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PLC測速新招,光電開關的速度魔法!

  • 時間:2025-07-25 04:13:40
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還在為生產線上的滾筒轉速失控而手忙腳亂?眼睜睜看著傳送帶上的貨物堆積如山,卻找不到速度波動的根源?在追求高效、精準的現代工業自動化浪潮中,實時、準確地掌握旋轉設備的運行速度并非可有可無,而是保障生產效率與品質的生命線。PLC(可編程邏輯控制器)作為工業控制的心臟,如何與小小的光電開關珠聯璧合,施展出精確測速的”魔法”?這其中的精妙協作,正是我們破解測速難題的關鍵鑰匙!

一、 核心魔法齒輪:光電開關的觸發原理

光電開關,這個在工業現場無處不在的”感知器官”,利用光線(通常是紅外光)作為檢測媒介。當我們需要利用它來測量轉速時,槽型(或稱U型)光電開關往往是完美搭檔。它的結構極富巧思:一側是紅外發光管,持續穩定地發射紅外光線;另一側則是紅外接收管,專門負責敏銳地捕捉光線。在發射管與接收管之間,恰是一個開放的光路通道。

測速的精髓,在于在旋轉軸上安裝一個精心設計的遮光片(或稱為碼盤)。這個遮光片邊緣通常均勻開有若干缺口或孔洞。當設備開始運轉,遮光片也隨之旋轉。每當遮光片上的缺口或孔洞經過槽型光電開關的光路通道時,紅外光便能暢通無阻地從發光管照射到接收管上。此時,接收管導通,輸出一個高電平(如24V DC)。反之,當遮光片實體部分阻擋光路時,接收管截止,輸出低電平。于是,遮光片每旋轉一圈,光電開關便會精準地產生 “N”個規則的脈沖信號(N即為遮光片上的缺口/孔洞數量)。這就像給旋轉軸裝上了一把精確的”刻度尺”,每個脈沖都代表物體轉動了特定的角度。

關鍵點:槽型光電開關配合帶孔/缺口的遮光片,將連續的旋轉運動轉換為離散的、可被PLC精確計數的電脈沖信號。

二、 PLC:強大而精準的“脈沖解讀者”

PLC作為工業控制系統的指揮中心,其核心功能之一就是處理各類輸入信號。對于光電開關輸入的脈沖序列,PLC內部集成的特殊”武器”——高速計數器(HSC)模塊 便派上了關鍵用場。這類模塊的設計目標極其明確:以毫秒乃至微秒級的響應速度,完成對極高頻率脈沖信號的精確捕捉與計數,遠超過處理普通開關信號的常規PLC掃描周期。

測速流程清晰而嚴謹:

  1. 信號接入:將光電開關的輸出信號線(通常是開關量輸出)連接到PLC指定為高速計數器輸入的物理端口上。
  2. 高速計數配置:在PLC的編程軟件(如西門子的TIA Portal、羅克韋爾的Studio 5000、三菱的GX Works等)中,配置相應的高速計數器硬件通道。需要設置的關鍵參數包括:
  • 工作模式:選擇計數器模式(如增計數、減計數、AB相計數等,簡單測速常用增計數)。
  • 計數源:明確指定哪個物理輸入端子接入光電開關信號。
  • 計數方向/復位:設定初始計數方向及復位條件(如果需要)。
  • 濾波設置:適當的輸入信號濾波能有效消除信號抖動干擾。
  1. 計數邏輯激活:通過PLC程序中的特定指令(如西門子的CTRL_HSC指令、三菱的HCNT指令)啟動并管理高速計數器的運行。
  2. 實時讀取計數值:在PLC程序中,可以隨時讀取高速計數器的當前計數值(通常存儲在一個特定的數據寄存器或內部存儲器中)。這個值代表了從啟動或上次復位以來,PLC捕捉到的光電開關脈沖的總數量。

三、 從脈沖到轉速:公式解鎖速度之謎

僅僅知道累積的脈沖數量還不足以告訴我們轉速,我們需要引入時間維度。關鍵步驟在于計算單位時間內捕獲的脈沖數。常見的做法有兩種:

  1. 固定時間間隔法
  • 在PLC程序中創建一個周期性中斷(例如,每100毫秒觸發一次中斷服務程序)。
  • 在每次中斷發生時,讀取高速計數器的當前值C_now
  • 計算本次中斷與上一次中斷之間的時間間隔ΔT(單位:秒)。
  • 計算該時間段內(ΔT)的脈沖增量:ΔC = C_now - C_prev(其中C_prev是上次中斷時保存的計數值)。
  • 保存當前計數值C_now,用作下一次計算的C_prev。
  • 計算頻率(單位:Hz):F = ΔC / ΔT 。 即每秒產生的脈沖數。
  • 計算轉速(單位:RPM - 轉/分鐘): > *轉速 (RPM) = (F * 60) / N*
  1. 測量脈沖周期法(適用于較低轉速或需要高瞬時精度場景):
  • 利用PLC的高速計數器或高速輸入捕捉功能,精確測量相鄰兩個脈沖上升沿(或下降沿)之間的時間間隔 ΔT(單位:秒)。
  • 那么該脈沖的周期 T = ΔT。
  • 計算該時刻的瞬時頻率(Hz):F_instant = 1 / T
  • 計算該時刻的瞬時轉速(RPM): > *RPM_instant = (60 / T) / N = (60 * F_instant) / N*

核心公式釋義:無論采用哪種方法,最終都離不開: *轉速 (RPM) = (單位時間脈沖數 F * 60) / 遮光片缺口數 N*

  • F: 光電開關產生的有效脈沖頻率(Hz, 脈沖/秒)。
  • 60: 將秒轉換為分鐘。
  • N: 遮光片上的缺口/孔洞數量。*如果遮光片只有一個缺口(N=1),旋轉一圈產生一個脈沖,公式簡化為 RPM = F * 60。* N越大,單位時間的脈沖數越多,在相同時間分辨率下測得的轉速精度通常越高。

四、 優勢綻放:為何選擇PLC+光電開關測速?

這種組合方案在工業測速領域備受青睞,源于其

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