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PLC測速新招，光電開關(guān)的速度魔法！

時(shí)間：2025-07-25 04:13:40
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還在為生產(chǎn)線上的滾筒轉(zhuǎn)速失控而手忙腳亂？眼睜睜看著傳送帶上的貨物堆積如山，卻找不到速度波動的根源？在追求高效、精準(zhǔn)的現(xiàn)代工業(yè)自動化浪潮中，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地掌握旋轉(zhuǎn)設(shè)備的運(yùn)行速度并非可有可無，而是保障生產(chǎn)效率與品質(zhì)的生命線。PLC（可編程邏輯控制器）作為工業(yè)控制的心臟，如何與小小的光電開關(guān)珠聯(lián)璧合，施展出精確測速的”魔法”？這其中的精妙協(xié)作，正是我們破解測速難題的關(guān)鍵鑰匙！

一、核心魔法齒輪：光電開關(guān)的觸發(fā)原理

光電開關(guān)，這個(gè)在工業(yè)現(xiàn)場無處不在的”感知器官”，利用光線（通常是紅外光）作為檢測媒介。當(dāng)我們需要利用它來測量轉(zhuǎn)速時(shí)，槽型（或稱U型）光電開關(guān)往往是完美搭檔。它的結(jié)構(gòu)極富巧思：一側(cè)是紅外發(fā)光管，持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)射紅外光線；另一側(cè)則是紅外接收管，專門負(fù)責(zé)敏銳地捕捉光線。在發(fā)射管與接收管之間，恰是一個(gè)開放的光路通道。

測速的精髓，在于在旋轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)精心設(shè)計(jì)的遮光片（或稱為碼盤）。這個(gè)遮光片邊緣通常均勻開有若干缺口或孔洞。當(dāng)設(shè)備開始運(yùn)轉(zhuǎn)，遮光片也隨之旋轉(zhuǎn)。每當(dāng)遮光片上的缺口或孔洞經(jīng)過槽型光電開關(guān)的光路通道時(shí)，紅外光便能暢通無阻地從發(fā)光管照射到接收管上。此時(shí)，接收管導(dǎo)通，輸出一個(gè)高電平（如24V DC）。反之，當(dāng)遮光片實(shí)體部分阻擋光路時(shí)，接收管截止，輸出低電平。于是，遮光片每旋轉(zhuǎn)一圈，光電開關(guān)便會精準(zhǔn)地產(chǎn)生 “N”個(gè)規(guī)則的脈沖信號（N即為遮光片上的缺口/孔洞數(shù)量）。這就像給旋轉(zhuǎn)軸裝上了一把精確的”刻度尺”，每個(gè)脈沖都代表物體轉(zhuǎn)動了特定的角度。

關(guān)鍵點(diǎn)：槽型光電開關(guān)配合帶孔/缺口的遮光片，將連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為離散的、可被PLC精確計(jì)數(shù)的電脈沖信號。

二、 PLC：強(qiáng)大而精準(zhǔn)的“脈沖解讀者”

PLC作為工業(yè)控制系統(tǒng)的指揮中心，其核心功能之一就是處理各類輸入信號。對于光電開關(guān)輸入的脈沖序列，PLC內(nèi)部集成的特殊”武器”——高速計(jì)數(shù)器（HSC）模塊 便派上了關(guān)鍵用場。這類模塊的設(shè)計(jì)目標(biāo)極其明確：以毫秒乃至微秒級的響應(yīng)速度，完成對極高頻率脈沖信號的精確捕捉與計(jì)數(shù)，遠(yuǎn)超過處理普通開關(guān)信號的常規(guī)PLC掃描周期。

測速流程清晰而嚴(yán)謹(jǐn)：

信號接入：將光電開關(guān)的輸出信號線（通常是開關(guān)量輸出）連接到PLC指定為高速計(jì)數(shù)器輸入的物理端口上。
高速計(jì)數(shù)配置：在PLC的編程軟件（如西門子的TIA Portal、羅克韋爾的Studio 5000、三菱的GX Works等）中，配置相應(yīng)的高速計(jì)數(shù)器硬件通道。需要設(shè)置的關(guān)鍵參數(shù)包括：

