0 引言

　　在傳動系統中，旋轉運動是最基本的運動形式。在對機械運動的控制中需要對機械的轉速與旋轉方向進行檢測以改善控制系統的性能，提高系統的精度。通常轉速測量裝置有光柵傳感器和測速發電機等，但是速度傳感器在長時間運行后易發生傳感器失靈等故障，且在低速運行時容易發熱，電動機效率較低等問題；而用于檢測旋轉方向的裝置有如旋轉編碼器、速度繼電器等，它們用于不同的場合，但使用范圍有限，靈活性不高。本文提出了一種用接近開關通過S7-200 PLC編程，實現對機械的轉速與旋轉方向進行檢測的方法。并給出了詳細的PLC程序，由于采用PLC程序實現檢測，編程簡單，方法可靠。對檢測設備要求不高，利用機械自身的齒輪配合接近開關即可實現，通過對C650-2型車床的PLC改造證明了該方法的有效性。

1 原理分析

　　為了檢測機械的旋轉方向，我們在機械的旋轉軸上安裝一個齒盤，在齒盤邊上放置兩個接近開關，一般設齒距為齒寬的2倍，齒寬為兩個接近開關中心距的2倍。當齒盤在正轉時(順時針方向)產生一個10.0超前10.1約四分之一周期的相位差；當齒盤在反轉時產生一個10.1超前10.0約四分之一周期的相位差，如圖1所示。可以根據正一反轉時兩個接近開關產生的相位不同來檢測旋轉方向。從圖1可知，在正轉時10.0超前10.1，當10.0=1時，10.1由0變為1，產生一個正跳變；在反轉時10.1超前10.0，在10.0=1時，10.1由1變為0，產生一個負跳變，根據在10.0=1時10.1是正跳變還是負跳變就可以辨別出機械的旋轉方向。

　　如果對上述的正跳變(或負跳變)在一定的采樣周期內進行計數，就可以計算出物體的旋轉速度。設采樣周期為T秒，在采樣周期內正跳變(或負跳變)的計數值為M，齒盤的齒數為N，則齒盤旋一圈產生的正跳變(或負跳變)數為N，在采樣周期內齒盤旋轉的圈數為，則可計算出物體的旋轉速度為n=60M／TN轉／分。

2 梯形圖設計

　　本文采用西門子S7200 CPU224可編程控制器來實現轉速與旋轉方向的檢測，該PLC有14個輸入點，10個輸出點完全能滿足控制要求H1。設輸入繼電器10.0、10.1分別為兩個接近開關的輸入檢測信號，內部輔助繼電器M0.3、M0.4分別為正轉和反轉的方向信號。M0.1、M0.2分別為正轉和反轉的內部脈沖信號。根據轉速與旋轉方向檢測的基本原理。

　　當齒盤旋轉一個齒距時，10.0，10.1的輸入波形分別變化一個檢測周期。在圖2梯形圖中，用內部輔助繼電器MO．1反映齒盤旋轉時在10.0=1時，10.1所產生的正跳變脈沖信號；M0.2反映齒盤旋轉時在10.0=1時，10.1所產生的負跳變脈沖信號。在10.0=I時，以10.1由0變為1，或由1變為0的點為檢測點。在檢測點處，如果是正轉，10.1產生的正跳變脈沖信號使M0.1得電，繼而使正轉方向信號M0.3的線圈得電并自鎖，同時使反轉方向信號M0.4的線圈失電；如果是反轉，則10.1產生的負跳變脈沖信號使M0.2得電，繼而使反轉方向信號M0.4的線圈得電并自鎖，同時使正轉方向信號M0.3的線圈失電；可見，在正轉時M0.1線圈得電，在反轉時M0.2線圈得電，但都只是在檢測點處接通一個掃描周期，產生一個不連續脈沖信號，而繼電器M0.3，M0.4產生的則是連續信號。在齒盤停止轉動時，內部繼電器M0.3，M0.4不能自動復位，為了在齒盤停止轉動時能使M0.3，M0.4信號復位，設置了一個定時器T37，在齒盤旋轉時M0.1或M0.2常閉接點每隔一個檢測周期斷開一次，使定時器T37始終達不到設定值，T37的設定值根據齒盤的轉速和齒數來確定，當齒盤停止轉動時，M0.1和M0．2常閉接點不再斷開，T37延時到設定值時，其常閉接點斷開M0.3，M0.4線圈，使其復位。

