基于合信CTSC-200 PLC的动平衡测试机控制方案

1、背景

1．1定义

   平衡机是测量旋转物体(转子)不平衡量大小和位置的机器。

   任何转子在围绕其轴线旋转时，由于相对于轴线的质量分布不均匀而产生离心力。这种不平衡离心力作用在转子轴承上会引起振动，产生噪声和加速轴承磨损，以致严重影响产品的性能和寿命。电机转子、机床主轴、内燃机曲轴、汽轮机转子、陀螺转子和钟表摆轮等旋转零部件在制造过程中，都需要经过平衡才能平稳正常地运转。 根据平衡机测出的数据对转子的不平衡量进行校正，可改善转子相对于轴线的质量分布，使转子旋转时产生的振动或作用于轴承上的振动力减少到允许的范围之内。因此，平衡机是减小振动、改善性能和提高质量的必不可少的设备。

1．2分类

   平衡机可以分为 重力式平衡机和离心力式平衡机是两类型。

   重力式平衡机一般称为静平衡机。它是依赖转子自身的重力作用来测量静不平衡的。仅适用于某些平衡要求不高的盘状零件。离心式平衡机是在转子旋转的状态下，根据转子不平衡引起的支承振动，或作用于支承的振动力来测量不平衡。其按校正平面数量的不同，可分为单面平衡机和双面平衡机。单面平衡机只能测量一个平面上的不平衡(静不平衡)，它虽然是在转子旋转时进行测量，但仍属于静平衡机。双面平衡机能测量动不平衡，也能分别测量静不平衡和偶不平衡，一般称为动平衡机。

1．3动平衡机原理

    动平衡测试系统的结构如上图图所示，在平衡系统的转子支撑点两端各有一个压电传感器用以拾取转子的振动信号，而在转子的一侧的光电开关是用来获取相位基准以及转速信息。三路信号送入数据采集器，然后上传至上位机对信号进行处理,通过一定的解算，得到Ⅰ、Ⅱ校正面所需校正量的大小和相位，据此就可以实现对转子的不平衡校正。

2、方案

2.1 传统控制方案

   动平衡测试机传统上是采用工控机和数据采集卡组成信号采集、处理和逻辑控制系统，但这种方案由于使用工控机，造成系统整体可靠性差，对操作人员要求高，无法适应工厂车间应用要求。因此部分设备厂商转而采用工业领域广泛使用的具有极高可靠性的PLC作为控制方案。

2.2 控制要点

• 动平衡测试机对数据的采集要求属于基于脉冲同步的高速模拟量采集，即当系统捕获脉冲信号后立刻触发数据采集（从模拟量模块上获取具体数值）。在实际应用中，触发系统进行数据采集的脉冲频率不低于840Hz（以测试对象为额定转速2100rpm, 12对极的电机转子为例）。因此要求主机和模拟量采集模块都必须具备高速响应的能力。

• 系统必须具有大容量的数据存储器，能保存每次采集的数据。

2.3 合信技术的控制方案

   针对动平衡测试机的特点，合信技术推出了一种特殊的模拟量模块（CTS7 231-7HA32），该模块的数据采集时间为16微秒，采样频率62.5kHz。根据采样定理，如果系统数据采样频率要达到840Hz，则模拟量采样单元需要840*5=4.25kHz以上的速度，才能较好地还原信号；如果需要更高的采样精度，则需要更高速度的模拟量采集模块。由此可见CTS7 231-7HA32模块完全胜任动平衡测试机的要求。

   在保证模拟量模块能够准确及时获取信号的同时，合信技术优化了CPU程序获取数据的机制，通过让采样脉冲信号触发具有更高响应优先级的高速计数中断来获取数据。CTSC-200 CPU的高速计数中断延迟仅为60微秒，即PLC程序获得数据的频率为16kHz。

   在实际应用中，采用合信PLC的动平衡测试机的数据采集速度和质量已经达到了专用数据采集仪的效果。并且CTSC-200 CPU快速的浮点数处理能力也完全能够胜任后续数据处理的要求。

   下表为几种类型方案对比：

2.4 合信技术方案组成及产品列表

3、结论

   本文描述了一种基于合信技术CTSC-200 PLC的动平衡测试机的控制方案，这个方案解决了其它品牌标准PLC无法进行快速数据采集的问题，并且同工控机的方案相比，可靠性更高、价格更低，极具性价比优势。