來(lái)源：電子技術(shù)應(yīng)用 作者：清華大學(xué) 李迎春 朱善君 錢(qián)利民

    摘要：討論了機(jī)車(chē)定置試驗(yàn)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速測(cè)量問(wèn)題。首先介紹了機(jī)車(chē)試驗(yàn)系統(tǒng)的基本功能和結(jié)構(gòu)及其對(duì)轉(zhuǎn)速測(cè)量的具體要求；根據(jù)這些要求，對(duì)測(cè)功機(jī)和機(jī)車(chē)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并研究了通過(guò)plc的di輸入對(duì)中低轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量的方法，使整個(gè)設(shè)計(jì)既滿(mǎn)足系統(tǒng)的特殊要求，又具有較高的性?xún)r(jià)比。

    關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)速測(cè)量頻率測(cè)量機(jī)車(chē)試驗(yàn)臺(tái)

    在工業(yè)生產(chǎn)和試驗(yàn)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到各種轉(zhuǎn)速的測(cè)量和控制問(wèn)題。多數(shù)情況下可以通過(guò)電磁或光電等方法，將轉(zhuǎn)速測(cè)量轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率測(cè)量。測(cè)量頻率的方法有很多，不同的方法各有不同的適用范圍。近年來(lái)隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)測(cè)控設(shè)備不斷更新，頻率測(cè)量的方法和設(shè)備也有新的進(jìn)展。在實(shí)際應(yīng)用中，選擇不同的技術(shù)設(shè)計(jì)方案，效果可能相差甚遠(yuǎn)。本文以機(jī)車(chē)試驗(yàn)床測(cè)試系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速測(cè)量為例，說(shuō)明如果能具體分析，對(duì)癥下藥，把方案設(shè)計(jì)和具體的技術(shù)設(shè)計(jì)工作做好做細(xì)，則采用簡(jiǎn)單的方法、挖掘已有測(cè)控設(shè)備的潛力，也能取得令人滿(mǎn)意的效果。

    1 試驗(yàn)系統(tǒng)概況及對(duì)轉(zhuǎn)速測(cè)量的要求

    機(jī)車(chē)試驗(yàn)床測(cè)試系統(tǒng)是為了解決列車(chē)的離線(xiàn)試驗(yàn)問(wèn)題(進(jìn)行機(jī)車(chē)維護(hù)和出廠(chǎng)試驗(yàn)時(shí)均需進(jìn)行試驗(yàn))而設(shè)計(jì)的。以往這類(lèi)試驗(yàn)是采用在線(xiàn)方式、在列車(chē)線(xiàn)路的空閑間隙內(nèi)穿插進(jìn)行，變得更加困難，列車(chē)提速后，線(xiàn)路更加緊張。要徹底解決這一問(wèn)題，有必要建造離線(xiàn)的試驗(yàn)床測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)機(jī)車(chē)進(jìn)行離線(xiàn)測(cè)試。

    試驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。待試機(jī)車(chē)被驅(qū)動(dòng)到試驗(yàn)床上，機(jī)車(chē)車(chē)輪依次與傳動(dòng)輪摩合。傳動(dòng)輪三個(gè)一組，先通過(guò)機(jī)械式同步，然后分別驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)測(cè)功機(jī)(勵(lì)磁發(fā)電機(jī)組)。測(cè)功機(jī)的輸出接到大小可控的水阻陣列上，模擬機(jī)車(chē)負(fù)載，消耗機(jī)車(chē)功率。試驗(yàn)時(shí)，在一定條件下啟動(dòng)機(jī)車(chē)，調(diào)整測(cè)功機(jī)的負(fù)載和轉(zhuǎn)速，可以使機(jī)車(chē)按照與線(xiàn)路上類(lèi)似的工況(運(yùn)行速度和拖動(dòng)力)運(yùn)行。試驗(yàn)中任何時(shí)刻，兩臺(tái)測(cè)功機(jī)的轉(zhuǎn)速必須保持一致。

    與一般的控制對(duì)象相比，對(duì)測(cè)功機(jī)的轉(zhuǎn)速控制要求速度較快，特別是在加入內(nèi)環(huán)電流反饋之后；對(duì)轉(zhuǎn)速的顯示精度要求也較高，希望在測(cè)量轉(zhuǎn)速上限時(shí)相對(duì)誤差不大于0.2％。本系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的電流環(huán)調(diào)節(jié)周期為o.1秒，用于顯示和記錄的轉(zhuǎn)速測(cè)量周期為1秒，試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速測(cè)量范圍為200～1000轉(zhuǎn)/分。測(cè)功機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量性能對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行起著決定性的作用。

    另外在試驗(yàn)中需要在車(chē)下的控制室內(nèi)對(duì)機(jī)車(chē)上的重要參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，包括車(chē)上發(fā)電機(jī)的電壓、電動(dòng)機(jī)電流和柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速。對(duì)于柴油機(jī)轉(zhuǎn)速，車(chē)上通常只提供每轉(zhuǎn)一次的電脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)速范圍為500～1500轉(zhuǎn)/分。由于這些測(cè)量參數(shù)只是用于對(duì)機(jī)車(chē)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，因此對(duì)測(cè)量精度和測(cè)量速度的要求不高，不大于1％的相對(duì)誤差和l～3秒的測(cè)量周期即可。

    考慮到對(duì)測(cè)功機(jī)的測(cè)量和控制速度要求較高及提高 測(cè)控系統(tǒng)的抗干擾能力，試驗(yàn)系統(tǒng)采用omron的cj1-m型plc控制器作為下位機(jī)，執(zhí)行絕大部分測(cè)量和控制任務(wù)；機(jī)車(chē)上的數(shù)據(jù)則通過(guò)以adam-4017+八通道模擬量輸入模塊為核心構(gòu)成的便攜式車(chē)上數(shù)據(jù)采集裝置進(jìn)行采集，采集的結(jié)果經(jīng)rs-485總線(xiàn)傳送到上位監(jiān)控機(jī)。

    本文只討論測(cè)功機(jī)和柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量問(wèn)題。

    2 機(jī)車(chē)測(cè)試系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速測(cè)量

    2.1 測(cè)功機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量

    可編程控制器cjl系列中有一個(gè)特殊單元是高速計(jì)數(shù)單元ct021。每塊ct021具有兩個(gè)高速計(jì)數(shù)器，每個(gè)計(jì)數(shù)器的容量為二進(jìn)制32位，可接受頻率高達(dá)50khz的輸入脈沖，以實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)的精確控制。兩個(gè)輸入通道分別用于兩臺(tái)測(cè)功機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量。

    ct021采用計(jì)數(shù)法測(cè)量輸入信號(hào)的頻率。選用分辨率為1024的光電編碼器實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速一電信號(hào)頻率轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)速下限(200轉(zhuǎn)/分)時(shí)，實(shí)際輸出的脈沖頻率為1024×200／60s=3400／s，即3400hz。為實(shí)現(xiàn)周期為o.1秒的快速調(diào)節(jié)，應(yīng)配以周期為0.1秒的高速采樣，此時(shí)每周期可采脈沖為340個(gè)，相對(duì)誤差不超過(guò)±o.3％，可以滿(mǎn)足轉(zhuǎn)速控制要求。

    在轉(zhuǎn)速上限時(shí)．計(jì)數(shù)法的測(cè)量精度會(huì)有改善，但需核對(duì)計(jì)數(shù)單元對(duì)于輸入脈沖頻率的上限限制。轉(zhuǎn)速為1000轉(zhuǎn)份時(shí)，輸入脈沖頻率為1024×1000／60s，即17.07khz，不會(huì)超過(guò)50khz硬