主電機容量為20KW，慣性大，采用電氣反接制動，實現(xiàn)快速停車；為便于對刀，主軸可作點動調(diào)整。在原繼電器、接觸器控制系統(tǒng)中，主軸電機正、反轉(zhuǎn)由按鈕SB2、SB3，接觸器KM1、KM2控制。起動時由接觸器KM3的主觸點將反接制動電阻R短接，實現(xiàn)全壓起動。主軸停車時，按下停止按鈕SB1，主軸電機定子繞組串入反接制動電阻R，采用速度繼電器來檢測電動機的旋轉(zhuǎn)速度，以控制電動機在反接制動過程中，當電動機的轉(zhuǎn)速接近為零時斷開電源。速度繼電器一般和電動機同軸相連，安裝很不方便，精度不高，也容易損壞，此外該機床使用年限已久，故障率高，維修工作量大，生產(chǎn)率下降，嚴重影響了正常生產(chǎn)，為此我們對該機床進行了PLC改造。在機床的PLC改造中，電動機采用PLC控制，去掉速度繼電器，采用上述方式直接檢測電動機的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向，不僅可以簡化電路，而且安裝地點比較靈活，安裝精度要求也不高。下面介紹C650—2型普通車床PLC改造中PLC控制的設計原理。

　　C650—2型普通車床PLC控制的接線圖如圖3所示。圖中KSl，KS2為檢測旋轉(zhuǎn)方向的兩個接近開關，其電源可利用PLC的24 V內(nèi)部電源。SB1、SB2、SB3、SB4分別為主軸電機的停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、點動控制按鈕，SB5、SB6為冷卻泵電機的起動、停止控制按鈕，SQ為刀架快速移動操作手柄控制的行程開關。KM1，KM2為控制主軸電機正反轉(zhuǎn)的接觸器線圈，KM3為主軸電機直接起動時將反接制動電阻R短接的接觸器線圈，KM4，KM5為控制冷卻泵電機和快速移動電機的接觸器線圈，熱繼電器FR1、FR2分別用于主軸電機和冷卻泵電機的過載保護。圖4為C650—2型普通車床PLC控制的梯形圖。下面簡要說明其工作原理。

圖3 C650—2型車床PLC接線圖

圖4 C650—2型普通車床PLC控制的梯形圖

　　主軸電機啟動控制。以正轉(zhuǎn)啟動為例，按下正轉(zhuǎn)啟動按鈕SB2，輸入繼電器10.3動作，使輸出繼電器Q0.3、Q0.1得電自鎖，控制接觸器KM3得電將反接制動電阻R短接，KM1得電使主軸電機正向起動，同時與主軸電機相連的齒盤也正轉(zhuǎn)，接近開關10.0，10.1產(chǎn)生如圖1b所示的正轉(zhuǎn)輸入波形，使正轉(zhuǎn)方向檢測繼電器M0.3得電，使Q0.2線圈回路中的M0.3常開觸點閉合，為反接制動做好準備。主軸電機停車反接制動控制。按下停止按鈕SB1，輸入繼電器10.2動作，使Q0.3線圈失電，Q0.3常開觸點斷開正轉(zhuǎn)線圈Q0.1，Q0.3常閉觸點接通Q0.2反轉(zhuǎn)線圈，主軸電機進入反接制動。在反接制動過程中，主軸電機仍在正轉(zhuǎn)，M0.3=1，Q0.2保持得電，電動機轉(zhuǎn)速急劇下降到零，欲反轉(zhuǎn)時，在一個檢測周期之內(nèi)，10.1將產(chǎn)生一個下降沿，使M0.3--0，M0.4=1，Q0.2反轉(zhuǎn)線圈失電，主軸電機失電。主軸電機的轉(zhuǎn)速幾乎是在零速時停止，因此制動迅速，制動效果明顯優(yōu)于速度繼電器。

　　主軸電機點動控制。按下點動按鈕SB4，輸入繼電器10.5動作，輸出繼電器Q0.1得電，電源通過制動電阻使主軸電機起動，松開點動按鈕SB4，輸出繼電器Q0.1失電，實現(xiàn)點動控制。

4 結(jié)束語

　　將PLC控制的接線圖和梯形圖應用于C650-2型普通車床的電氣改造，應用結(jié)果證明了“用接近開關通過PLC編程，實現(xiàn)對機械的旋轉(zhuǎn)方向進行檢測”方法的有效性。在采用PLC的電氣控制系統(tǒng)中，該方法只需要兩只接近開關和簡單的編程就可以代替速度繼電器，從而節(jié)省了成本，避免了復雜的安裝和調(diào)試，故障率也大為減少。因此在需要旋轉(zhuǎn)量檢測的場所采用上述方法有一定的實用價值。