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在工业生产和试验过程中，经常会遇到各种转速的测量和控制问题。多数情况下可以通过电磁或光电等方法，将转速测量转变为频率测量。测量频率的方法有很多，不同的方法各有不同的适用范围。近年来随着电子技术的迅速发展，工业测控设备不断更新，频率测量的方法和设备也有新的进展。在实际应用中，选择不同的技术设计方案，效果可能相差甚远。本文以机车试验床测试系统中的转速测量为例，说明如果能具体分析，对症下药，把方案设计和具体的技术设计工作做好做细，则采用简单的方法、挖掘已有测控设备的潜力，也能取得令人满意的效果。
1 试验系统概况及对转速测量的要求
机车试验床测试系统是为了解决列车的离线试验问题(进行机车维护和出厂试验时均需进行试验)而设计的。以往这类试验是采用在线方式、在列车线路的空闲间隙内穿插进行，变得更加困难，列车提速后，线路更加紧张。要彻底解决这一问题，有必要建造离线的试验床测试系统，对机车进行离线测试。
试验系统的结构如图1所示。待试机
车被驱动到试验床上，机车车轮依次与传动轮摩合。传动轮三个一组，先通过机械式同步，然后分别驱动两台测功机(励磁发电机组)。测功机的输出接到大小可控的水阻阵列上，模拟机车负载，消耗机车功率。试验时，在一定条件下启动机车，调整测功机的负载和转速，可以使机车按照与线路上类似的工况(运行速度和拖动力)运行。试验中任何时刻，两台测功机的转速必须保持一致。
与一般的控制对象相比，对测功机的转速控制要求速度较快，特别是在加入内环电流反馈之后；对转速的显示精度要求也较高，希望在测量转速上限时相对误差不大于0.2％。本系统中设计的电流环调节周期为O.1秒，用于显示和记录的转速测量周期为1秒，试验系统设计的转速测量范围为200～1000转/分。测功机的转速测量性能对于整个系统的运行起着决定性的作用。
另外在试验中需要在车下的控制室内对机车上的重要参数进行监控，包括车上发电机的电压、电动机电流和柴油机的转速。对于柴油机转速，车上通常只提供每转一次的电脉冲信号，转速范围为500～1500转/分。由于这些测量参数只是用于对机车运行状态进行监控，因此对测量精度和测量速度的要求不高，不大于1％的相对误差和l～3秒的测量周期即可。
考虑到对测功机的测量和控制速度要求较高及** 测控系统的抗干扰能力，试验系统采用OMRON的CJ1-M型PLC控制器作为下位机，执行绝大部分测量和控制任务；机车上的数据则通过以Adam-4017+八通道模拟量输入模块为核心构成的便携式车上数据采集装置进行采集，采集的结果经RS-485总线传送到上位监控机。
本文只讨论测功机和柴油机的转速测量问题。
2 机车测试系统中的转速测量
2.1 测功机的转速测量
可编程控制器CJl系列中有一个特殊单元是高速计数单元CT021。每块CT021具有两个高速计数器，每个计数器的容量为二进制32位，可接受频率高达50kHz的输入脉冲，以实现快速运动的**控制。两个输入通道分别用于两台测功机的转速测量。
CT021采用计数法测量输入信号的频率。选用分辨率为1024的光电编码器实现转速一电信号频率转换。在转速下限(200转/分)时，实际输出的脉冲频率为1024×200／60s=3400／s，即3400Hz。为实现周期为O.1秒的快速调节，应配以周期为0.1秒的高速采样，此时每周期可采脉冲为340个，相对误差不超过±O.3％，可以满足转速控制要求。
在转速上限时．计数法的测量精度会有改善，但需核对计数单元对于输入脉冲频率的上限限制。转速为1000转份时，输入脉冲频率为1024×1000／60s，即17.07kHz，不会超过50kHz硬件脉冲频率上限的限制。
尽管上述单相脉冲输入方式已经可以满足系统测速要求，为保有一定的余量，系统实际采用差相输入方式，使输入脉冲的频率**一倍，测量误差再减小一半。
做完上述核对工作、确定测量所需硬件之后，软件上要做的工作相对较简单，只要按照厂家提供的技术资料在程序中对CT021的工作方式进行正确地初始化设置，上电后程序就会在每个循环中将计数结果存放到指定的内存地址中。可以将这些数据转移到数据存储区，供实现转速调节的指令使用。
CT021还提供多种功能，例如可以实现双向计数、具有两个控制输入和两个控制输出及30个软输出等，对它们可以灵活配置，以满足使用现场可能出现的特殊要求。值得一提的是，CT021提供的功能之一是可以自动将连续若干次(高可达64字)的速率测量结果记录在一个地址连续的存储区中，并随时自动刷新，这样既可以在每个0.1秒循环周期内得到当时的采样值供调节指令使用，也可以轻而易举地得到连续多个周期的总计数结果，即较长时间间隔内的采样值，供显示和记录之用。取样时间扩大了，量化误差相应减小，较好地满足了对显示精度的要求。
2.2 机车上的柴油机转速测量
机车上的柴油机转速为500~1500转/分，被测脉冲的频率仅为500／60s(8.3Hz)~1500／60s(25Hz)，采用计数法进行频率测量显然不合适。由于对测量精度的要求不是很高，可以采用模拟方法。
