旋轉(zhuǎn)編碼器在線(xiàn)速度檢測(cè)控制中的應(yīng)用

O 引言
在電纜生產(chǎn)線(xiàn)上，通常需要檢測(cè)電纜的走線(xiàn)速度，用來(lái)控制收線(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和計(jì)算線(xiàn)纜的長(zhǎng)度。成纜工藝參數(shù)的穩(wěn)定，直接關(guān)系到電線(xiàn)電纜的質(zhì)量。
該項(xiàng)目是為某電纜廠(chǎng)的技術(shù)改造項(xiàng)目，要改造的設(shè)備是利用束線(xiàn)原理制造的盤(pán)絞式成纜機(jī)，改造的內(nèi)容是更換全部電氣控制系統(tǒng)。這種成纜機(jī)的放線(xiàn)盤(pán)固定，而收線(xiàn)盤(pán)固定在盤(pán)絞架上同時(shí)完成絞合和收線(xiàn)的雙重運(yùn)動(dòng)。工作時(shí)，在線(xiàn)纜盤(pán)直流電機(jī)的帶動(dòng)下，完成電纜的收線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，在排線(xiàn)電機(jī)的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)電纜在收線(xiàn)盤(pán)的整齊排列。在大盤(pán)電機(jī)的帶動(dòng)下，通過(guò)齒輪箱帶動(dòng)盤(pán)絞架實(shí)現(xiàn)軸向旋轉(zhuǎn)，完成電纜絞合運(yùn)動(dòng)，是保證節(jié)距的關(guān)鍵。線(xiàn)速度是由收線(xiàn)盤(pán)的旋轉(zhuǎn)速度決定的，如果收線(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速恒定，收線(xiàn)盤(pán)隨著收線(xiàn)軸的變粗，線(xiàn)速度會(huì)增大，因此，為保證收線(xiàn)速度恒定，要逐漸降低收線(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理
根據(jù)電纜的生產(chǎn)工藝要求，不同型號(hào)的電纜，其走線(xiàn)速度是恒定的。通常，電纜的運(yùn)行速度是由電纜帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)編碼器來(lái)檢測(cè)的。電纜線(xiàn)速度測(cè)速示意圖如圖1所示。

該項(xiàng)目中，采用的旋轉(zhuǎn)編碼器的型號(hào)是TRDJ1000系列，旋轉(zhuǎn)一周輸出1 000個(gè)脈沖。因此，根據(jù)在一定時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到的脈沖數(shù)，就可以計(jì)算出電纜的走線(xiàn)速度。實(shí)際應(yīng)用中，將其與一加工精度極高、周長(zhǎng)為500 mm的旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)量主動(dòng)輪與旋轉(zhuǎn)編碼器同軸安裝，主動(dòng)輪與電纜接觸。在電纜生產(chǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，依靠摩擦力拉動(dòng)測(cè)量輪旋轉(zhuǎn)，這樣就把電纜的直線(xiàn)位移(長(zhǎng)度)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)編碼器的脈沖數(shù)字信號(hào)輸出。
設(shè)旋轉(zhuǎn)編碼器每旋轉(zhuǎn)一周，其計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)為NP(脈沖個(gè)數(shù)／轉(zhuǎn))，則旋轉(zhuǎn)編碼器角分辨率(單位：(°)／個(gè))為：
P=360／NP
假定固定在旋轉(zhuǎn)編碼器轉(zhuǎn)軸上的主動(dòng)導(dǎo)向輪半徑為r m，則旋轉(zhuǎn)編碼器位移分辨率(單位：m／個(gè))為：
Ps=27πr／NP
這時(shí)，若計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)為N(個(gè))，則由旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)量的位移量S(單位：m)為：
S=Ps·N
線(xiàn)纜走線(xiàn)速度V(單位：m／s)為：
V=S／T
式中：T為接收N個(gè)脈沖所用的時(shí)間(單位：s)。

2 硬件電路設(shè)計(jì)原理
該檢測(cè)電路以AT89C51單片機(jī)為控制核心，如圖2所示，旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的脈沖，經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換，變成O～5 V的TTL電平脈沖，送到AT89 C51單片機(jī)的外部中斷INT0端。每收到一個(gè)脈沖，單片機(jī)中斷一次，同時(shí)計(jì)數(shù)脈沖存儲(chǔ)器加1，與標(biāo)準(zhǔn)脈沖值比較后，單片機(jī)的P0口輸出給定值數(shù)字量，再經(jīng)過(guò)D／A轉(zhuǎn)換變成給定值模擬量，送給收線(xiàn)電機(jī)調(diào)速器，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。這里的D／A轉(zhuǎn)換芯片采用8位數(shù)據(jù)輸入，四路模擬量輸出的TLC7226IDW。如果需要提高電機(jī)轉(zhuǎn)速控制精度，可以選用其他10位、12位數(shù)據(jù)輸入的D／A轉(zhuǎn)換芯片。