实验二十七 光电传感器测转速实验

实验二十七 光电传感器测转速实验

一、实验目的：了解光电转速传感器测量转速的原理及方法。

二、基本原理：光电式转速传感器有反射型和透射型二种，本实验装置是透射型的(光电断续器也称光耦)，传感器端部二内侧分别装有发光管和光电管，发光管发出的光源透过转盘上通孔后由光电管接收转换成电信号，由于转盘上有均匀间隔的6个孔，转动时将获得与转速有关的脉冲数，脉冲经处理由频率表显示ｆ，即可得到转速ｎ=10f。实验原理框图如图27—1所示。

图27—1 光耦测转速实验原理框图

三、需用器件与单元：主机箱中的转速调节0～24V直流稳压电源、+5V直流稳压电源、电压表、频率\转速表；转动源、光电转速传感器—光电断续器(已装在转动源上)。

四、实验步骤：

1、将主机箱中的转速调节0～24V旋钮旋到最小(逆时针旋到底)并接上电压表；再按图27—2所示接线，将主机箱中频率／转速表的切换开关切换到转速处。

图27—2 光电传感器测速实验接线示意图

2、检查接线无误后，合上主机箱电源开关，在小于12V范围内(电压表监测)调节主机箱的转速调节电源(调节电压改变电机电枢电压)，观察电机转动及转速表的显示情况。

3、从2V开始记录每增加1V相应电机转速的数据(待转速表显示比较稳定后读取数据)；

画出电机的V-ｎ(电机电枢电压与电机转速的关系)特性曲线。实验完毕，关闭电源。

五、思考题：

已进行的实验中用了多种传感器测量转速，试分析比较一下哪种方法最简单、方便。

实验二十八 光电传感器控制电机转速实验

一、实验目的：了解光电传感器(光电断续器—光耦)的应用。学会智能调节器的使用。

二、基础原理：利用光电传感器检测到的转速频率信号经F/V转换后作为转速的反馈信号，该反馈信号与智能人工调节仪的转速设定比较后进行数字PID运算，调节电压驱动器改变直流电机电枢电压，使电机转速趋近设定转速(设定值：400转／分～2200转／分)。转速控制原理框图如图28—1所示。

图28-1 转速控制原理框图

三、需用器件与单元：主机箱中的智能调节器单元、+5V直流稳压电源；转动源、光电转速传感器—光电断续器(已装在转动源上)。

附：智能调节器简介：

(一)、概述:

主机箱中所装的调节仪表为人工智能工业调节仪，仪表由单片机控制，具有热电阻、热电偶、电压、电流、频率TTL电平等多种信号自由输入(通过输入规格设置)，手动自动切换，主控方式在传统PID控制算法基础上，结合模糊控制理论创建了新的人工智能调节PID控制算法，在各种不同的系统上，经仪表自整定的参数大多数能得到满意的控制效果，具有无超调，抗扰动性强等特点。

此外仪表还具有良好的人机界面，仪表能根据设置自动屏蔽不相应的参数项，使用户更觉简洁易接受。

(二)、主要技术指标：

1、 基本误差： ≤±0.5%F.S±1个字，±0.3%F.S±1个字

2 、冷端补偿误差： ≤±2.0℃

3 、采样周期： 0.5秒

4 、控制周期： 继电器输出与阀位控制时的控制周期为2～120秒可调，其它为2秒。 5 、报警输出回差（不灵敏区）： 0.5或5

6 、继电器触点输出： AC250V/7A（阻性负载）或AC250V/0.3A(感性负载)

7 、驱动可控硅脉冲输出：幅度≥3V，宽度≥50μS的过零或移相触发脉冲（共阴） 8 、驱动固态继电器信号输出：驱动电流≥15mA，电压≥9V

9 、连续PID调节模拟量输出： 0～10mA(负载500±200Ω), 4～20mA(负载250±100Ω),或 0～5V(负载≥100kΩ), 1～5V(负载≥100kΩ)

10 、电源： AC90V～242V（开关电源）, 50/60Hz，或其它特殊定货

11 、工作环境： 温度0～50.0℃,相对湿度不大于85%的无腐蚀性气体及无强电磁干扰的场所

(三)、调节器面板说明：

面板上有PV测量显示窗、SV给定显示窗、4个指示灯窗和4个按键组成。如图28-2所示。

图28-2调节仪面板图

面板中 1、PV--测量值显示窗

2、SV--给定值显示窗

3、AT--自整定灯

4、ALM1--AL1动作时点亮对应的灯

5、ALM2--手动指示灯(兼程序运行指示灯)

6、OUT--调节控制输出指示灯

7、SET--功能键

8、◄--数据移位(兼手动／自动切换及参数设置进入)

9、▼--数据减少键(兼程序运行／暂停操作)

10、▲--数据增加键(兼程序复位操作)