、工作原理 :
直进式拉丝机是有多个拉拔头组成的小型的连续生产设备，通过逐级拉拔，可以一次性地把钢丝冷拉到所需的规格，所以工作效率比较高。但是，由于通过每一级的拉拔后，钢丝的线径发生了变化，所以每个拉拔头工作线速度也应有变化。
根据拉模配置的不同，各个拉拔头的拉拔速度也要变化。拉拔速度的基准是每个时刻通过拉模的钢丝的秒**体积不变，即使以下公式成立：
πR²×V1= πr²×V2
其中 R：进线钢丝的直径
V1：进线钢丝的线速度
r： 出线钢丝的直径
V2：出线钢丝的线速度
直进式拉丝机的各个拉拔头的工作速度就是基于以上的公式，保证各个拉拔头同步运行。但是，以上的说明是基于理想状态的稳态工作过程，由于机械传动的误差以及机械传动的间隙，还有在起动、加速、减速、停止等动态的工作过程中，各个拉拔头就无法保持同步，所以，现在大多数的直进式拉丝机上都有张力传感器，动态测量各个拉拔头间的钢丝的张力，再把张力转换成标准信号(0~20mA或0~10V)，用这个标准信号反馈给调速变频器，变频器用这个信号作闭环PID过程控制，在主速度上叠加上PID计算的调整量，保持各个张力检测点的张力恒定，也就保证了直进式拉丝机工作在同步恒张力的工作状态。
以深圳龙岗生产的400 型直线式不锈刚拉丝机为例，对该机控制原理加以阐述。本机采用三菱PLC和星河变频器为控制系统核心，用 9台变频器分别控制 9 台交流电动机，将高精度位移传感器用于 8个卷筒拉拔丝的张力涉取装置,取人机界面为直观控制。在充分分析了拉丝机工艺的基础上，着中考虑了以下几个方面对系统的影响：
1. 拉丝机启动时，拉拔力较大，随着速度的逐渐增加拉拔力迅速减小，在达到一定的转速后，拉拔力便只有微小增加。
2. 原料进丝时，本身会有一些缺陷，表面处理不完全等，这些都将影响拉丝机的稳定性。
4. 电机的转差率会由于负载的变化而变化。
5. 拉丝过程中重要的被控量是丝的张力，而断丝和积线是张力变化的两种极端情况，所以只要保证张力在某一范围内变化，就可保证拉丝机的稳定运行。
系统的领航速度是由后一台拉拔变频器决定的，再根据每道拉模的压缩比与减速比，计算其它每个机台的主给定速度，由于机械上的误差和拉模的磨损，使得给定的参数与实际的数值有一定的差异，这个差异就通过张力臂来纠正。事实上，张力臂下面连接着一只位置传感器，该传感器测量出张力臂的转动角度，输出一个0～10V的模拟量信号给变频器，变频器再根据设定的位置值（一个相对与10V的百分比值），经过PID计算，在输出频率上叠加上一个纠偏量，消除上述的差异。
系统中，触模屏作为人机界面，起着人机接口的作用，每道拉模的压缩比，就是通过触模屏输入的，并且，触模屏还能存储若干套不同的拉模参数，方便用户快速选择成套拉模参数，而不必每次都要输入参数，方便了用户，**了效率。触模屏还显示工作中各道拉模的实际工作参数，包括电压、电流、速度等等，在系统出现报警时，触模屏上及时显示系统故障的内容，方便用户及时诊断，排除一些简单的故障。触模屏与PLC是通过MPI连接的，速率为：187.5K。
PLC是整个系统的控制中心，控制着整个系统的工作流程。通过按钮的操作，控制每个机台的前联动、后联动、点动及整个系统点动、自动运行。根据触模屏输入的拉模压缩比参数，计算每个机台的同步速度，并通过Profibus总线传输给变频器，由变频器直接驱动机台电机工作。PLC还通过Profibus总线，从变频器中读取变频器的工作参数，对变频器的各种工作异常作出处理，并及时通过触模屏显示。
四、功能与性能指标
功能：
1、 在 PLC 控制下，实现由交流变频器对交流异步电机的平滑无级变频调速。
2、 采用 PLC 工业可编程控制器实现各种开关量逻辑组合，改变程序便可变更逻辑功能。操作使用灵活 . 方便。
3、 具备安全自动停机功能。
4、 断 2 丝保护 . 自动停机。
5、 各拉丝头可独立启动 . 停止 . 调速。
6、 低速软启动。启动速度与时间可调。
7、 各头设有低速点动开关。
8、 整机有联动功能，可同时启动和停止。
9、 设备控制收线机接口 . 收线机与尾头同步工作，也可单独开启。
10、 无启动冲击电流，不会对电网造成负载电压波动。且电流 . 电压可随时观察。
性能：
1•进线直径 2.2 ， 出线直径小 0.8
2•出线速度可达 600 米 / 分
3•稳定性 ≤ 1HZ
从调试结果看，我们的方案是正确的，系统能够运行在一个稳定状态，而对系统的简化使整体结构简单，故障少，参比量与基准量的闭环处理是保证系统稳定工作的关键。
五、注意事项
1、拉丝机拔丝在运行的过程中，如无紧急情况需要无条件停车时，一般不要用杠杠或停车按钮操作，因本变频器未加装再生系统，急停容易造成过载保护，过载保护太多时，容易引起变频器故障。
3•上丝时从低速逐渐向高速调试过程中，要用总调速钮慢升，停机时也要用总调速钮慢降速，防止调速过快，超负载保护。
5•速度调节时，要慢转调速旋钮，不要调速过快。
6•空频器控制柜所在环境温度不得超过 50 ℃。
7•控制回路联结要用 0.5 ～ 0.75mm 2 屏蔽线。
8•变频器外壳要可靠接地，接地电阻
