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[应用相关] 智能转速变送器的设计与实现

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 楼主 | 2019-5-18 11:44 | 显示全部楼层 |阅读模式
智能转速变送器的设计与实现
1.2转速检测仪表分类和转速测量的方式
1. 2. 1转速仪表的分类
    转速检测仪表按照不同时期的技术发展水平,大致可按以下类型划分:
    (1)离心式转速表
    离心式转速表是最传统的转速测量工具,是利用离心力与拉力的平衡来指示转速的
机械式转速表。一般就地安装,测量精度一般在1}2级。离心式转速表虽然结构比较复
杂,但它具有准确直观和可靠耐用的优点。
    (2)磁性转速表
    磁性转速表,它是利用旋转磁场,在金属罩帽上产生旋转力,依靠旋转力与游丝力
的平衡来指示转速的机械式转速表。一般就地安装,用软轴可以短距离异地安装。
    (3)电动式转速表
    电动式转速表由小型交流发电机、电缆、电动机和磁性表头组成。发电机产生交流
电驱动电动机,电动机的转速与被测轴的转速一致。磁性转速表头与小型交流电动机同
轴连接在一起,被测轴的转速即为磁性表头的指示值。电动式转速表具有异地安装方便、
抗振性能好等特点。
    (4)磁电式转速表
    磁电式转速表由磁电传感器和电流表组成,它具有异地安装方便等特点。
    (5)闪光式转速表
    闪光式转速表利用视觉暂留的原理,可以检测转速(往复速度)和循环往复运动物
体的静像,是一种必不可少的观测机械设备的工作状态的工具。
    (6)电子式转速表
    以现代电子技术为基础,设计制造的转速测量工具。它一般有多种多样的传感器和
显示器构成,有的还有信号输出和控制,测量方法多样,是现今最广泛应用的转速测量
仪表之一。
    上述6种转速表,具有各自独特的结构和原理,既代表着不同时期的技术发展水平,
也体现人类认识自然的阶段性发展过程。



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 楼主 | 2019-5-18 13:37 | 显示全部楼层
    脉冲频率运算一般运用在对可靠性、显示精度、使用灵活性和成本有一定要求的转
速表中。频率运算方法,可以分为测量频率法(定时计数法)、测量周期法(定数计时
法)和同步计数计时法。测量频率法(定时计数法)在测量上有士1的误差,低速时误
差较大;测量周期法(定数计时法)也有士1个时间单位的误差,在高速时,误差也很
大。同步计数计时法综合了上述两种方法的优点,在整个测量范围都达到了很高的精度,
万分之五以上的测量转速仪表基本都是这种方法。

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 楼主 | 2019-5-18 13:38 | 显示全部楼层
    从70年代起,人类在航空航天、交通运输及兵器工业上所遇到的问题难以用传统
的理论来解决。生产力发展的需要促使在计算机系统技术得以发展。同时伴随着电子计
算机软件和硬件技术的飞速发展,多功能转速表在集成度、功能、性能、体系结构方面
都有了飞速发展,已能集成一个完整的功能强大、性能优良的测速系统〔‘’〕。现在欧美等
发达国家,测速系统的技术已成功地应用于航空航天、交通运输、兵器工业、机械设计
等多种领域,已产生巨大的效益。
    国外许多大企业资金雄厚,技术发展迅速。国外的转速监测系统具有安全性和可靠
性高、通用性好、反应快速和高集成度等特点。到目前为止,国外的许多仪表公司都研
制出了具有代表性的功能齐全的转速监测系统。例如专业生产工业转速监控系统的
Electro-sensors公司研制的SA420系统,可接收从现场霍尔效应传感器、接近开关、磁
性传感器,以及其他各种脉冲发生器发出的多种转速脉冲信号〔`Z] ; Maxigard公司研制的
C3000系列信号变送器,特点是具有超长的10000英尺传输距离〔17];德国Braun Tacho
公司研制的D421转速变送器以及后继的新型D521转速变送器以其体型小巧、宽供电
范围等特点广泛应用于现场控制机柜的安装。国外的转速监测系统经过长时间的发展和
市场考验,己经形成了完善的产品线,各个企业的产品都有其突出的特点和创新点,这
点值得我们国内企业借鉴。

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 楼主 | 2019-5-18 13:42 | 显示全部楼层
    国内的转速检测系统,开发的企业多,品种齐全,从传统的机械式转速表、磁电转
速表到数显转速表,以及配套的磁敏、磁电、光敏、光纤传感器,形成了规模型的产品
线。
    以上海自动化仪表股份有限公司上海转速仪表厂为例,产品有XJP96T转速数字显
示仪、XJP-1 OB转速数字显示仪、SZC-04KY智能数字转速显示仪和配套的各类光纤、
光电、磁电、磁敏、霍尔效应式转速传感器等转速监测系统仪表,已经广泛应用于交通
运输、机械和化工工业等领域。尽管它们大多测量精确、使用安全、操作简便,但普遍
存在的问题是功能单一。在现今的变送器的精度和功能全面的提高的基础上实现设备的
更新换代,提高实验技术水平,采用新技术研制开发多功能新型转速表以适应当今快速
变化发展的市场需求,成为现在开发生产转速监测系统的企业的首要工作。

