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中文譯文
礦井提升機精確測速的微機實現
礦井提升機是礦井生產的重要設備，擔負礦物、材料、設備和人員在井筒內往復運輸的任務，在礦井的正常生產中占有極其重要地位。為保證提升設備安全可靠地運行，要求控制系統(tǒng)的性能良好，要有較高的調速性能和位置控制。
隨著計算機應用科學的飛速發(fā)展，采用計算機控制系統(tǒng)取代原來的電控系統(tǒng)是一種趨勢。由于礦井提升機控制系統(tǒng)高度復雜性和對安全可靠性的嚴格要求，目前國內還未開發(fā)出較為理想、適于工業(yè)現場要求的計算機控制系統(tǒng)。本文介紹了作者從事這方面工作的一個片斷。
1 對微機測速裝置的要求
對微機測速裝置的一般要求是：分辨能力強、精度高，盡可能短的檢測時間。
1.1分辨率
用微機進行轉速檢測時，分辨率用改變一個測量計數字所對應的被測轉速的變化量來表示。設轉速由n1變?yōu)閚2時，引起測量計數值改變了一個字，用Q代表分辨率：
r/min （1）
分辨率的大小與系統(tǒng)的控制精度關系甚大，Q值愈小，分辨能力愈強，系統(tǒng)的控制精度愈高，它是測速裝置的一個重要指標。
1. 2測速精度
測速精度是指測速裝置對實際轉速測量的精確程度。如果用△n代表測量值與實際值之差，n代表實際轉速，代表用相對值表示的測量誤差，則
（2）
顯然，ε%愈小，測速精度愈高，系統(tǒng)的控制精度也將愈高。測量誤差ε%的大小決定于測速元件的制造精度，并與測速方法有關。
1. 3檢測時間
檢測時間是指兩次轉速采樣之間的時間間隔。檢測時間的長短對系統(tǒng)的控制性能影響很大，如果檢測時間很長，則系統(tǒng)將難以實現穩(wěn)定的快速響應。檢測時間愈短，對于系統(tǒng)的控制性能的改善愈有利。
2微機測速的一般方法
由光電式旋轉編碼器與提升機的軸硬性聯接，提升機每轉發(fā)出一定數量(1080個)的脈沖信號，由計數器記下脈沖數，并送給計算機處理以實現微機測速。常用的測速方法主要有以下兩種。
2.1 M法測速
M法測速是在相等的時間間隔內讀取旋轉編碼器發(fā)出的脈沖個數以算出轉速。在相同的時間內旋轉編碼器發(fā)出的脈沖數不同，測量值也不相同。M法測速的原理圖如圖1所示。
由計數器對旋轉編碼器發(fā)送的脈沖計數，定時器每隔時間T向CPU發(fā)出一次中斷請求，根據計數值的大小求出對應的轉速。旋轉編碼器每轉發(fā)出脈沖1080個，在T時間內共發(fā)生m個脈沖，則轉速為：
r/min （3）
這種測速方法是由計數值m的大小反映轉速的高低，因而稱為M法測速。
（1）分辨率
根據分辨率的定義由式(3)可得：
（4）
可見，M法測速時的分辨率與速度的大小無關，和轉速采樣周期T有關。
（2）測速精度
利用旋轉編碼器測速時，其測量誤差決定于編碼器的制造精度并與轉速的大小有關。設旋轉編碼器兩相鄰脈沖之間的角偏差為。一個檢測周期的計數值為m，則測量誤差為：
（5）
轉速愈低，m愈小，測量誤差愈大，測速精度愈低。隨著轉速下降測速精度降低是M法測速的一個缺點。
（3）檢測時間：就等于測量周期T。
2. 2T法測速
T法測速是測出旋轉編碼器兩個輸出脈沖之間的間隔時間來計算轉速的測速方法。時間的測量由一個計數器對已知頻率的時鐘脈沖進行計數求得，T法測速原理圖如圖2所示。
旋轉編碼器每輸出一個脈沖都通過微機接口向CPU發(fā)出一次中斷，CPU響應后從計數器中讀出計數值，由計數值即可算出轉速。設時鐘頻率為f，兩個脈沖間的計數值為m，則轉速n為：
r/min （6）
可以看出，T法測速與M法恰恰相反.轉速愈高測量計數值m愈小。
（1）分辨率
設轉速的計數值由m變?yōu)閙-1，根據分辨率的定義：
（7）
由式(7)得，Q值的大小與轉速有關，轉速愈小，m愈大，Q則愈小，測速裝置的分辨能力愈強。T法測速的優(yōu)點在于低速段對轉速有較強的分辨能力，從而可提高低速的控制性能。
（2）測速精度
測量誤差就等于旋轉編碼器兩脈沖間的角偏差，即測量誤差：
（8）
它只決定于編碼器的制造精度，與被測轉速無關，它比M法測速精度要差。
（3）檢測時間：
由于旋轉編碼器每轉發(fā)出1080個脈沖，所以兩脈沖之間的間隔時間為：
s （9）
式(9)表明，T法測速檢測時間隨轉速而變。
3 礦井提升機對轉速測量的要求
礦井提升機的運行過程，是一個周期性的過程。一般提升機的提升周期包括加速、等速、減速、爬行、停車五個階段。在五個階段中，提升機的運行速度是有很大差別的。下面給出安徽省某礦提升機運行的速度圖，見圖3。由速度圖可以看出，在加速段和減速段提升機的速度是一個按一定加速度或減速度不斷變化的過程，等速段以較高運行速度運行，爬行段的速度相對來講要慢得多，只有0.4m/s，總體來說，提升機運行過程是一個速度在較大范圍內不斷變化的過程，要想實現微機的準確測速，則測速方法必須滿足在較高速度和較低速度段均能準確測量的要求。
