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术
创
新
数 采 与 监 测
《
PLC 技术应用 200 例》
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3.1
温度检测子系统
温 度 检 测 系 统 主 要 采 用
K
型 热 电 偶 和 工 控
I/O
模 块
ADAM4018+
实现 。
ADAM4018+
是 一 个
16
位
A/D
,
8
路 差 分 热
电 偶 输入 模 块 , 可以直接将温度值转换为工程单位摄氏度。采
样 速 率 为
10
个 采 样 点
/
秒 , 输 入 阻 抗
20
兆 欧 , 精 确 度 ≦
±
0.1
﹪, 功耗
1.2W
。一 个
ADAM4018+
模块 即 可 实现 直 线 电机
8
个
点的温度检测。
图
2
直线电机检测系统人机界面
直线 电 机检 测 人 机界 面 如 图
2
所 示 , 采用力控组态软 件 进
行开发。通过本界面可以准确地检测出直线电机的多点绕组温
度
(°C)
和直线 电 机 推
/
拉 力 值
(N)
, 实现对直线电机运行情况的
动态检测。
3.2
力检测子系统
直线电机推
/
拉力检测主要有力传感器
U9B
、力信 号 放大
器
AE301
和工控
I/O
模块
ADAM4017+
组成。
U9B
采 用 平衡 电
桥 测量 原 理 , 具有
20KN
的 测 量量 程 。
AE301
的 输出 量 程 与
16
位
A/D
、
8
路 差 分模 拟 量 输入
I/O
模 块
ADAM4017+
的输 入 量 程
同 为
±
10V
, 可以直接连接。
AE301
输 出 满量 程
±
10V
时, 对 应
直 线电 机 的 推
/
拉 力 值 为
±
20KN
。由 公 式
3.2.1
可 以 间 接计 算
出 直 线 电 机 的 实 时 推
/
拉 力 值
(N)
,
u
为
AE301
输 出 的 电 压 值
(V)
。直线电机推
/
拉力的测试界面如图
2
所示。
3.3
位置检测子系统
针对增量式直线 光栅 尺 所 输出
A
,
B
两 相 相位 差 为
90°
方
波 信 号 的 四 倍 频 及 鉴 向 电 路 如 图
3
所 示 。 该 电 路 在 实 现
A
,
B
相 方 波 信 号 四 倍 频 后 的 正 向 脉 冲
CP+
与 反 向 脉 冲
CP-
的 同
时, 还可鉴别出直线电机的移动方向。当有正向脉冲
CP+
输出
时 ,
CP+ EN
使 能 信 号 为 低 电 平 ,
CP- EN
使 能 信 号 为 高 电 平 ;
有 反 向 脉 冲
CP-
输 出 时 ,
CP- EN
使 能 信 号 为 低 电 平 ,
CP+ EN
使能信号为高电平。这
4
路 信号 用 于
PCI-1780
计数 卡 检 测直
线电机的位移量和运动方向。
图
3
光栅信号四倍频及辨向电路
本系统所采用直线光 栅 尺 分辨 率 为
20μm
, 即光栅尺每移
动
20μm
,
A
、
B
两相各输出一个相位相差
90°
的方波信号。经
四 倍 频 后 一 个 脉 冲 转 换 为 位 移 量 为
0.005mm
, 因此 当 前 光 栅
尺 的 位 移 量 即 为
PCI-1780
所 计 脉 冲 数 乘 以
0.005mm
。
PCI-1780
计数卡内部寄存器为
16
位, 可计
2
16
=65536
个脉冲。
65536
个 脉 冲 折 合 到 四 倍 频 后 光 栅 尺 信 号 的 位 移 量 是
65536×0.005/1000≈ 0.33m
, 而本系统所 用直 线 电 机的 最 大
位移 量 为
1.0m
, 因此单用一个计 数 器不 能 满 足直 线 电 机位 移
量的检测要求。需采用两个计数器级联计数的方案。两个计数
器级 联 , 其计数范围是
2
32
=4294967296
个 脉 冲, 折 合 位 移量 约
21474.84m
, 可满足需要。
PCI-1780
计数卡的
E
工作模式是带
门控功能的计数模式。其特点是只有当门脉冲
(Gate)
是高 电 平
时才对源脉冲进行计数, 并且
E
模式 在 计 满一 个 计 数周 期 后 计
数 器 不 会停 止 , 而是自动循环计数。可实现两个或两个 以 上计
数器的级联, 进行更大量程的脉冲计数。
E
计 数 模 式 下 实 现 正 反 向 检 测 直 线 电 机 位 移 的 工 作 原 理
如 图
4
所 示 。 使 用
PCI-1780
的 四 个 计 数 器——
—
Counter0
,
Counter1
,
Counter2
和
Counter3
。其 中
Counter0
和
Counter1
级 联 组 成正 向计数器组
CounterA
, 对正向输入脉冲
CP+
进行计
数。
Counter2
和
Counter3
级联组成反向计数器组
CounterB
, 对
反向输入脉冲
CP-
进行计数。四个计数器均使用
E
工作模式。
图
4
直线电机位移测试原理图
当直 线 电机 带 动 直线 光 栅 尺作 正 方 向运 动 时 , 经四 倍 频 及
鉴向电路,
CP+
输出脉冲序列, 同时
CP+ EN
为低电平。通 过
PCI-1780
的 数字 量 输 入 通 道 , 检 测到
CP+ EN
为 低 电 平 ,
DI0
的 值 为
0
。
DI0
的 值 与
CounterA
的 软 触 发 命 令 链 接 起 来 , 当
DI0
为
0
时 , 触 发
CounterA
, 对 脉 冲 进 行 计 数 , 实 现
CounterA
的软启动。因
CounterA
的门引脚已接上高电平, 故
CounterA
一
旦被软触发启动后就可对进入的脉冲进行计数。若某个时刻
DI1
检测到
CP- EN
为低电平, 则
DI1
的值为
0
,
CounterB
开启并对
反向脉冲进行计数, 同时关闭
CounterA
,
CounterA
停止计数并
清零。在
CounterA
被关闭清零之前, 其当前计数值赋给另外一
个变量, 以便对正向脉冲进行显示、累计和位移量转换等工作。直
线电 机 反 向 运 动 时
CounterB
的 设 置 与 工 作 原 理 同
CounterA
。
直线电机正反向运动时其位移量的测试人机界面如图
2
所示, 通
过该界面可以准确地检测出直线电机的运动方向和运动位移量。
4
结 束 语
直 线 电 机 凭 借 其 零 传 动 、高 速 高 精 等 优 越 的 性 能 , 并 随 着
性价 比 的 日益 提 高 , 在我国的制造业有着广泛的应用 前 景 。本
文 立 足 于 直 线 电 机 的 应 用 构 建 了 有 关 直 线 电 机 位 移 、 拉 力 推
力、绕组温度等重要参数的检测系统。
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