用PLC、變頻器測電機(jī)軸扭矩（請教）

zqs6868

我遇到一個問題：在一個測試設(shè)備中,，要用PLC和變頻器來動態(tài)檢測電機(jī)軸（有負(fù)荷）的扭矩,，然后通過無線傳輸將測得的數(shù)據(jù)傳送到中控計算機(jī)。怎么實現(xiàn),？有人告訴我說是用PLC換算出來的,，就不知道怎么個換算法？全過程是怎樣的,？

zqs6868

各位大俠：
誰給教一下呀？
以前記得這個版塊很多高手的呀,！

syw開門造車

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我也沒做過,，但我認(rèn)為得從 “扭矩傳感器”原理及應(yīng)用入手,。幫你找一些資料。

syw  070318---20.37

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扭矩傳感器介紹
http://www.ortkj.com/cpdq.asp?SmallClassId=1


扭矩傳感器
一 前言
　　在旋轉(zhuǎn)動力系統(tǒng)中最頻繁涉及到的參數(shù):旋轉(zhuǎn)扭矩,為了檢測旋轉(zhuǎn)扭矩傳統(tǒng)使用較多的是扭轉(zhuǎn)角相位差式傳感器,，該方法是在彈性軸的兩端安裝著兩組齒數(shù),、形狀及安裝角度完全相同的齒輪，在齒輪的外側(cè)各安裝著一只接近(磁或光)傳感器,。當(dāng)彈性軸旋轉(zhuǎn)時,，這兩組傳感器就可以測量出兩組脈沖波,，比較這兩組脈沖波的前后沿的相位差就可以計算出彈性軸所承受的扭矩量。該方法的優(yōu)點：實現(xiàn)了轉(zhuǎn)矩信號的非接觸傳遞,，檢測信號為數(shù)字信號,；缺點：體積較大，不易安裝,，低轉(zhuǎn)速時由于脈沖波的前后沿較緩不易比較,，因此低速性能不理想。（見圖一）

　　扭矩測試比較成熟的檢測手段為應(yīng)變電測技術(shù),。它具有精度高,，頻響快，可靠性好,，壽命長等優(yōu)點,。
將專用的測扭應(yīng)變片用應(yīng)變膠粘貼在被測彈性軸上，并組成應(yīng)變橋,，若向應(yīng)變橋提供工作電源即可測試該彈性軸受扭的電信號,。這就是基本的扭矩傳感器模式。 (見圖二)但是在旋轉(zhuǎn)動力傳遞系統(tǒng)中,，最棘手的問題是旋轉(zhuǎn)體上的應(yīng)變橋的橋壓輸入及檢測到的應(yīng)變信號輸出如何可靠地在旋轉(zhuǎn)部分與靜止部分之間傳遞,，通常的做法是用導(dǎo)電滑環(huán)來完成。


圖一 扭轉(zhuǎn)角相位差式扭矩傳感器示意圖

由于導(dǎo)電滑環(huán)屬于磨擦接觸,，因此不可避免地存在著磨損并發(fā)熱,，因而限制了旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速及導(dǎo)電滑環(huán)的使用壽命。及由于接觸不可靠引起信號波動,，因而造成測量誤差大甚至測量不成功,。為了克服導(dǎo)電滑環(huán)的缺陷，另一個辦法就是采用無線電遙測的方法 :將扭矩應(yīng)變信號在旋轉(zhuǎn)軸上放大并進(jìn)行V/F轉(zhuǎn)換成頻率信號,，通過載波調(diào)制用無線電發(fā)射的方法從旋轉(zhuǎn)軸上發(fā)射至軸外,，再用無線電接收的方法，就可以得到旋轉(zhuǎn)軸受扭的信號,。


圖二 基本的扭矩傳感器


旋轉(zhuǎn)軸上的能源供應(yīng)是固定在旋轉(zhuǎn)軸上的電池,。該方法即為遙測扭矩儀。 (見圖四)遙測扭矩儀成功之處在于克服了電滑環(huán)的兩項缺陷,，但也存在著三個不足之處,，其一：易受使用現(xiàn)場電磁波的干擾；其二：由于是電池供電,，所以只能短期使用,。其三：由于在旋轉(zhuǎn)軸上附加了結(jié)構(gòu)，易引起高轉(zhuǎn)速時的動平衡問題,。在小量程及小直徑軸時更突出,。數(shù)字式扭矩傳感器吸取了上述各種方法的優(yōu)點并克服了其缺陷,在應(yīng)變傳感器的基礎(chǔ)上設(shè)計了兩組旋轉(zhuǎn)變壓器,實現(xiàn)了能源及信號的非接觸傳遞,。并做到了扭矩信號的傳遞與是否旋轉(zhuǎn)無關(guān)，與轉(zhuǎn)速大小無關(guān),，與旋轉(zhuǎn)方向無關(guān),。
二 特點
　　1. 既可以測量靜止扭矩，也可以測量旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩;
　　2..既可以測量靜態(tài)扭矩,，也可以測量動態(tài)扭矩,；