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 楼主 | 2019-5-18 13:42 | 显示全部楼层
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 楼主 | 2019-5-18 13:43 | 显示全部楼层
    ARM(Advanced RISC Machines),是嵌入式微处理器的一种,ARM技术方案架构具
备低功耗、高效能、低成本以及小体积等特性。它具有领先的技术和优越的产品性能,
适用于嵌入式控制、教育、消费、多媒体和移动式应用等领域的应用〔16)0
    ARM公司在2004年推出了Cortex-M3内核,Cortex-M3系列是为对开发费用非常
敏感同时对性能要求不断增加的嵌入式应用(如微控制器、汽车车身控制系统和各种大
型家电)所设计的,主要面向单片机领域。目前包括意法半导体、NXP、东芝和Atmel
等半导体公司已经推出了基于Cortex-M3内核的MCU产品,中国本土基于Cortex-M3平
台的嵌入式开发也相当活跃,目前己经形成了大规模的开发社群。随着Cortex-M3的流
行,产品价格也得到了很好的控制,ARM公司强调Cortex-M3能以8位的成本提供32
位的性能,目前市场上基于Cortex-M3的MCU产品己达到近250款,涉及到各种应用
领域〔‘7,。
    Cortex-M3是一个32位的微处理器芯片。主要是应用于低成本、管脚数少和低功耗
的场合,并且具有极高的运算能力和极强的中断响应能力。Cortex-M3系统框图如图1. 1
所示。

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 楼主 | 2019-5-18 13:50 | 显示全部楼层
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 楼主 | 2019-5-18 13:50 | 显示全部楼层
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 楼主 | 2019-5-18 13:51 | 显示全部楼层
    在工控领域,用户要求具有更快的中断速度,Cortex-M3采用了Tail-Chaining中断
技术,完全基于硬件进行中断处理,具有带分支预测的3级流水线,最多可减少12个
时钟周期数,在实际应用中可减少70%中断,在末尾连锁的时候只需要6个时钟周期。
同时具有1. 25DMIPS/MHZ的性能和0. 19MW/MHZ的功耗〔‘8〕0
    Cortex-M3处理器采用ARMv7-M架构,它包括所有的16位Thumb指令集和基本
的32位Thumb-2指令集架构。Thumb-2在Thumb指令集架构(ISA)上进行了大量的
改进,它与Thumb相比,具有更高的代码密度并提供16/32位指令的更高性能,这使
得这个具有32位高性能的ARM内核能够实现8位和16位的代码存储密度。核心门数
只有33K,在包含了必要的外设之后的门数也只有60K,使得封装更为小型,成本更加
低廉。
    对于系统和软件开发,Cortex-M3处理器具有一下优势:
    .满足挑战性应用需求的突出性能。
    .可降低器件成本的小型化处理器内核、系统和存储器。
    .满足临界、高速控制应用的快速中断处理。
    .提供平台级安全性的可选存储器保护单元(MPU ) o
    .完整的低功耗电源管理。
    .简化系统开发的无汇编代码要求设计。
    .可加快开发进程的增强型系统调试功能。
    .宽广的适用范围。

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 楼主 | 2019-5-18 13:52 | 显示全部楼层
    OLED,即有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode ),又称为有机电激光显
示(Organic Electroluminesence Display, OELD )。以其主})J发光、可视度和亮度均高,
电压需求低且省电效率高,加上反应快、重量轻、厚度薄,构造简单,成本低、可以在
各种恶劣环境下工作等特点成为最具发展潜力的新一代显示器件之一〔19]0
    OLED的优点,可总结为以下几点:
    ①厚度可以小于1毫米,重量轻;
    ②固态机构,抗震性能好,不怕摔;
    ③几乎没有可视角度的问题,画面不失真;
    ④响应时间短,显示运动画面不会有拖影现象;
    ⑤低温特性好,在零下40度时仍能正常显示;
    ⑥制造工艺简单,成本低;
    ⑦发光效率高,能耗低。
    综上所述,OLED显示屏利用其技术优势,在商业、通讯、消费类电子产品、交通
等领域广泛使用,用来代替传统的显示器件〔ul。在工业应用领域,OLED为装有显示器
件的智能仪表带来了重量更轻、反应速度更快、功耗和成本更低的发展方向。

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 楼主 | 2019-5-18 13:57 | 显示全部楼层
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 楼主 | 2019-5-18 13:58 | 显示全部楼层
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 楼主 | 2019-5-18 13:58 | 显示全部楼层
    从式((2-6)看出,减小M法测速分辨率Q的方法有两种;第一种方法是选用脉
冲数较多的旋转编码器,第二种方法是增加采样周期。但是根据采样定律,控制对象的
时间常数必须是采样周期的五到十倍,对加大采样周期有严格的制约;如果增大旋转编
码器的脉冲数又受到旋转编码器制造能力的制约。因此,这两种方法在实际使用中都受
到一定的限制。
    由于脉冲计数器计的是两个采样脉冲之间的旋转编码器发出的脉冲个数,而采样脉
冲与编码器输出脉冲的边沿是不可能完全一致的,因此存在误差。用M法测速时,测
量误差的最大可能性是一个脉冲。因此M法的测速误差率的最大值为
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 楼主 | 2019-5-18 13:59 | 显示全部楼层
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 楼主 | 2019-5-18 13:59 | 显示全部楼层
与M法测速相似,旋转编码器发出的脉冲的边沿不可能和计算机的时钟脉冲的边
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 楼主 | 2019-5-18 14:06 | 显示全部楼层
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