基于旋轉(zhuǎn)編碼器的長(zhǎng)度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、控制系統(tǒng)文章編號(hào):1008-0570(2009)07-1-0054-02微計(jì)算機(jī)信息(測(cè)控自動(dòng)化)2009年第25卷第7-1期基于旋轉(zhuǎn)編碼器的長(zhǎng)度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)Designofthelengthmeasurementsystembasedonrotaryencoder（濰坊學(xué)院）侯崇升HOUChong-sheng摘要:設(shè)計(jì)了采用旋轉(zhuǎn)編碼器、以PLC為控制處理器的車用廂板長(zhǎng)度測(cè)量系統(tǒng),分析了長(zhǎng)度測(cè)量的實(shí)現(xiàn)方法及影響長(zhǎng)度最小分辨率的因素,研究了提高長(zhǎng)度測(cè)量精度的方法和產(chǎn)生干擾的多種因素,實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)的可靠工作。關(guān)鍵詞:旋轉(zhuǎn)編碼器;長(zhǎng)度測(cè)量;控制系統(tǒng);PLC中圖分類號(hào):TP274文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A技術(shù)創(chuàng)

2、新Abstract:ByrotaryencoderthemotorcarplatelengthmeasuringsystemisdesignedforthePLCascontrolprocessor,thelengthmeasurementmethodandthefactorsthatimpacttheminimumlengthresolutionareanalyzed,themethodsthatimprovetheaccuracyoflengthmeasurementandavarietyoffactorsthatproduceinterferencearestudied,soreliab

3、leworkisachievedforthecontrolsystem.Keywords:rotaryencoder;lengthmeasurement;controlsystem;PLC引言近幾年，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，農(nóng)用三輪車、三輪摩托車等機(jī)動(dòng)車產(chǎn)量越來(lái)越大。其車廂箱板是利用鋼板冷軋成形剪切機(jī)，根據(jù)實(shí)際長(zhǎng)度需要剪切而成的，箱板長(zhǎng)度是最重要的尺寸指標(biāo)，如箱板剪切長(zhǎng)度達(dá)不到精度要求就會(huì)成為廢品，所以箱板剪切自動(dòng)測(cè)長(zhǎng)控制是關(guān)系到生產(chǎn)設(shè)備能否成功運(yùn)行的最關(guān)鍵控制技術(shù)。生產(chǎn)設(shè)備要求箱板剪切精度為：當(dāng)箱板長(zhǎng)度為26m時(shí)，要求長(zhǎng)度誤差為：±3mm。該P(yáng)LC內(nèi)置MPI和DP通訊口，S7-30

4、0CPU315-2DP。MPI口和其它帶有RS485通訊口的設(shè)備可構(gòu)成MPI網(wǎng)，通過西門子PC-而DP口可直接Adapter適配器可與其它設(shè)備的RS232口通訊；作為網(wǎng)絡(luò)的主站或從站。上PROFIBUS網(wǎng)，整個(gè)系統(tǒng)完成鋼板開卷、同步傳動(dòng)控制、鋼板長(zhǎng)度自動(dòng)測(cè)量及剪切、產(chǎn)品輸送、故障診斷等控制功能；其中，鋼板長(zhǎng)度自動(dòng)測(cè)量及剪切功能非常重要。1廂板冷軋成形剪切機(jī)構(gòu)成如圖1所示，冷軋成形剪切機(jī)是車用廂板生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，它主要由開卷機(jī)、粗校機(jī)、齊頭剪切機(jī)、冷軋成形輥、測(cè)量剪板機(jī)、輸送臺(tái)等部分構(gòu)成。輥、圖2電氣控制喜統(tǒng)框圖粗校機(jī)拖動(dòng)鋼板進(jìn)料，同時(shí)與測(cè)長(zhǎng)輪同軸連接的旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)量鋼板的長(zhǎng)度，將其脈沖輸出端與

5、PLC的高速計(jì)數(shù)器輸入端相連。進(jìn)料時(shí)，旋轉(zhuǎn)編碼器隨測(cè)長(zhǎng)輥一起轉(zhuǎn)動(dòng)，并發(fā)出計(jì)數(shù)脈沖，控制剪切機(jī)動(dòng)作。PLC根據(jù)優(yōu)化程序所設(shè)定的指令，通過觸摸屏可以設(shè)定需要生產(chǎn)的車廂廂板的數(shù)量和長(zhǎng)度，生產(chǎn)過程中觸摸屏實(shí)時(shí)顯示廂板的實(shí)際長(zhǎng)度和已生產(chǎn)廂板的數(shù)量；當(dāng)板長(zhǎng)接近設(shè)定尺寸時(shí)，使拖動(dòng)電動(dòng)PLC發(fā)出控制信號(hào)，機(jī)同時(shí)制動(dòng)，制動(dòng)結(jié)束時(shí)，如果實(shí)際板長(zhǎng)等于設(shè)定板長(zhǎng)（誤差為±3mm），剪板機(jī)剪切，剪切完畢后，拖動(dòng)電機(jī)同時(shí)起動(dòng)，板長(zhǎng)計(jì)數(shù)器重新開始計(jì)數(shù)；如果實(shí)際板長(zhǎng)不等于設(shè)定板長(zhǎng)（誤差大于±3mm），剪板機(jī)不剪切，等待人工干預(yù)。圖1廂板冷軋成形剪切機(jī)構(gòu)成示意圖2電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)該廂板冷軋成形剪切機(jī)控制點(diǎn)多，

