旋转编码器在线速度检测控制中的应用

引言

该项目是为某电缆厂的技术改造项目，要改造的设备是利用束线原理制造的盘绞式成缆机，改造的内容是更换全部电气控制系统。这种成缆机的放线盘固定，而收线盘固定在盘绞架上同时完成绞合和收线的双重运动。工作时，在线缆盘直流电机的带动下，完成电缆的收线运动，在排线电机的带动下实现电缆在收线盘的整齐排列。在大盘电机的带动下，通过齿轮箱带动盘绞架实现轴向旋转，完成电缆绞合运动，是保证节距的关键。线速度是由收线盘的旋转速度决定的，如果收线电机的转速恒定，收线盘随着收线轴的变粗，线速度会增大，因此，为保证收线速度恒定，要逐渐降低收线电机的转速。

1 系统设计原理

根据电缆的生产工艺要求，不同型号的电缆，其走线速度是恒定的。通常，电缆的运行速度是由电缆带动旋转编码器来检测的。电缆线速度测速示意图如图1所示。

该项目中，采用的旋转编码器的型号是TRDJ1000系列，旋转一周输出1 000个脉冲。因此，根据在一定时间内检测到的脉冲数，就可以计算出电缆的走线速度。实际应用中，将其与一加工精度极高、周长为500 mm的旋转编码器测量主动轮与旋转编码器同轴安装，主动轮与电缆接触。在电缆生产运动过程中，依靠摩擦力拉动测量轮旋转，这样就把电缆的直线位移(长度)转化为旋转编码器的脉冲数字信号输出。

设旋转编码器每旋转一周，其计数脉冲个数为NP(脉冲个数/转)，则旋转编码器角分辨率(单位：(°)/个)为：

P=360/NP

假定固定在旋转编码器转轴上的主动导向轮半径为r m，则旋转编码器位移分辨率(单位：m/个)为：

Ps=27πr/NP

这时，若计数脉冲个数为N(个)，则由旋转编码器测量的位移量S(单位：m)为：

S=Ps·N

线缆走线速度V(单位：m/s)为：

V=S/T

式中：T为接收N个脉冲所用的时间(单位：s)。

2 硬件电路设计原理

T-INDENT: 0px; PADDING-TOP: 0px; WHITE-SPACE: normal; LETTER-SPACING: normal; BACKGROUND-COLOR: rgb(255,255,255); orphans: 2; widows: 2; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px">　　该检测电路以AT89C51单片机为控制核心，如图2所示，旋转编码器输出的脉冲，经过电平转换，变成O～5 V的TTL电平脉冲，送到AT89 C51单片机的外部中断INT0端。每收到一个脉冲，单片机中断一次，同时计数脉冲存储器加1，与标准脉冲值比较后，单片机的P0口输出给定值数字量，再经过D/A转换变成给定值模拟量，送给收线电机调速器，控制电机转速。这里的D/A转换芯片采用8位数据输入，四路模拟量输出的TLC7226IDW。如果需要提高电机转速控制精度，可以选用其他10位、12位数据输入的D/A转换芯片。

工作时，当收线电机带动电缆运动时，带动旋转编码器的主动轮旋转，从而旋转编码器旋转，输出脉冲。该脉冲送入光电耦合器，进行隔离、整形、电平转换，送给AT89C51的12脚，外部中断INTO进行脉冲计数。每接收到一个脉冲，单片机执行外部中断INT0子程序一次，脉冲计数存储器加1。例如，每间隔1 s读取一次，从而可以根据计数脉冲的个数，与标准脉冲数比较，因此，可以判断当前线速度的大小。

线速度的计算方法如下：

例如，要求线速度V为0.1 m/s。

旋转编码器每秒输出脉冲数=V·Np/C

其中：C为旋转编码器主动轮周长(单位：m)。所以，线速度为O.1 m/s时，旋转编码器每秒输出标准脉冲数=0.1×1000/0.5=200个/s。

3 软件设计

在定时器中断中运行，在计时子程序中，每秒执行一次。即查询每秒收到的脉冲数是否与标准脉冲相同。该线速度控制子程序如图3所示。

首先，读脉冲计数存储器的数值，与标准脉冲数比较，等于标准脉冲，脉冲计数存储器数值清零，说明此时走线速度等于标准速度;若大于标准脉冲数，说明线速度大于标准线速度，因此，必须使调速器给定值减1，使得收线电机转速减低;若小于标准脉冲数，说明线速度小于标准线速度，必须使调速器给定值加1，使得收线电机转速增加，从而形成闭环线速度控制反馈系统，控制收线电机旋转速度，使得线速度保持恒定。

4 结语

上述线速度控制系统已成功应用在实际的技术改造中，为企业节约了近百万元的技术改造资金。结果表明，该系统具有运行稳定可靠、电路简单、测量精度较高、成本低等特点，完全满足电缆生产工艺要求，其简洁的电路设计和典型的控制方法具有较高的参考价值。