(四)、参数代码及符号（仪表根据设置只开放表中相对应的参数项）

(五)、参数及状态设置方法：

1、第一设置区

上电后，按SET键约3秒，仪表进入第一设置区，仪表将按参数代码1～20依次在上显示窗显示参数符号，下显示窗显示其参数值，此时分别按、▼、▲三键可调整参数值，长按▼或▲可快速加或减, 调好后按SET键确认保存数据，转到下一参数继续调完为止,长按 SET将快捷退出, 也可按SET + 直接退出。如设置中途间隔10秒未操作，仪表将自动保存数据，退出设置状态。

仪表第11项参数LoCK为密码锁，为0时允许修改所有参数，为1时只允许修改第二设置区的给定值“SP”，大于1时禁止修改所有参数。用户禁止将此参数设置为大于50, 否则将有可能进入厂家测试状态。

2、第二设置区

上电后，按▲键约3秒，仪表进入第二设置区，此时可按上述方法修改设定值“SP”。

3、手动调节：上电后，按键约3秒进入手动调整状态，下排第一字显示“H”，此时可设置输出功率的百分比; 再按键约3秒退出手动调整状态。

当仪表控制对象为阀门时，手动值>50为正转，否则为反转，输出的占空比固定为100%。

4、在常规运行时，上显示窗显示测量值，下显示窗显示设定值SV，按▼键，下显示窗能切换成显示主控输出值，此时第1数码管显示“F”，后三位显示0～100的输出值。

(六)、自整定方法：

仪表首次在系统上使用，或者环境发生变化,发现仪表控制性能变差，则需要对仪表的某些参数如P、I、D等数据进行整定，省去过去由人工逐渐摸索调整，且难以达到理想效果的繁琐工作，具体时间根据工况长短不一，以温度控制（反向）为例，方法如下：

首先设置好给定值后将自整定参数AT设置为1，A-M灯开始闪烁，仪表进入自整定状态，此时仪表为两位式控制方式，仪表经过三次震荡后，自动保存整定的P、I、D参数,A-M灯熄灭,自整定过程全部结束。

注：①一旦自整定开启后，仪表将禁止改变设定值。

②仪表整定时中途断电，因仪表有记忆功能，下次上电会重新开始自整定。

③自整定中，如需要人为退出，将自整定参数AT设置为0即可退出，但整定结果无效。 ④按正确方法整定出的参数适合大多数系统，但遇到极少数特殊情况控制不够理想时，可适当微调P、I、D的值。人工调节时,注意观查系统响应曲线, 如果是短周期振荡(与自整定或位式控制时振荡周期相当或约长), 可减小P(优先), 加大I及D; 如果是长周期振荡

(数倍于位式控制时振荡周期), 可加大I(优先), 加大P、D; 如果是无振荡而有静差,可减小I(优先),加大P; 如果是最后能稳定控制但时间太长,可减小D(优先), 加大P, 减小I。调试时还可采用逐试法,即将P、I、D参数之一增加或减少30-50%,如果控制效果变好,则继续增加或减少该参数,否则往反方向调整,直到效果满意为止,一班先修改P, 其次为I, 还不理想则最后修改D参数。修改这三项参数时, 应兼顾过冲与控制精度两项指标。

输出控制阀门时，因打开或关闭周期太长，如自整定结果不理想，则需在出厂值基础上人工修改PID参数(一般在出厂值基础上加大P,减小I及为了避免阀门频繁动作而应将D调得较小)。

(七)、通讯：

1、接口规格

为与PC机或PLC编控仪联机以集中监测或控制仪表，仪表提供232、485两种数字通讯接口，光电隔离，其中采用232通讯接口时上位机只能接一台仪表，三线连接，传输距离约15米；采用485通讯接口时上位机需配一只232-485的转换器，最多能接64台仪表，二线连接，传输距离约一千米。

2、通讯协议

⑴、通讯波特率为1200、2400、4800、9600四档可调，数据格式为1个起始位、8个数据位，2个停止位，无校验位。

⑵、上位机发读命令

（地址代码+80H）+（地址代码+80H）+〔52H（读）〕+（要读的参数代码）+（00H）+（00H）+〔校验和（前六字节的和/80H的余数）〕

⑶、上位机发写命令

（地址代码+80H）+（地址代码+80H）+〔57H（写）〕+（要写的参数代码）+（参数值高8位）+（参数值低8位）+〔校验和（前六字节的和/80H的余数）〕

⑷、仪表返回

（测量值高8位）+（测量值低8位）+（参数值高8位）+（参数值低8位）+（输出值）+（仪表状态字节）+〔校验和（前六字节的和/80H的余数）〕

⑸、上位机对仪表写数据的程序段应按仪表的规格加入参数限幅功能，以防超范围的数据 写入仪表，使其不能正常工作，各参数范围见《四 参数代码及符号》

⑹、上位机发读或写指令的间隔时间应大于或等于0.3秒，太短仪表可能来不及应答 ⑺、仪表未发送小数点信息，编上位机程序时应根据需要设置

⑻、测量值为32767（7FFFH）表示HH（超上量程），为32512（7F00H）表示LL（超下量程） ⑼、其它

① 每帧数据均为7个字节，双字节均高位在前，低位在后。

② 仪表报警状态字节为：

位状态=1 为报警，位状态=0 为非报警

四、实验步骤：

1、设置调节器转速控制参数：按图28—3示意接线。检查接线无误后，合上主机箱上的总电源开关；将控制对象开关拨到Fin位置后再合上调节器电源开关，仪表上电后，仪表的上显示窗口(PV)显示随机数或HH