　　為了能較準確地計算出旋轉速度，設置了一個定時器T38作為采樣計時，一個計數器C0作為脈沖計數，采樣時間到后，讀取定時器和計數器的當前值，送轉速計算子程序。

3 在C6502型普通車床PLC改造中的應用

　　在C6502型普通車床是一種中型車床，主要控制對象有主軸電機、冷卻泵電機和快速移動電機。其主要控制特點為：主軸電機采用電氣正反轉控制；主電機容量為20KW，慣性大，采用電氣反接制動，實現快速停車；為便于對刀，主軸可作點動調整。在原繼電器、接觸器控制系統中，主軸電機正、反轉由按鈕SB2、SB3，接觸器KM1、KM2控制。起動時由接觸器KM3的主觸點將反接制動電阻R短接，實現全壓起動。主軸停車時，按下停止按鈕SB1，主軸電機定子繞組串入反接制動電阻R，采用速度繼電器來檢測電動機的旋轉速度，以控制電動機在反接制動過程中，當電動機的轉速接近為零時斷開電源。速度繼電器一般和電動機同軸相連，安裝很不方便，精度不高，也容易損壞，此外該機床使用年限已久，故障率高，維修工作量大，生產率下降，嚴重影響了正常生產，為此我們對該機床進行了PLC改造。在機床的PLC改造中，電動機采用PLC控制，去掉速度繼電器，采用上述方式直接檢測電動機的轉速和旋轉方向，不僅可以簡化電路，而且安裝地點比較靈活，安裝精度要求也不高。下面介紹C650—2型普通車床PLC改造中PLC控制的設計原理。

　　KSl，KS2為檢測旋轉方向的兩個接近開關，其電源可利用PLC的24 V內部電源。SB1、SB2、SB3、SB4分別為主軸電機的停止、正轉、反轉、點動控制按鈕，SB5、SB6為冷卻泵電機的起動、停止控制按鈕，SQ為刀架快速移動操作手柄控制的行程開關。KM1，KM2為控制主軸電機正反轉的接觸器線圈，KM3為主軸電機直接起動時將反接制動電阻R短接的接觸器線圈，KM4，KM5為控制冷卻泵電機和快速移動電機的接觸器線圈，熱繼電器FR1、FR2分別用于主軸電機和冷卻泵電機的過載保護。

　　主軸電機啟動控制。以正轉啟動為例，按下正轉啟動按鈕SB2，輸入繼電器10.3動作，使輸出繼電器Q0.3、Q0.1得電自鎖，控制接觸器KM3得電將反接制動電阻R短接，KM1得電使主軸電機正向起動，同時與主軸電機相連的齒盤也正轉，接近開關10.0，10.1產生如圖1b所示的正轉輸入波形，使正轉方向檢測繼電器M0.3得電，使Q0.2線圈回路中的M0.3常開觸點閉合，為反接制動做好準備。主軸電機停車反接制動控制。按下停止按鈕SB1，輸入繼電器10.2動作，使Q0.3線圈失電，Q0.3常開觸點斷開正轉線圈Q0.1，Q0.3常閉觸點接通Q0.2反轉線圈，主軸電機進入反接制動。在反接制動過程中，主軸電機仍在正轉，M0.3=1，Q0.2保持得電，電動機轉速急劇下降到零，欲反轉時，在一個檢測周期之內，10.1將產生一個下降沿，使M0.3--0，M0.4=1，Q0.2反轉線圈失電，主軸電機失電。主軸電機的轉速幾乎是在零速時停止，因此制動迅速，制動效果明顯優于速度繼電器。

　　主軸電機點動控制。按下點動按鈕SB4，輸入繼電器10.5動作，輸出繼電器Q0.1得電，電源通過制動電阻使主軸電機起動，松開點動按鈕SB4，輸出繼電器Q0.1失電，實現點動控制。

4 結束語

　　將PLC控制的接線圖和梯形圖應用于C650-2型普通車床的電氣改造，應用結果證明了用接近開關通過PLC編程，實現對機械的旋轉方向進行檢測方法的有效性。在采用PLC的電氣控制系統中，該方法只需要兩只接近開關和簡單的編程就可以代替速度繼電器，從而節省了成本，避免了復雜的安裝和調試，故障率也大為減少。因此在需要旋轉量檢測的場所采用上述方法有一定的實用價值。