基于PLC的高能電子束下板機測速系統(tǒng)的研究*

路澤永，趙亞麗，李長久

（河北石油職業(yè)技術大學，河北 承德 067000）

電子束輻照技術是一種新型輻射加工技術，由于其具有效率高、能耗低、效果好且環(huán)保等優(yōu)點，在工業(yè)生產中具有廣闊的應用前景。近年來，電子束輻照技術的工業(yè)應用能力和社會經濟效益優(yōu)勢日益提升[1]。束下傳輸系統(tǒng)是連接輻照加工高放射區(qū)和非放射區(qū)的關鍵設備，系統(tǒng)除了應具有運行平穩(wěn)、速度可調、可靠性高等性能外，還應具備耐輻射的特殊性能[2-3]。束下板機處于輻射區(qū)，要求板機速度可以根據被輻照物不同而進行速度調整。如何準確測量板機速度對控制輻照質量至關重要。本文利用干簧繼電器制成編碼器對束下板機進行測速，并針對測速方法進行了研究。

1 束下板機測速系統(tǒng)構成及工作原理

束下板機速度控制系統(tǒng)組成原理見圖1。

圖1 束下板機速度控制系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)以S7-1200可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）為控制核心，通過人機接口（Human Machine Interface，HMI）在觸摸屏上設定板機運行速度后，PLC輸出模擬量控制變頻器運行，從而對驅動電機轉速進行控制。測速裝置的信號輸出端與PLC的數字量輸入端相連接，PLC通過軟件程序實時計算可以得出電機的旋轉速度，將所得轉速與設定值比較，再通過一定的控制算法控制變頻器進行調速，從而得到滿足系統(tǒng)控制要求的設備旋轉速度。

1.1 測速裝置工作原理

在電機轉速測量中，一般應用傳統(tǒng)的編碼器。以增量式旋轉編碼器為例，編碼器與旋轉機械同軸連接并轉動，電機轉動時，編碼器輸出一連串與轉速有對應關系的脈沖信號并將其傳輸到PLC輸入接口，再通過PLC程序處理轉換成直線位移或設備的轉速，這也是現(xiàn)在編碼器用來測量轉速的一種主要方式[4]。實踐證明，傳統(tǒng)的編碼器、接近開關在輻照區(qū)內使用壽命會快速退化，因此在輻照區(qū)采用電子類開關不能滿足長期工作的需要，可以選擇環(huán)境適應性更強的干簧繼電器。

1.2 干簧繼電器概述

干簧繼電器（干簧管）配合永久磁鐵使用，具有動作速度快、觸點壽命長等優(yōu)點，在工業(yè)生產中得到了廣泛應用[5]。干簧繼電器主要由玻璃管、干簧片和骨架構成，見第79頁圖2。

圖2 干簧繼電器結構圖

干簧繼電器內部由一對磁性材料制造的彈性磁簧組成，磁簧密封于充有惰性氣體的玻璃管中，磁簧端面互迭，但留有一條細間隙。當干簧繼電器周圍無磁場作用時，觸點部分斷開；當磁性物質靠近玻璃管時，在磁場作用下，兩個簧片觸點接觸，線路導通。實際應用中，通常采用永磁鐵控制金屬片的接通或斷開。

1.3 束下測速裝置構成

經過幾十年的發(fā)展，干簧管開關逐漸成為某些要求質量、可靠性及安全為至上的苛刻應用場合中的首選。在輻照區(qū)域中，干簧繼電器工作表現(xiàn)十分穩(wěn)定。

本文采用干簧繼電器配合永磁鐵制作的測速裝置對束下板機速度進行測量。束下測速裝置結構見圖3。

圖3 束下測速裝置

由圖3可知，在不銹鋼發(fā)號盤上安裝8顆永磁鐵，并將發(fā)號盤固定于板機主驅動輪上，與驅動輪同軸轉動。干簧繼電器接近永磁鐵時，導通信號通過信號線傳送到PLC的數字輸入點（DI），經過程序處理，計算出板機實時運行速度。

2 板機測速軟件設計

2.1 測速要求

受機械結構和承載物重量影響，束下板機設定速度值和實際速度值存在差別，要求準確測速以便于控制變頻器調速。束下板機運行速度要求連續(xù)可調，且運行速度較慢，如果每旋轉一圈更新一次速度，會造成速度值滯后，影響速度調整。因此測速裝置要滿足連續(xù)測速要求，并保證速度顯示值較為平穩(wěn)，需要干簧管每檢測到一次永磁鐵都要計算一次轉速。

2.2 測速程序設計

本設計中將整圈定時分為8個區(qū)間段，每個區(qū)間段分別計時。將每個區(qū)間的時間值進行入棧操作，先入先出，實時計算板機轉速，為方便數據處理，采用結構化控制語言（Structured Control Language，SCL）編程。

2.2.1 程序流程圖

圖4為程序流程圖。

圖4 程序流程圖

當發(fā)號盤隨主軸轉動時，8顆永磁鐵會輪流觸發(fā)脈沖信號；第一顆永磁鐵上升沿信號觸發(fā)pulse_up信號，并啟動定時器1定時；當轉動到第二顆永磁鐵時，將pulse_up信號取反并啟動定時器2定時；每個定時器在完成區(qū)間定時后將定時時間數值進行先入先出的壓棧操作；之后進行時間求和，并在已知主驅動輪周長的情況下計算轉動速度，單位為m/min。公式為

2.2.2 入棧程序設計

部分入棧程序如下所示。

IF#Enable THEN//如果有使能信號，遇到上升沿則進行新數據入棧

＃CircleTime：＝（＃T1＿time＿all＋＃T2＿time＿all）；//一整圈的時間

2.2.3 計算轉速程序設計

轉速計算如下。

3 現(xiàn)場應用

現(xiàn)場應用情況見圖5，觸摸屏上設定運行速度，由測速裝置反饋出的速度滿足現(xiàn)場誤差±2%的要求，且顯示數值平穩(wěn)無大波動。

圖5 測速裝置現(xiàn)場運行情況

4 結束語

本文采用干簧繼電器實現(xiàn)了在輻照條件下板機速度的測量功能。結合用戶對轉速顯示平穩(wěn)要求，采用SCL編程實現(xiàn)了分段計時，并對數據進行壓棧出棧處理，使計算數值平穩(wěn)。經現(xiàn)場測試，其測量精度滿足技術要求。本裝置解決了極限條件下轉速測量的問題，且能長期穩(wěn)定運行。因此，該裝置和測量方法具有較高的推廣價值和市場前景。