　　3. 檢測精度高，穩(wěn)定性好,；抗干擾性強;

　　4. 體積小，重量輕,，多種安裝結(jié)構(gòu),，易于安裝使用；
　　5. 不需反復(fù)調(diào)零即可連續(xù)測量正反轉(zhuǎn)扭矩;
　　6.沒有導(dǎo)電環(huán)等磨損件,，可以高轉(zhuǎn)速長時間運行,；
　　7．傳感器輸出高電平頻率信號可直接送計算機(jī)處理；
　　8．測量彈性體強度大可承受100%的過載,。
三 測量原理
將專用的測扭應(yīng)變片用應(yīng)變膠粘貼在被測彈性軸上并組成應(yīng)變橋 ,向應(yīng)變橋提供電源即可測得該彈性軸受扭的電信號,。將該應(yīng)變信號放大后，經(jīng)過壓/頻轉(zhuǎn)換,，變成與扭應(yīng)變成正比的頻率信號,。本系統(tǒng)的能源輸入及信號輸出是由兩組帶間隙的特殊環(huán)型變壓器承擔(dān)的,因此實現(xiàn)了無接觸的能源及信號傳遞功能。(虛線內(nèi)為旋轉(zhuǎn)部分)




圖五 數(shù)字式扭矩傳感器測量原理圖

四 傳感器原理結(jié)構(gòu) （見圖五）
在一段特制的彈性軸上粘貼上專用的測扭應(yīng)片并組成變橋,，即為基礎(chǔ)扭矩傳感器,；在軸上固定著： (1)能源環(huán)形變壓器的次級線圈，(2)信號環(huán)形變壓器初級線圈,，(3)軸上印刷電路板,，電路板上包含整流穩(wěn)定電源、儀表放大電路,、V/F變換電路及信號輸出電路,。在傳感器的外殼上固定著



(1)激磁電路，(2)能源環(huán)形變壓器的初級線圈(輸入),，(3) 信號環(huán)形變壓器次級線圈(輸出),，(4)信號處理電路
五 工作過程
向傳感器提供 ± 15V電源，激磁電路中的晶體振蕩器產(chǎn)生４００Hz的方波,，經(jīng)過TDA2030功率放大器即產(chǎn)生交流激磁功率電源,，通過能源環(huán)形變壓器T1從靜止的初級線圈傳遞至旋轉(zhuǎn)的次級線圈，得到的交流電源通過軸上的整流濾波電路得到 ± ５ V的直流電源,，該電源做運算放大器AD822的工作電源；由基準(zhǔn)電源AD589與雙運放AD822組成的高精度穩(wěn)壓電源產(chǎn)生 ± 4.5V的精密直流電源,，該電源既作為電橋電源，又作為放大器及V/F轉(zhuǎn)換器的工作電源,。當(dāng)彈性軸受扭時,，應(yīng)變橋檢測得到的mV級的應(yīng)變信號通過儀表放大器AD620放大成1.5v ± 1v的強信號，再通過V/F轉(zhuǎn)換器LM131變換成頻率信號,，通過信號環(huán)形變壓器T2從旋轉(zhuǎn)的初級線圈傳遞至靜止次級線圈,，再經(jīng)過傳感器外殼上的信號處理電路濾波、整形即可得到與彈性軸承受的扭矩成正比的頻率信號,，該信號為TTL電平,既可提供給專用二次儀表或頻率計顯示也可直接送計算機(jī)處理,。由于該旋轉(zhuǎn)變壓器動--靜環(huán)之間只有零點幾毫米的間隙，加之傳感器軸上部分都密封在金屬外殼之內(nèi),，形成有效的屏蔽,，因此具有很強的抗干擾能力,。
本傳感器輸出的頻率信號在零點時為 10kHz.正向旋轉(zhuǎn)滿量程時為15KHz.反向旋轉(zhuǎn)滿量程時為5KHz,。即滿量程變量為5000個數(shù)/每秒,。轉(zhuǎn)速測量采用光電齒輪或者磁電齒輪的測量方法，軸每旋轉(zhuǎn)一周可產(chǎn)生60個脈沖,，高速或中速采樣時可以用測頻的方法,，低速采樣時可以用測周期的方法。本傳感器精度可達(dá) ± 0.2%～ ± 0.5%（F · S）,。由于傳感器輸出為頻率信號,，所以無需AD轉(zhuǎn)換即可直接送至計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,。
六 應(yīng)用范圍
　　1. 檢測發(fā)電機(jī)，電動機(jī) ,，內(nèi)燃機(jī)等旋轉(zhuǎn)動力設(shè)備輸出扭矩及功率,。
　　2. 檢測減速機(jī),，風(fēng)機(jī),，泵,，攪拌機(jī)，卷揚機(jī),，螺旋槳,，鉆探機(jī)械等設(shè)備的負(fù)載扭矩及輸入功率。
　　3. 檢測各種機(jī)械加工中心,，自動機(jī)床的工作過程中的扭矩4. 各種旋轉(zhuǎn)動力設(shè)備系統(tǒng)所傳遞的扭矩及效率,；
　　5. 檢測扭矩的同時可以檢測轉(zhuǎn)速，軸向力,。
　　6. 可用于制造粘度計,，電動(氣動，液力)扭力扳手,。
七 安裝使用
　　1.使用兩組聯(lián)軸器,，將傳感器安裝在動力源和負(fù)載之間,。


