摘要：本文介紹了用于線圈繞制時，通過編碼器采樣與PLC精確計算最終顯示出當前繞線機的實際轉速，并簡單闡述了采樣出的繞線速度在設備的運用。

1.引言

早期電子產品發展相對滯后，在很長一段時間內，設備都無法準確的通過電器控制系統顯示轉速及相關參數，大多采用機械式計數器計數，但只能記錄最終圈數，不能準確測量當前轉速，對產品質量要求較高國防等尖端工業造成了極大的影響，無法快速提升產品質量，且存在極大地不可控性，嚴重制約電子工業配套設備的升級換代。

在繞線機繞制過程中，為了使操作人員能夠主觀地觀察到當前繞制速度，一般需要在顯示器上實時顯示出當前設備轉速。而在傳統繞制中，通常都會在旋轉軸端加測速電機，一定轉速對應的一定的電壓值，然后通過一定的轉換公式計算出對應轉速，這種方法不但精準度較低，而且其體積較大，在安裝的時候一般會受到限制。而旋轉編碼器由于其成本低、體積小、易于安裝、維護方便、壽命長，且與PLC結合計算簡單、精確，從而被廣泛應用于各種工控場合。

2.原理

在一般繞線機設備中，我們通常采用A/D轉換模塊將電位器模擬量值（0~5v）轉換數字量（0~16000），經過PLC計算，通過RS485通訊控制變頻器頻率，對電機進行無極調速，從而實現線圈的繞制。然后通過旋轉編碼器進行采樣，再結合PLC進行精確計算,最后在觸摸屏實時顯示繞線機轉速，同時利用已經采樣出的纏繞電機速度，經過PLC運算將與其有關系的電機（比如主動放線電機、排線電機）進行匹配，調整設置各參數，使各部分相互租用，有機結合，從而實現設備自動化、智能化。

首先我們根據PLC高速計數器采樣旋轉編碼器在單位時間內的脈沖數，計算出每秒脈沖的增量數，然后和選用的編碼器的線數經過計算在顯示屏上顯示出設備當前實時轉速，并通過主軸與其他匹配電機的關系，計算出其他電機的轉速，達到設備自動匹配。

1)中斷采樣

因此，在實際使用過程中，我們應根據不同使用場合，選用不同的采樣時間。若僅僅在終端顯示轉速，我們一般會希望速度顯示平穩，因此可以選擇較長的采樣時間（比如100ms）；但如果我們利用已經采樣出的纏繞電機速度，對其它電機控制實現聯軸匹配，我們一般會希望其瞬時性好，隨動性強，能夠及時地反饋在其它電機上，則選擇較短地采樣時間（比如5ms）。

所以，根據最終使用要求的不同采樣時間的長短應該是因地制宜，嚴格區分的，以期達到最佳的采樣目的。

1)編碼器線數的選擇

編碼器線數即編碼器的分辨率。編碼器線數越高，則對電機的采樣越精確，而編碼器線數越高，其成本也會越大，而且PLC中的計算量也會比較繁冗，如果選擇的PLC的高速計數頻率較低，還會引起PLC內部計數混亂和計算溢出等問題。因此，我們應根據設備的實際需求，以及設備各項配置參數選擇合適線數的編碼器，盡可能達到最佳的參數配置和最佳的測量效果。

5）速度采樣的應用

采樣出來的速度不僅能夠使我們直觀的觀察到當前設備主軸轉速，同時，也可以利用已采樣出的速度，控制與其有關系的電機。

在主動放線系統中，放線速度過快導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致線材受力不均，以致變形，因此放線速度必須要與主軸轉速相匹配。而在纏繞過程中，由于放線電機與纏繞電機的線速度需一致，我們利用線速度相匹配關系通過PLC計算出放線速度，并自動控制放線電機。

因此，在實際使用過程中，我們應根據不同使用場合，選用不同的采樣時間。若僅僅在終端顯示轉速，我們一般會希望速度顯示平穩，因此可以選擇較長的采樣時間（比如100ms）；但如果我們利用已經采樣出的纏繞電機速度，對其它電機控制實現聯軸匹配，我們一般會希望其瞬時性好，隨動性強，能夠及時地反饋在其它電機上，則選擇較短地采樣時間（比如5ms）。

所以，根據最終使用要求的不同采樣時間的長短應該是因地制宜，嚴格區分的，以期達到最佳的采樣目的。

1)編碼器線數的選擇

編碼器線數即編碼器的分辨率。編碼器線數越高，則對電機的采樣越精確，而編碼器線數越高，其成本也會越大，而且PLC中的計算量也會比較繁冗，如果選擇的PLC的高速計數頻率較低，還會引起PLC內部計數混亂和計算溢出等問題。因此，我們應根據設備的實際需求，以及設備各項配置參數選擇合適線數的編碼器，盡可能達到最佳的參數配置和最佳的測量效果。

5）速度采樣的應用

采樣出來的速度不僅能夠使我們直觀的觀察到當前設備主軸轉速，同時，也可以利用已采樣出的速度，控制與其有關系的電機。

在主動放線系統中，放線速度過快導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致線材受力不均，以致變形，因此放線速度必須要與主軸轉速相匹配。而在纏繞過程中，由于放線電機與纏繞電機的線速度需一致，我們利用線速度相匹配關系通過PLC計算出放線速度，并自動控制放線電機。

3.電控硬件配置

該系統的主要控制纏繞電機和排線電機，完成繞線電機的啟動、停止、手控/腳控、正/反轉控制，以及排線的左移、右移控制，且要完成計匝數、速度采樣的功能。因此系統要求PLC具有高速脈沖輸出口、高速計數口以及一定的I/O點數量，通過綜合比較，PLC選用了西門子的S7-224XPCN，人機界面選用HITECH的PWS6710T-P,用于設定和顯示各種參數。變頻器選用臺灣中達電通公司的VFD015M21A，PLC與變頻器通過RS485口進行通訊；步進系統采樣樂創公司的DMDT68A(驅動器)+DM3910H（電機）。如下面圖1，圖2所示。

圖1電機控制圖

圖1中M1為纏繞電機，M2為排線電機，A1為變頻器，A2為步進驅動器，G為開關電源。

圖2PLC原理圖

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

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相正交計數，高速計數模式為HSC0，故脈沖數為HC0。中斷事件號為10。

VD400為中斷值，VD404為中斷前值，采樣時間為25ms，編碼器線數為200線，VD436為轉速顯示。

圖3中斷采樣

圖4轉速計算

5.結束語

綜上所述，速度的采樣在設備性能及使用過程中都由為重要，直接關系到產品質量和安全生產，是一種值得推廣和廣泛應用的技術措施。而旋轉編碼器在自動化設備中的廣泛應用，使得通過PLC和旋轉編碼器的配合使用可實現轉速的實時顯示，并與相關控制系統相互配合，協調作用，充分發揮PLC運算速度快和靈活性高的特點，設備操作簡單，可靠性高，用戶使用后反應良好，值得廣泛推廣和應用。