6、長(zhǎng)度測(cè)量精度要求高，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)分散，設(shè)備可靠性要求高，因此設(shè)計(jì)了以型號(hào)S7300的西門子可編程控制器（PLC）為控制核心的PROFIBUS-DP總線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，如圖2所示。PLC作為PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)主站，處理系統(tǒng)各種數(shù)據(jù)和工藝動(dòng)作流程，如通過網(wǎng)絡(luò)將控制命令和速度給定值傳給各調(diào)速器，將各調(diào)速器的啟停狀態(tài)、運(yùn)行速度、電壓、電流、報(bào)警信息等采集回來(lái)進(jìn)行處理。本系統(tǒng)中PLC處于核心控制地位，肩負(fù)著大量數(shù)據(jù)通訊和數(shù)據(jù)處理以及工藝動(dòng)作流程控制的任務(wù)，為此特選定西門子侯崇升:副教授-54-360元/年郵局訂閱號(hào)：82-9463車廂廂板長(zhǎng)度測(cè)量的實(shí)現(xiàn)實(shí)際生產(chǎn)過程中，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)度測(cè)量的方法有多種：人工測(cè)量

7、、超聲波測(cè)量、多波長(zhǎng)干涉測(cè)量等，這些測(cè)量方法應(yīng)用CCD測(cè)量、在車廂廂板生產(chǎn)控制系統(tǒng)中都有一定的局限性。旋轉(zhuǎn)編碼器具有精度高、響應(yīng)快、測(cè)量范圍大、體積小、成本低、重量輕、安裝現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)用200例控制系統(tǒng)P為二倍頻后輸出脈沖信號(hào)；當(dāng)鋼板開始前行，旋轉(zhuǎn)編碼器正轉(zhuǎn)向電平信號(hào)D為高電平，反之為低電平。轉(zhuǎn)，A超前B90，方便、維護(hù)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、易于與計(jì)算機(jī)、PLC連接構(gòu)成數(shù)字控制系統(tǒng)等特點(diǎn)，因此，完全滿足本控制系統(tǒng)長(zhǎng)度測(cè)量的要求。旋轉(zhuǎn)編碼器根據(jù)編碼原理的不同可分為增量式和絕對(duì)式，本廂板冷軋成型剪切機(jī)長(zhǎng)度測(cè)量選用OMRON型號(hào)為E6B2-它旋轉(zhuǎn)一周輸出600脈沖，將其與一加CWZ6C增量式編碼器，周長(zhǎng)

8、為180mm的測(cè)長(zhǎng)輥同軸安裝，測(cè)長(zhǎng)輥與廂板工精度極高、接觸。在廂板生產(chǎn)運(yùn)動(dòng)過程中，依靠摩擦力拉動(dòng)測(cè)長(zhǎng)輥旋轉(zhuǎn)，這樣就把廂板的直線位移（長(zhǎng)度）轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)編碼器的脈沖數(shù)字控制系統(tǒng)最小長(zhǎng)度分辨率為：信號(hào)輸出。由此，圖4輸入輸出波形二倍頻后，測(cè)量系統(tǒng)的最小長(zhǎng)度分辨率可提高為：式中：L測(cè)長(zhǎng)輥周長(zhǎng)Z旋轉(zhuǎn)編碼器旋轉(zhuǎn)一周輸出脈沖數(shù)在測(cè)長(zhǎng)控制過程中，PLC高速計(jì)數(shù)模塊接收經(jīng)過倍頻后的旋轉(zhuǎn)編碼器脈沖信號(hào)，與設(shè)定板長(zhǎng)進(jìn)行比較，然后向拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)調(diào)速器發(fā)出相應(yīng)的控制指令，以調(diào)節(jié)拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度的快慢和運(yùn)行方向。當(dāng)測(cè)量板長(zhǎng)小于設(shè)定板長(zhǎng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行；當(dāng)實(shí)際板長(zhǎng)大于設(shè)定板長(zhǎng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)反向運(yùn)行，直到反饋檢測(cè)值與設(shè)定值相等