圖六

　　2.建議用撓性,、彈性或萬向節(jié)聯(lián)軸器,，以保證同心度 ∠ 0.1mm以下。
　　3.動力及負(fù)載設(shè)備必須固定可靠避免振動。
　　4.將本傳感器的基座與設(shè)備的基座固定可靠,，中心高須墊合適避免產(chǎn)生彎矩 。
八 多種安裝方式
本傳感器經(jīng)過五年的批量試產(chǎn),，廣泛受到用戶的好評。本傳感器屬貫通形安裝方法,，一般需要通過聯(lián)軸器安裝,，為了便于在特殊要求的條件下使用,，本傳感器還有七種變形結(jié)構(gòu)：
　　1.如果要求傳動系統(tǒng)的軸向不因安裝了傳感器而加長,，則可使用智能聯(lián)軸器--既可以檢測扭矩,，又可以承擔(dān)聯(lián)軸器的功能,。也就是一種帶檢測功能的聯(lián)軸器,。
　　2.被測傳動系統(tǒng)不允許加長但可以拆卸時,，則可以使用套裝式扭矩傳感器--套在被測軸上即可測試。
　　3.被測傳動系統(tǒng)既不允許加長又不可以拆卸時，則可以使用在現(xiàn)場組裝的卡裝式扭矩傳感器,。從軸的兩側(cè)卡在軸上即可進(jìn)行測試,。即可長期監(jiān)測也可短期檢測。與電流鉗形表相似。
　　4．有的測試系統(tǒng)既有扭力又有軸向力時則可以使用轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速軸向力三參數(shù)傳感器；既可以避免軸向力對扭力測試的干擾又可以測量軸向力的信號,；
　　5．在高轉(zhuǎn)速或超高轉(zhuǎn)速下測試時可以使用無軸承式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器,；
　　6．如果被測系統(tǒng)為不旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時可以使用扭矩傳感變送器；
　　7．如果被測系統(tǒng)最大值在5mN · m至1N · m時可以使用小量程轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器
這幾種傳感器的結(jié)構(gòu)及使用方法將陸續(xù)介紹。
九 智能轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀
為了更方便的使用本系列扭矩傳感器特配合設(shè)計了智能轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測量儀與計算機(jī)虛擬儀器,，該兩種儀器可以直接顯示出正在測量的轉(zhuǎn)矩,，轉(zhuǎn)速,，功率值的數(shù)值及曲線，也可以設(shè)定轉(zhuǎn)矩的限定值,，超值報警,，還可以保存本次測量的轉(zhuǎn)矩峰值及曲線，并且可以打印出上述各參數(shù)及曲線圖,。
十 參考文獻(xiàn)
1.劉宗杰等：單片機(jī)8031構(gòu)成的智能轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩測量儀
2.翁桂榮等：微型遙測扭矩儀
3.葛德震：V/F轉(zhuǎn)換器LM131的應(yīng)用
4.張有頤：轉(zhuǎn)矩測量技術(shù)

