风扇性能测试系统设计_学士学位论文(编辑修改稿)

风扇性能测试系统设计_学士学位论文(编辑修改稿)内容摘要：

学院学士学位论文（设计） 5 2 硬件设置 PLC 简介 可编程控制器是 60年代末在美国首先出现的，当时叫可编程逻辑控制器 PLC（ ProgrammableLogicController），目的是用来取代继电器。 以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。 提出 PLC概念的是美国通用汽车公司。 PLC的基本设计思想是把计算机 功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。 根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内 ,使控制器和被控对象连接方便 [1]。 70年代中期以后， PLC已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的 PLC已不再是仅有逻辑(Logic)判断功能，还同时具有数据处理、 PID调节和数据通信功能。 国际电工委员会 (IEC)颁布的可编程控制器标准草案中对可编程控制器 作了如下的定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。 它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。 可编程控制器及其有关外围设备，易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的设计 [2]。 可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺。 目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的普及推广应用。 可编程控制器是面向用户 的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点。 ① 可靠性高，抗干扰能力强； ② 编程直观、简单； ③ 适应性好； ④ 功能完善，接口功能强。 目前，世界上有 200多厂家生产 300多品种 PLC产品，应用在汽车（ 23%）、粮食加工（ %）、化学 /制药（ %）、金属 /矿山（ %）、纸浆 /造纸（ %）等行业。 以下对 PLC的发展、基本结构、配置、应用等基本知识做一简介。 PLC 连接 以下是本系统的 PLC连接图 学院学士学位论文（设计） 6 图 21 PLC连接图 传感器简介 霍尔传感器是一种磁传感器。 用它可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。 霍尔传感器以霍尔效应为其工作基础，是由霍尔元件和它的附属电路组成的集成传感器。 霍尔传感器在工业生产、交通运输和日常生活中有着非常广泛的应用。 霍尔传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种。 (1) 线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成，它输出模拟量。 (2) 开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成，它输出数字量。 下面是本文所用的线性型霍尔传感器的特性 图 22 线性图 学院学士学位论文（设计） 7 输出电压与外加磁场强度呈线性关系，如图 3所示，可见，在 B1～ B2的磁感应强度范围内有较好的线性度，磁感应强度超出此范围时则呈现饱和状态。 光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。 它首先把被测量的变化转换成光 信号 的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。 光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。 光电传感器在 一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路。 发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管 (LED)、激光二极管及红外发射二极管。 光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。 接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。 在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。 在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。 此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。 三角反射板是结构牢固的发射装置。 它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光 束准确地从反射板中返回，具有实用意义。 它可以 在与光轴 0到 25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回 [3]。 图 23 光电传感器工作原理图 传感器选型 测电机速度和主轴速度我选择 n1h5c70霍尔测速传感器。 下面是 n1h5c70霍尔测速传感器 的性能指标： (1) 主要特性： 输出波形为方波 ； 用于测量铁磁材质齿轮或凹槽，齿轮模数大于 1； 可测量的频率范围： 20,000hz，远远宽于无源感应式 电磁传感器 ； 可准确测量非常低的速度 (接近零速 )，脉冲间隔非常大，优于无源感应式电磁传感器 ； 不受外部的干扰，如：错误的干扰信号，电机磁场，震动等。 这是感应式传感器不能比拟的 ； 推挽式输出，输出电流大 ； 安装位置：无方向要求 ； 高防护级别，不受外部严酷电子、电气环境影响 ； 温度使用范围宽： 40度 +120度。 (2) 采用霍尔效应测量转速的原理 学院学士学位论文（设计） 8 测量元件由霍尔元件和永磁体构成。 当铁磁材质的齿轮（或凹槽）依次经过霍尔元件表面时，霍尔电压产生变化，产生电压差，从而了一个测量脉冲信号。 这个信号的频率与转速成正比。 内置的电路还有电源处理和抗干扰功能，基本消除了外界因素（如：震动，电机磁场，外界杂散电磁场等）的干扰。 此特点与电磁感应式传感器相比，有很大的优势。 同时，输出信号强度与转速无关，始终保持最佳状态，弥补了电磁感应式传感器在低速下的缺点，大大扩展了测量范围，可以测量出非常低的转速（甚至静止的物体）。 由于非常强的抗干扰能力，即使最低频率小于 ，此传感器仍然可以测量出来。 (3) 技术参数 表 21 霍尔传感器参数表 频率范围 – 20,000hz 测量原理 霍尔原理 探测距离（间隙） ～ ,根据扫描物体的形状确定。 扫描物体 铁磁体，齿轮模数 m＞ 1；孔，直径 d＞ 3mm；突起或沟槽，宽度 w＞3mm 电压 直流 10～ 32v，标称值：直流 24v 反向电压保护 内含 过电压 60v不超过 2ms 电压降 下降 100%大于 10ms 无负荷时功率消耗 约 15ma（ 24 vdc）﹢启动电流 类型 标准脉冲方波 输出周波 推挽式输出 输出阻抗 130欧姆 输出电平 与输入电源电压有关 输出电流 npn： 50 ma； pnp： 20 ma 最大输入电压 36v 上升时间 ≥10v/us 推荐电缆长度 1,屏蔽线 振动等级 4g@25～ 100hz，振幅： @2～ 25hz 抗震性 300m/s2@18ms 工作温度 25℃ +120℃ 壳体温度 45℃ +85℃ 相对湿度 96% 防护等级 ip59 安装方式 螺纹安装， m18 安装方向 无方向性 电气绝缘等级 ＞ 60v 材料 壳体：黄铜。 重量 约 100～ 200g（根据长度和连接方式） 学院学士学位论文（设计） 9 测风扇速度我选择 LDM301红外线测速 传感器， 高精度红外 线测速仪主要特点： 在无反光板和反射率低的情况下能测量较远的距离；有同步输入端，可多个传感器同步测量；测量范围广，响应时间短；外形设计紧。