基于PLC的高能电子束下板机测速系统的研究*

路泽永，赵亚丽，李长久

（河北石油职业技术大学，河北 承德 067000）

电子束辐照技术是一种新型辐射加工技术，由于其具有效率高、能耗低、效果好且环保等优点，在工业生产中具有广阔的应用前景。近年来，电子束辐照技术的工业应用能力和社会经济效益优势日益提升[1]。束下传输系统是连接辐照加工高放射区和非放射区的关键设备，系统除了应具有运行平稳、速度可调、可靠性高等性能外，还应具备耐辐射的特殊性能[2-3]。束下板机处于辐射区，要求板机速度可以根据被辐照物不同而进行速度调整。如何准确测量板机速度对控制辐照质量至关重要。本文利用干簧继电器制成编码器对束下板机进行测速，并针对测速方法进行了研究。

1 束下板机测速系统构成及工作原理

束下板机速度控制系统组成原理见图1。

图1 束下板机速度控制系统组成

该系统以S7-1200可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）为控制核心，通过人机接口（Human Machine Interface，HMI）在触摸屏上设定板机运行速度后，PLC输出模拟量控制变频器运行，从而对驱动电机转速进行控制。测速装置的信号输出端与PLC的数字量输入端相连接，PLC通过软件程序实时计算可以得出电机的旋转速度，将所得转速与设定值比较，再通过一定的控制算法控制变频器进行调速，从而得到满足系统控制要求的设备旋转速度。

1.1 测速装置工作原理

在电机转速测量中，一般应用传统的编码器。以增量式旋转编码器为例，编码器与旋转机械同轴连接并转动，电机转动时，编码器输出一连串与转速有对应关系的脉冲信号并将其传输到PLC输入接口，再通过PLC程序处理转换成直线位移或设备的转速，这也是现在编码器用来测量转速的一种主要方式[4]。实践证明，传统的编码器、接近开关在辐照区内使用寿命会快速退化，因此在辐照区采用电子类开关不能满足长期工作的需要，可以选择环境适应性更强的干簧继电器。

1.2 干簧继电器概述

干簧继电器（干簧管）配合永久磁铁使用，具有动作速度快、触点寿命长等优点，在工业生产中得到了广泛应用[5]。干簧继电器主要由玻璃管、干簧片和骨架构成，见第79页图2。

图2 干簧继电器结构图

干簧继电器内部由一对磁性材料制造的弹性磁簧组成，磁簧密封于充有惰性气体的玻璃管中，磁簧端面互迭，但留有一条细间隙。当干簧继电器周围无磁场作用时，触点部分断开；当磁性物质靠近玻璃管时，在磁场作用下，两个簧片触点接触，线路导通。实际应用中，通常采用永磁铁控制金属片的接通或断开。

1.3 束下测速装置构成

经过几十年的发展，干簧管开关逐渐成为某些要求质量、可靠性及安全为至上的苛刻应用场合中的首选。在辐照区域中，干簧继电器工作表现十分稳定。

本文采用干簧继电器配合永磁铁制作的测速装置对束下板机速度进行测量。束下测速装置结构见图3。

图3 束下测速装置

由图3可知，在不锈钢发号盘上安装8颗永磁铁，并将发号盘固定于板机主驱动轮上，与驱动轮同轴转动。干簧继电器接近永磁铁时，导通信号通过信号线传送到PLC的数字输入点（DI），经过程序处理，计算出板机实时运行速度。

2 板机测速软件设计

2.1 测速要求

受机械结构和承载物重量影响，束下板机设定速度值和实际速度值存在差别，要求准确测速以便于控制变频器调速。束下板机运行速度要求连续可调，且运行速度较慢，如果每旋转一圈更新一次速度，会造成速度值滞后，影响速度调整。因此测速装置要满足连续测速要求，并保证速度显示值较为平稳，需要干簧管每检测到一次永磁铁都要计算一次转速。

2.2 测速程序设计

本设计中将整圈定时分为8个区间段，每个区间段分别计时。将每个区间的时间值进行入栈操作，先入先出，实时计算板机转速，为方便数据处理，采用结构化控制语言（Structured Control Language，SCL）编程。

2.2.1 程序流程图

图4为程序流程图。

图4 程序流程图

当发号盘随主轴转动时，8颗永磁铁会轮流触发脉冲信号；第一颗永磁铁上升沿信号触发pulse_up信号，并启动定时器1定时；当转动到第二颗永磁铁时，将pulse_up信号取反并启动定时器2定时；每个定时器在完成区间定时后将定时时间数值进行先入先出的压栈操作；之后进行时间求和，并在已知主驱动轮周长的情况下计算转动速度，单位为m/min。公式为

2.2.2 入栈程序设计

部分入栈程序如下所示。

IF#Enable THEN//如果有使能信号，遇到上升沿则进行新数据入栈

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

2.2.3 计算转速程序设计

转速计算如下。

3 现场应用

现场应用情况见图5，触摸屏上设定运行速度，由测速装置反馈出的速度满足现场误差±2%的要求，且显示数值平稳无大波动。

图5 测速装置现场运行情况

4 结束语

本文采用干簧继电器实现了在辐照条件下板机速度的测量功能。结合用户对转速显示平稳要求，采用SCL编程实现了分段计时，并对数据进行压栈出栈处理，使计算数值平稳。经现场测试，其测量精度满足技术要求。本装置解决了极限条件下转速测量的问题，且能长期稳定运行。因此，该装置和测量方法具有较高的推广价值和市场前景。