zqs6868

開門造車大俠：
有些日子沒見你了,！
謝謝你幫我找的資料,！
我們先做的方案就是用扭矩傳感器。被業(yè)主否了,。因為他們并不要求測量精度高,，只要達(dá)到3%就行了。用扭矩傳感器牽涉到聯(lián)軸器的安裝位置問題,，有點干涉,。雖可以解決，但有點小題大作,。
現(xiàn)在這個方案,，也是很成熟的，只是我不懂而已,。社區(qū)肯定是有人懂的,。好象就是用變頻器或PLC（不知是哪一個？）監(jiān)測電機(jī)的電流,，用PLC將電機(jī)電流的變化值轉(zhuǎn)換成扭矩數(shù)據(jù)（,？）就可以了。
現(xiàn)在正忙吧,？祝你工作愉快,！

syw開門造車

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如果我來做的話,，我會加上一個轉(zhuǎn)速傳感器（光碼盤）。
測量時,，我先用變頻器將電機(jī)調(diào)到一特定的轉(zhuǎn)速值,，然后，測此時的電流,。電流大則扭矩,。
PLC的作用就是用自動的方式，將電機(jī)調(diào)到這一特定的轉(zhuǎn)速值而設(shè),。

syw  070318---22.24

zqs6868

開門造車大俠：
是我沒一次把問題說清楚,，以后一定改正,。
整個的工藝過程要求是這樣的：
電機(jī)軸通過聯(lián)軸器帶著工件輸入軸：（電機(jī)功率5.5KW）
1,、順時針從0～700r/min 加速運行，運行時間0.1min
2,、順時針方向保持700r/min 轉(zhuǎn)速,，勻速運行1.5min
3、順時針從700r/min減速運行到0,，然后逆時針從0～700r/min 加速運行,，運行時間0.2min
4、逆時針方向保持700r/min轉(zhuǎn)速,，勻速運行1.5min
5,、逆時針從700r/min減速運行到0，然后順時針從0～1400r/min加速運行,，運行時間0.3min
6,、順時針方向保持1400r/min轉(zhuǎn)速 ,勻速運行1.5min
7、順時針從1400r/min減速運行到0,，然后逆時針從0～1400r/min 加速運行,，運行時間0.4min
8、逆時針方向保持1400r/min轉(zhuǎn)速,，勻速運行1.5min
9,、逆時針從1400r/min減速運行到0，運行時間0.2min
這個過程是通過交流變頻電機(jī),、交流變頻器,、PLC來實現(xiàn)的。而且整個測試過程中工件,、測試系統(tǒng)都是運動的,，并不是固定在一個不變的位置。
在此過程中觀察并記錄驅(qū)動電動機(jī)輸出扭矩變化情況,并用無線傳輸?shù)姆绞綄��?shù)據(jù)發(fā)送給主控計算機(jī),。
測試扭矩主要是用來檢驗工件在前面的裝配過程中是不是有不良裝配,，通過扭矩變化主控計算機(jī)可以得出結(jié)論，并用無線傳輸?shù)姆绞酵ㄖ狿LC是繼續(xù)執(zhí)行程序指令還是中止,。

syw開門造車

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萬變不離原理,，我們從你在6樓發(fā)言中,，上數(shù)第4行入手：
“……電機(jī)軸通過聯(lián)軸器帶著工件輸入軸：（電機(jī)功率5.5KW） ……�,！�

假如,，用“兩臺相同型號”的電機(jī)通過聯(lián)軸器，分別帶動A,、B兩臺不同長度的皮帶輸送機(jī),，
A機(jī)長10米,，B機(jī)長50米，當(dāng)將兩臺機(jī)器調(diào)到“相同速度”時,，分別測“各自電機(jī)的電流”,，
很顯然，兩臺電機(jī)的電流是不一樣的,！
為什么速度相同,，而兩臺電機(jī)的電流不同？因為,，扭矩不同,！
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再比如，我們專測50米長的皮帶機(jī)（也就是B機(jī)）,，第一次空載,，并將其調(diào)到700r/min ，
測此時的電流,，并記錄在案,。