或LL；下显示窗口(SV)显示控制给定值(实验值)。按SET键并保持约3秒钟，即进入参数设置状态。在参数设置状态下按SET键，仪表将按参数代码1～20依次在上显示窗显示参数符号［(四)、参数代码及符号］，下显示窗显示其参数值，此时分别按、▼、▲三键可调整参数值，长按▼或▲可快速加或减, 调好后按SET键确认保存数据，转到下一参数继续调完为止,长按 SET将快捷退出, 也可按SET + 直接退出。如设置中途间隔10秒未操作，仪表将自动保存数据，退出设置状态。

图28—3 控制电机转速实验接线示意图

具体设置转速控制参数方法步骤如下：

(1)、首先设置Sn (输入方式)：按住SET键保持约3秒钟，仪表进入参数设置状态，PV窗显示AL-1(上限报警)。再按SET键11次，PV窗显示Sn (输入方式)，按▼、▲键可调整参数，使SV窗显示u。

(2)、再按SET键， PV窗显示oP-A (主控输出方式) ，按▼、▲键修改参数值，使SV窗显示5。

(3)、再按SET键，PV窗显示oP-b (副控输出方式) ，按▼、▲键修改参数值，使SV窗显示1。

(4)、再按SET键，PV窗显示ALP (报警方式) ，按▼、▲键修改参数值，使SV窗显示1。

(5)、再按SET键，PV窗显示CooL (正反控制选择) ，按▼键，使SV窗显示0。

(6)、再按SET键，PV窗显示P-SH (显示上限) ，长按▲键修改参数值，使SV窗显示9999。

(7)、再按SET键，PV窗显示P-SL (显示下限) ，长按▼键修改参数值，使SV窗显示0。

(8)、再按SET键，PV窗显示Addr (通讯地址) ，按、▼、▲三键调整参数值，使SV窗显示1。

(9)、再按SET键，PV窗显示bAud (通讯波特率) ，按、▼、▲三键调整参数值，使SV窗显示9600。

(10)、长按SET键快捷退出，再按住SET键保持约3秒钟，仪表进入参数设置状态，PV窗显示AL-1(上限报警)；按、▼、▲三键可调整参数值，使SV窗显示2500。

(11)、再按SET键，PV窗显示Pb (传感器误差修正) ，按▼、▲键可调整参数值，使SV窗显示0。

(12)、再按SET键，PV窗显示P (速率参数) ，按、▼、▲键调整参数值，使SV窗显示1。

(13)、再按SET键，PV窗显示I (保持参数) ，按、▼、▲三键调整参数值，使SV窗显示950。

(14)、再按SET键，PV窗显示d (滞后时间) ，按、▼、▲键调整参数值，使SV窗显示10。

(15)、再按SET键，PV窗显示FILt (滤波系数) ，按▼、▲、键可修改参数值，使SV窗显示1。

(16)、再按SET键，PV窗显示dp (小数点位置) ，按▼、▲键修改参数值，使SV窗显0。

(17)、再按SET键，PV窗显示outH (输出上限) ，按、▼、▲三键调整参数值，使SV窗显示200。

(18)、再按SET键，PV窗显示outL (输出下限) ，长按▼键，使SV窗显示0后释放▼键。

(19)、再按SET键，PV窗显示At (自整定状态) ，按▼键，使SV窗显示0。

(20)、再按SET键，PV窗显示LoCK (密码锁) ，按▼键，使SV窗显示0。

(21)、长按SET键快捷退出，转速控制参数设置完毕。

2、按▲键约3秒，仪表进入“SP” 设定值(实验给定值)设置，此时可按上述方法按、 ▼、▲三键在400～2200转／分范围内任意设定实验给定值(SV窗显示给定值，如1000转／分钟)，观察PV窗测量值的变化过程(最终在SV设定值调节波动)。做其它任意一个转速值控制实验时，只要重新设置“SP” 给定值(其它参数不要改变)。设置方法：按住▲键约3秒，仪表进入“SP” 给定值(实验值)设置，此时可按、▼、▲三键修改给定值，使SV窗显示值为新做的转速控制实验值，进入控制电机转速过程，观察PV窗测量值的变化过程

五、思考题：

按SET键并保持约3秒钟，即进入参数设置状态，只大范围改变控制参数P或I或d 的其中之一设置值(注：其它任何参数的设置值不要改动)，观察PV窗测量值的变化过程。这说明了什么问题? 实验完毕，关闭电源。