机车测试系统中的转速测量

2012-07-20 14:50:19来源: 21ic

    在工业生产和试验过程中,经常会遇到各种转速的测量和控制问题。多数情况下可以通过电磁或光电等方法,将转速测量转变为频率测量。测量频率的方法有很多,不同的方法各有不同的适用范围。近年来随着电子技术的迅速发展,工业测控设备不断更新,频率测量的方法和设备也有新的进展。在实际应用中,选择不同的技术设计方案,效果可能相差甚远。本文以机车试验床测试系统中的转速测量为例,说明如果能具体分析,对症下药,把方案设计和具体的技术设计工作做好做细,则采用简单的方法、挖掘已有测控设备的潜力,也能取得令人满意的效果。

    1 试验系统概况及对转速测量的要求

    机车试验床测试系统是为了解决列车的离线试验问题(进行机车维护和出厂试验时均需进行试验)而设计的。以往这类试验是采用在线方式、在列车线路的空闲间隙内穿插进行,变得更加困难,列车提速后,线路更加紧张。要彻底解决这一问题,有必要建造离线的试验床测试系统,对机车进行离线测试。

    试验系统的结构如图1所示。待试机车被驱动到

试验床上,机车车轮依次与传动轮摩合。传动轮三个一组,先通过机械式同步,然后分别驱动两台测功机(励磁发电机组)。测功机的输出接到大小可控的水阻阵列上,模拟机车负载,消耗机车功率。试验时,在一定条件下启动机车,调整测功机的负载和转速,可以使机车按照与线路上类似的工况(运行速度和拖动力)运行。试验中任何时刻,两台测功机的转速必须保持一致。

试验系统的结构

    与一般的控制对象相比,对测功机的转速控制要求速度较快,特别是在加入内环电流反馈之后;对转速的显示精度要求也较高,希望在测量转速上限时相对误差不大于0.2%。本系统中设计的电流环调节周期为O.1秒,用于显示和记录的转速测量周期为1秒,试验系统设计的转速测量范围为200~1000转/分。测功机的转速测量性能对于整个系统的运行起着决定性的作用。

    另外在试验中需要在车下的控制室内对机车上的重要参数进行监控,包括车上发电机的电压、电动机电流和柴油机的转速。对于柴油机转速,车上通常只提供每转一次的电脉冲信号,转速范围为500~1500转/分。由于这些测量参数只是用于对机车运行状态进行监控,因此对测量精度和测量速度的要求不高,不大于1%的相对误差和l~3秒的测量周期即可。

    考虑到对测功机的测量和控制速度要求较高及提高 测控系统的抗干扰能力,试验系统采用OMRON的CJ1-M型PLC控制器作为下位机,执行绝大部分测量和控制任务;机车上的数据则通过以Adam-4017+八通道模拟量输入模块为核心构成的便携式车上数据采集装置进行采集,采集的结果经RS-485总线传送到上位监控机。

    本文只讨论测功机和柴油机的转速测量问题。

    2 机车测试系统中的转速测量

    2.1 测功机的转速测量

    可编程控制器CJl系列中有一个特殊单元是高速计数单元CT021。每块CT021具有两个高速计数器,每个计数器的容量为二进制32位,可接受频率高达50kHz的输入脉冲,以实现快速运动的精确控制。两个输入通道分别用于两台测功机的转速测量。

    CT021采用计数法测量输入信号的频率。选用分辨率为1024的光电编码器实现转速一电信号频率转换。在转速下限(200转/分)时,实际输出的脉冲频率为1024×200/60s=3400/s,即3400Hz。为实现周期为O.1秒的快速调节,应配以周期为0.1秒的高速采样,此时每周期可采脉冲为340个,相对误差不超过±O.3%,可以满足转速控制要求。

    在转速上限时.计数法的测量精度会有改善,但需核对计数单元对于输入脉冲频率的上限限制。转速为1000转份时,输入脉冲频率为1024×1000/60s,即17.07kHz,不会超过50kHz硬件脉冲频率上限的限制。

    尽管上述单相脉冲输入方式已经可以满足系统测速要求,为保有一定的余量,系统实际采用差相输入方式,使输入脉冲的频率提高一倍,测量误差再减小一半。

    做完上述核对工作、确定测量所需硬件之后,软件上要做的工作相对较简单,只要按照厂家提供的技术资料在程序中对CT021的工作方式进行正确地初始化设置,上电后程序就会在每个循环中将计数结果存放到指定的内存地址中。可以将这些数据转移到数据存储区,供实现转速调节的指令使用。

[1] [2]

关键字:机车测试  转速  PLC

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/0720/article_5483.html
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