為保障提升機運行的高安全性，在提升機的各種保護中，有等速段過速保護和減速段過速保護，等速段運行速度如超過最高轉速Vm的15%，提升機將安全制動；減速段運行中，如測出速度超過給定值10%，亦將實施安全制動。因而，為了準確反映提升機運行中的速度狀況，實現控制系統(tǒng)安全、可靠、連續(xù)地運行，要求微機測出的速度必須準確，能夠滿足一定的精度。
4 提升機精確測速的M/T法
由上述可知，提升機的速度測量要求有較高的精確度，能夠準確地反映提升機運行中的實際轉速。前述的M法測速，低速段測速精度比較低；T法測速，低速段轉速分辨能力較強，但其測速精度比M法又差得多，它們用于提升機測速均不夠理想；而M/T測速法則綜合兩種方法的優(yōu)點，既可以低速段可靠地測速，又在高速段具有較高的分辨能力，適應了提升機對速度測量的要求。M /T法則測速原理見圖4。
其中T0由一定時器定時，檢測周期T由T0結束后，脈沖發(fā)生器輸出的第一個脈沖決定，即T=T0+△T, m1為T時間內編碼器發(fā)出的脈沖數，m2為周期T內對時鐘脈沖的計數值。轉速的表達式為：
r/min (10)
式中：f一時鐘脈沖的頻率；
1080一編碼器每轉發(fā)出的脈沖數。
我們開發(fā)的IPC控制系統(tǒng)中，M /T法測速是依賴于HY-6220計數/定時器模板實現的，這是IBM PC XT/AT總線兼容的隔離型可編程多功能模板，板上有8253,8255,8259三種可編程器件。M/T法測速的硬件實現圖見圖5。
工作過程如下:計算機發(fā)出啟動信號，從編碼器輸出第一個脈沖起，8253定時器(T0)計數開始，與此同時8253計數器(m2)亦開始計數，20ms后T0定時器向8259發(fā)中斷信號，直到編碼器再送來一個脈沖，停止m1和m2計數器，并通過8259向CPU發(fā)出中斷請求，計算轉速n。HY-6220模板軟件編程框圖見圖6。
以上給出M/T法測速的硬件實現圖和軟件框圖，現討論M /T法測速的分辨率等問題。
（1）分辨率：
M/T法測速計數值m1及m2都隨轉速而變化。在此分別對高速段和低速段討論分辨率。在高速段，T0≥△T，即T≈T0，認為M2不隨轉速變化。該種情況下可得：
r/min
把M2= fT≈fT0代入上式得：Q=60/1080T0。這與M法測速分辨完全相同。在轉速很低時，m1=l。m2隨轉速變化而變化，其分辨率為：
r/min
這與T法測速完全相同。
圖6 HY-6220模板軟件編程框圖
由上分析，M/T法測速在高速段與M法相近，在低速段則與T法相近，兼有二者的優(yōu)點，在高速和低速均有較強的分辨能力。
（1）測速精度：
高速段（M1>1），測速精度與M法相同，即ε%=εp %/m1；在低速段(m1<1)。測速精度與T法相同?？梢娕cT法測速相比，高速段精度提高了。
（2）檢測時間：
M/T法測速的檢測周期T在不同的轉速下是不同的，在高速段(m1>1)與M法相近，轉速愈高，檢測時間愈接近T0，在低速段(m1
1), measured that the fast precision and the M law are the same, namely ε%=εp %/m1; in low speed section (m1
(3) Examination time:
The M/T law measured that fast examination cycle T under the different rotational speed is different, (m1>1) and the M law is close in the high speed section, the rotational speed is higher, examination time closer T0, in low speed section is close with the T law.
5 conclusions
The M/T law measured that the fast microcomputer realized, has satisfied the elevator movement to the velocity measurement request, in the constant speed section, the deceleration section and crawled Duan Junneng to satisfy certain accuracy requirement, had guaranteed the elevator safe, reliable, moved continually.