1、背景

1.1定義

平衡機是測量旋轉物體(轉子)不平衡量大小和位置的機器。

任何轉子在圍繞其軸線旋轉時，由于相對于軸線的質量分布不均勻而產生離心力。這種不平衡離心力作用在轉子軸承上會引起振動，產生噪聲和加速軸承磨損，以致嚴重影響產品的性能和壽命。電機轉子、機床主軸、內燃機曲軸、汽輪機轉子、陀螺轉子和鐘表擺輪等旋轉零部件在制造過程中，都需要經過平衡才能平穩正常地運轉。 根據平衡機測出的數據對轉子的不平衡量進行校正，可改善轉子相對于軸線的質量分布，使轉子旋轉時產生的振動或作用于軸承上的振動力減少到允許的范圍之內。因此，平衡機是減小振動、改善性能和提高質量的必不可少的設備。

1.2分類

平衡機可以分為 重力式平衡機和離心力式平衡機是兩類型。

重力式平衡機一般稱為靜平衡機。它是依賴轉子自身的重力作用來測量靜不平衡的。僅適用于某些平衡要求不高的盤狀零件。

離心式平衡機是在轉子旋轉的狀態下，根據轉子不平衡引起的支承振動，或作用于支承的振動力來測量不平衡。其按校正平面數量的不同，可分為單面平衡機和雙面平衡機。單面平衡機只能測量一個平面上的不平衡(靜不平衡)，它雖然是在轉子旋轉時進行測量，但仍屬于靜平衡機。雙面平衡機能測量動不平衡，也能分別測量靜不平衡和偶不平衡，一般稱為動平衡機。

1.3 動平衡機原理

動平衡測試系統的結構如右圖所示，在平衡系統的轉子支撐點兩端各有一個壓電傳感器用以拾取轉子的振動信號，而在轉子的一側的光電開關是用來獲取相位基準以及轉速信息。三路信號送入數據采集器，然后上傳至上位機對信號進行處理,通過一定的解算，得到Ⅰ、Ⅱ校正面所需校正量的大小和相位，據此就可以實現對轉子的不平衡校正。

2、方案

2.1 傳統控制方案

動平衡測試機傳統上是采用工控機和數據采集卡組成信號采集、處理和邏輯控制系統，但這種方案由于使用工控機，造成系統整體可靠性差，對操作人員要求高，無法適應工廠車間應用要求。因此部分設備廠商轉而采用工業領域廣泛使用的具有極高可靠性的PLC作為控制方案。

2.2 控制要點

● 動平衡測試機對數據的采集要求屬于基于脈沖同步的高速模擬量采集，即當系統捕獲脈沖信號后立刻觸發數據采集（從模擬量模塊上獲取具體數值）。在實際應用中，觸發系統進行數據采集的脈沖頻率不低于840Hz（以測試對象為額定轉速2100rpm, 12對極的電機轉子為例）。因此要求主機和模擬量采集模塊都必須具備高速響應的能力。

● 系統必須具有大容量的數據存儲器，能保存每次采集的數據。

2.3 合信技術的控制方案

針對動平衡測試機的特點，合信技術推出了一種特殊的模擬量模塊（CTS7 231-7HA32），該模塊的數據采集時間為16微秒，采樣頻率62.5kHz。根據采樣定理，如果系統數據采樣頻率要達到840Hz，則模擬量采樣單元需要840*5=4.25kHz以上的速度，才能較好地還原信號；如果需要更高的采樣精度，則需要更高速度的模擬量采集模塊。由此可見CTS7 231-7HA32模塊完全勝任動平衡測試機的要求。

在保證模擬量模塊能夠準確及時獲取信號的同時，合信技術優化了CPU程序獲取數據的機制，通過讓采樣脈沖信號觸發具有更高響應優先級的高速計數中斷來獲取數據。CTSC-200 CPU的高速計數中斷延遲僅為60微秒，即PLC程序獲得數據的頻率為16kHz。

在實際應用中，采用合信PLC的動平衡測試機的數據采集速度和質量已經達到了專用數據采集儀的效果。并且CTSC-200 CPU快速的浮點數處理能力也完全能夠勝任后續數據處理的要求。

下表為幾種類型方案對比：

2.4 合信技術方案組成及產品列表

3、結論

本文描述了一種基于合信技術CTSC-200 PLC的動平衡測試機的控制方案，這個方案解決了其它品牌標準PLC無法進行快速數據采集的問題，并且同工控機的方案相比，可靠性更高、價格更低，極具性價比優勢。