9、為止。從而可大大提高控制系統(tǒng)長(zhǎng)度測(cè)量的精度。實(shí)際調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，連續(xù)剪切的精度往往不如定尺停剪的精度高，分析其主要原因如下：使計(jì)數(shù)不準(zhǔn)，可設(shè)法增(1)測(cè)長(zhǎng)輪與型材之間有相對(duì)滑動(dòng)，加測(cè)長(zhǎng)輪與型材之間的摩擦力，如增大壓力等；可增加一初始位置定位系統(tǒng)，提高位(2)初始位置不一致，移控制精度，但系統(tǒng)構(gòu)成要相對(duì)復(fù)雜一些；剪切時(shí)工作臺(tái)相對(duì)于型材有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。(3)伺服同步精度低，5結(jié)束語(yǔ)本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的二路脈沖信號(hào)進(jìn)行二倍頻處理后，輸入以PLC為控制處理器的長(zhǎng)度測(cè)量系統(tǒng)，大大提高了長(zhǎng)度測(cè)量精度和抗擾能力。在車用廂板長(zhǎng)度測(cè)量過程振中，實(shí)際影響長(zhǎng)度測(cè)量精度的因素有多種，如鋼板運(yùn)行慣性、動(dòng)、測(cè)長(zhǎng)

10、輪與車用廂板之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)等，通過采取硬件與軟件相結(jié)合的措施，改進(jìn)拖動(dòng)電機(jī)制動(dòng)性能，消除計(jì)數(shù)干擾脈沖信號(hào)，長(zhǎng)度測(cè)量系統(tǒng)的控制精度得到了進(jìn)一步提高，系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，很好地滿足了產(chǎn)品要求，為生產(chǎn)企業(yè)創(chuàng)造了二百多萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)效益。參考文獻(xiàn)王麗偉鋼管自動(dòng)切銑機(jī)的PLC控制J微計(jì)算機(jī)信1劉軒，息，2008，1-1：43-44馬松林，李鴻儒，于成民，徐廣孝，楊曉巖紙張測(cè)長(zhǎng)儀2劉景霞，的原理與應(yīng)用J儀表技術(shù)與傳感器，2001，3：46鄭亮熱卷箱傳動(dòng)計(jì)長(zhǎng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)J電子測(cè)3王繼紅，趙波，試，2007，4：35-40人民郵電出版社,2006,114嚴(yán)盈富觸摸屏與PLC入門M北京：孫同景，陳桂友可編程序控制器(

11、PLC)應(yīng)用技術(shù)M山5徐德，東科學(xué)技術(shù)出版社，2002，5徐巧魚，張海貴，郭繼忠，傅潤(rùn)何傳感器工作原理及6黃繼昌，應(yīng)用實(shí)例M北京：人民郵電出版社，2000，9作者簡(jiǎn)介：侯崇升(1967,5-)，男，山東濰坊人，副教授，主要從事4提高長(zhǎng)度測(cè)量精度的方法研究本系統(tǒng)鋼板測(cè)長(zhǎng)用旋轉(zhuǎn)編碼器，在生產(chǎn)應(yīng)用過程中，由于振動(dòng)等干擾因素，會(huì)輸出誤脈沖，導(dǎo)致計(jì)數(shù)不準(zhǔn)，測(cè)長(zhǎng)精度下降。為了消除計(jì)數(shù)干擾，提高測(cè)長(zhǎng)精度，需對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的脈沖信號(hào)進(jìn)行處理。在控制系統(tǒng)中，長(zhǎng)度傳感器一旦選定，由傳感器本身決定本冷軋成型剪切機(jī)的的最小長(zhǎng)度分辨率既已確定，為0.3mm/p。長(zhǎng)度控制要求高，需要采取措施提高測(cè)量精度。為此，設(shè)計(jì)了一

12、可消除干擾脈沖信號(hào)的二倍頻電路，旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的二相相位差為90°的脈沖信號(hào)，可以獲得四種狀態(tài)，而零位矩形脈沖信號(hào)與A相、B相矩形脈沖的相位關(guān)系也隨旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向的不同而變化，因此從相位上可判別旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。脈沖信號(hào)經(jīng)過二倍頻電路處理后再輸入PLC，可將控制系統(tǒng)最小長(zhǎng)度分辨率提高一倍，大大提高抗干擾性能。圖3為二倍頻和轉(zhuǎn)向判別電路。技術(shù)創(chuàng)新電力電子技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)方面的教學(xué)與應(yīng)用研究Biography:HOUChong-sheng(1967,5-),male,Han,Shan-圖3二倍頻和轉(zhuǎn)向判別電路該二倍頻電路由常用集成邏輯電路構(gòu)成，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，且輸出采取了光電隔離措施，避免了前后級(jí)電路間的相互干擾。將旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的相位互差900的A、B兩路脈沖信號(hào)輸入圖3中電路，經(jīng)電路邏輯處理后，輸出二倍頻脈沖信號(hào)P和轉(zhuǎn)向電平信號(hào)D，如圖4中，A為旋轉(zhuǎn)編碼器A路輸出脈沖，PLC技術(shù)應(yīng)用200例dongWeifang,associateprofessor,mainlyengagedinpowerel