工作模式：選擇計(jì)數(shù)器模式（如增計(jì)數(shù)、減計(jì)數(shù)、AB相計(jì)數(shù)等，簡單測速常用增計(jì)數(shù)）。
計(jì)數(shù)源：明確指定哪個(gè)物理輸入端子接入光電開關(guān)信號。
計(jì)數(shù)方向/復(fù)位：設(shè)定初始計(jì)數(shù)方向及復(fù)位條件（如果需要）。
濾波設(shè)置：適當(dāng)?shù)妮斎胄盘枮V波能有效消除信號抖動干擾。

計(jì)數(shù)邏輯激活：通過PLC程序中的特定指令（如西門子的CTRL_HSC指令、三菱的HCNT指令）啟動并管理高速計(jì)數(shù)器的運(yùn)行。
實(shí)時(shí)讀取計(jì)數(shù)值：在PLC程序中，可以隨時(shí)讀取高速計(jì)數(shù)器的當(dāng)前計(jì)數(shù)值（通常存儲在一個(gè)特定的數(shù)據(jù)寄存器或內(nèi)部存儲器中）。這個(gè)值代表了從啟動或上次復(fù)位以來，PLC捕捉到的光電開關(guān)脈沖的總數(shù)量。

三、從脈沖到轉(zhuǎn)速：公式解鎖速度之謎

僅僅知道累積的脈沖數(shù)量還不足以告訴我們轉(zhuǎn)速，我們需要引入時(shí)間維度。關(guān)鍵步驟在于計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)捕獲的脈沖數(shù)。常見的做法有兩種：

固定時(shí)間間隔法：

在PLC程序中創(chuàng)建一個(gè)周期性中斷（例如，每100毫秒觸發(fā)一次中斷服務(wù)程序）。
在每次中斷發(fā)生時(shí)，讀取高速計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值C_now。
計(jì)算本次中斷與上一次中斷之間的時(shí)間間隔ΔT（單位：秒）。
計(jì)算該時(shí)間段內(nèi)（ΔT）的脈沖增量：ΔC = C_now - C_prev（其中C_prev是上次中斷時(shí)保存的計(jì)數(shù)值）。
保存當(dāng)前計(jì)數(shù)值C_now，用作下一次計(jì)算的C_prev。
計(jì)算頻率（單位：Hz）：F = ΔC / ΔT 。 即每秒產(chǎn)生的脈沖數(shù)。
計(jì)算轉(zhuǎn)速（單位：RPM - 轉(zhuǎn)/分鐘）： > *轉(zhuǎn)速 (RPM) = (F * 60) / N*

測量脈沖周期法（適用于較低轉(zhuǎn)速或需要高瞬時(shí)精度場景）：

利用PLC的高速計(jì)數(shù)器或高速輸入捕捉功能，精確測量相鄰兩個(gè)脈沖上升沿（或下降沿）之間的時(shí)間間隔 ΔT（單位：秒）。
那么該脈沖的周期 T = ΔT。
計(jì)算該時(shí)刻的瞬時(shí)頻率（Hz）：F_instant = 1 / T
計(jì)算該時(shí)刻的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速（RPM）： > *RPM_instant = (60 / T) / N = (60 * F_instant) / N*

核心公式釋義：無論采用哪種方法，最終都離不開： *轉(zhuǎn)速 (RPM) = (單位時(shí)間脈沖數(shù) F * 60) / 遮光片缺口數(shù) N*

F：光電開關(guān)產(chǎn)生的有效脈沖頻率（Hz，脈沖/秒）。

60：將秒轉(zhuǎn)換為分鐘。

N：遮光片上的缺口/孔洞數(shù)量。*如果遮光片只有一個(gè)缺口（N=1），旋轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生一個(gè)脈沖，公式簡化為 RPM = F * 60。* N越大，單位時(shí)間的脈沖數(shù)越多，在相同時(shí)間分辨率下測得的轉(zhuǎn)速精度通常越高。