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数 采 与 监 测

《

ＰＬＣ 技术应用 ２００ 例》

您的论文得到两院院士关注

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。

（

下转第

５３

页

）

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