第二次在這個皮帶機(jī)上，加載100公斤的重物,，同樣將其調(diào)到700r/min ,，測此時的電流，
并記錄在案,。

很顯然,，兩次記錄的電流是不一樣的！
為什么速度相同,，而兩次記錄的電流不同,？因為，扭矩不同,！
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那么,，
用什么檢測速度？,。         用：------轉(zhuǎn)速傳感器（光碼盤）,。
用什么調(diào)速？,。             用：------變頻器,。
用什么進(jìn)行自動控制？,。     用：------PLC,。
用什么進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸？,。     用：------無線傳輸

syw  070319---05.05

隨風(fēng)而去

如果用開門大俠的方案是可行的,！基本配置如下
PLC+扭矩傳感器+A/D轉(zhuǎn)換模塊
這樣的結(jié)構(gòu)就是我們聽著相當(dāng)多的“轉(zhuǎn)換過來的”
其實，在我們工控里,，這“轉(zhuǎn)換過來的”含義是相當(dāng)豐富的,！
像LZ這樣的情況,，BOSS們是不會希望有A/D轉(zhuǎn)換模塊這樣?xùn)|西的,，因為它無形中增加了成本！

呵呵
所以啊,，他需要有這個功能,，而不希望有任何增加成本的元件！

說到這里,，我們幾乎可以否定用A/D轉(zhuǎn)換模塊和增加一個扭矩傳感器這條路了,。

我們再看看學(xué)勝補充的說明（第6樓）
我們可以很清楚的看到這樣的一個常見方案
PLC+變頻->來現(xiàn)實變頻器拖動電動機(jī)的方案，PLC在這里只是起控制作用
PLC+上位機(jī)->來實現(xiàn)一個靜態(tài)顯示的過程（所謂的人機(jī)方案了,，這才是我們處理的關(guān)鍵點�,。�
現(xiàn)在需要解決的問題
觀察并記錄驅(qū)動電動機(jī)輸出扭矩變化情況

建議如下處理
1。先查看相關(guān)電動機(jī)的輸出扭矩圖
2,。根據(jù)輸出扭矩圖來人為的設(shè)置顯示輸出情況及輸出此情況的條件（這里面隨便你安排了）
3,。插入到相關(guān)程序里
4。用模擬軟件簡調(diào)看其效果
5,。上機(jī)聯(lián)動觀其最終效果
6,。局部整調(diào)
7。重復(fù)步驟5,，直至完整功能

呵呵~~~
我們不能做到百分百精確的話,，我們就構(gòu)成一個我們認(rèn)為精確的功能！
BOSS們要的只是結(jié)果,，而不是這里面的過程,，所以你就給他他想要的結(jié)果：）

zqs6868

精彩,！太精彩了,！
這就是我們的社區(qū)！
由衷感謝開門造車和隨風(fēng)而去兩位大俠,！
順便問開門造車大俠一句：
每天都起這么早嗎,？
革命的本錢可要保護(hù)好呀！

syw開門造車

學(xué)勝 網(wǎng)友好,！
近一段時間，因忙一批定貨（自主知識產(chǎn)權(quán)）,，沒能天天上網(wǎng),，你在9樓的帖剛看到,。
回帖太遲，見諒,。
我不坐班,，所以沒有起早、攤晚之說,。睏了可以隨時睡覺,，餓了可以隨時吃飯。
冷了可以足不出戶,，熱了就帶著思考問題泡在游泳池里……,。
關(guān)心國家大事，但卻遠(yuǎn)離政治,，與世無爭,，也與人無爭，既不想給領(lǐng)導(dǎo)敬禮,，也不想領(lǐng)導(dǎo)別人,，
每天除了睡覺，其它時間基本處于享受在理工科方面的“工作”當(dāng)中,。
沒有應(yīng)酬,，所以很少喝酒，既便組織聚會,，也只干第一杯,，從不拼酒。
不抽煙,，不打麻將,，不炒股，不買彩票……
一天一兩肉,，一個雞蛋,，一斤多菜，外加主食……
因為上述原因,，所以,，革命本錢保養(yǎng)的非常好！心,、腦血管方面各項指標(biāo)都很好,。
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你的博客看了，寫的非常好,。還想知道你的更詳細(xì)的情況,，特別是知識結(jié)構(gòu)方面……。
愿意的話，最好能發(fā)信給我,。

謝謝你的關(guān)心,！

syw  070321---20.45