基于增量式光電編碼器的角度測量模塊設(shè)計

1、第1章 緒論1.1 研究背景鉆床系指主要用鉆頭在工件上加工孔的機床。通常鉆頭旋轉(zhuǎn)為主運動，鉆頭軸向移動為進給運動。鉆床在各行各業(yè)特別是機械工業(yè)有廣泛的應(yīng)用。鉆床結(jié)構(gòu)簡單，加工精度相對較低，可鉆通孔、盲孔，更換特殊刀具，可擴、锪孔，鉸孔或進行攻絲等加工。鉆床可分為下列類型：(1)臺式鉆床：可安放在作業(yè)臺上，主軸垂直布置的小型鉆床。(2)立式鉆床：主軸箱和工作臺安置在立柱上，主軸垂直布置的鉆床。(3)搖臂鉆床：搖臂可繞立柱回轉(zhuǎn)、升降，通常主軸箱可在搖臂上作水平移動的鉆床。它適用于大件和不同方位孔的加工。(4)銑鉆床：工作臺可縱橫向移動，鉆軸垂直布置，能進行銑削的鉆床。(5)深孔鉆床：使用特制深孔鉆

2、頭，工件旋轉(zhuǎn)，鉆削深孔的鉆床。(6)平端面中心孔鉆床：切削軸類端面和用中心鉆加工的中心孔鉆床。(7)臥式鉆床：主軸水平布置，主軸箱可垂直移動的鉆床。可編程控制器（Programmable Logical Controller）是20世紀70年代以來以微處理器為核心，綜合計算機技術(shù)，自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置，由于它具有功能強，可靠性高，配置靈活，使用方便以及體積小，重量輕等優(yōu)點，使其在自動化控制的各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的鉆床控制系統(tǒng)都采用繼電器接觸器等元件組成的硬件邏輯控制電路，不但接線復(fù)雜，而且經(jīng)常出現(xiàn)故障，可靠性較差，與傳統(tǒng)的繼電器接觸器電器控制系統(tǒng)相

3、比，PLC控制具有可靠性高，柔性好，開發(fā)周期短等優(yōu)點，特別適合應(yīng)用于機床的電氣控制和鼓掌自診斷系統(tǒng)，可以大大減少繼電器等硬件邏輯單元的數(shù)量，提高電氣控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性可可靠性，從而提高產(chǎn)品的品質(zhì)和生產(chǎn)效率。近年來由于微電子技術(shù)的發(fā)展和進步，使具有完全功能的超大規(guī)模集成電路的價格日趨便宜，同樣也促進可編程控制器成本大大降低，對于采用可編程控制器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電器接觸器電氣控制的系統(tǒng)來改造傳統(tǒng)機床，無論從經(jīng)濟上，還是可靠性，維修性，工作壽命上來說，都是十分經(jīng)濟和劃算的，也是可行的優(yōu)選方案。鑒于以上原因，本文展開了用基于PLC的鉆床的設(shè)計。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 國內(nèi)現(xiàn)狀近年來我國企業(yè)的數(shù)控機

4、床占有率逐年上升，在大中企業(yè)已有較多的使用，在中小企業(yè)甚至個體企業(yè)中也普遍開始使用。在這些數(shù)控機床中，除少量機床以FMS模式集成使用外，大都處于單機運行狀態(tài)，并且相當部分處于使用率不高，管理方式落后的狀態(tài)。2001年，我國機床工業(yè)產(chǎn)值已進去世界第5名，機床消費額在世界排名上升到第3位，達47.39美元，僅次于美國53.67美元，消費額比上一年增長25%。但由于國產(chǎn)數(shù)控機床不能滿足市場的需求，使我國機床的進口額呈逐年上升態(tài)勢，2001年進口機床躍升至世界第2位，達2406億美元，比上年增長27.3。近年來我國出口額增幅較大的數(shù)控機床有數(shù)控車床、數(shù)控磨床、數(shù)控特種加工機床、數(shù)控剪板機、數(shù)控成形折彎

5、機、數(shù)控壓鑄機等，普通機床有鉆床、鋸床、插床、拉床、組合機床、液壓壓力機、木工機床等。出口的數(shù)控機床品種以中低檔為主。1.2.2 國外現(xiàn)狀國際機床市場的消費主流是數(shù)控機床。1998年世界機床進口額中大部分是數(shù)控機床，美國進口機床的數(shù)控化率達70，我國為60%。目前世界數(shù)控機床消費趨勢已從初期以數(shù)控電加工機床、數(shù)控車床、數(shù)控銑床為主轉(zhuǎn)向以加工中心、專用數(shù)控機床、成套設(shè)備為主。國外數(shù)控機床的網(wǎng)絡(luò)化。隨著計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日益普遍運用，數(shù)控機床走向網(wǎng)絡(luò)化、集成化已成為必然的趨勢和方向，互聯(lián)網(wǎng)進入制造工廠的車間只是時間的問題。從另一角度來看，目前流行的ERP即工廠信息化對于制造業(yè)來說，僅僅局限于通常

6、的管理部門（人、財、物、產(chǎn)、供、銷）或設(shè)計、開發(fā)等等上層部分的信息化是遠遠不夠的，工廠、車間的最底層加工設(shè)備數(shù)控機床不能夠連成網(wǎng)絡(luò)或信息化就必然成為制造業(yè)工廠信息化的制約瓶頸，所謂的ERP就比較“虛”沒有能夠真正地解決制造工廠的最關(guān)鍵的問題。所以，對于面臨日益全球化競爭的現(xiàn)代制造工廠來說，第一是要大大提高機床的數(shù)控化率，即數(shù)控機床必須達到起碼的數(shù)量或比例；第二就是所擁有的數(shù)控機床必須具有雙向、高速的聯(lián)網(wǎng)通訊功能，以保證信息流在工廠、車以FANVC和西門子為代表的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠商已在幾年前推出了具有網(wǎng)絡(luò)功能的數(shù)控系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，除了傳統(tǒng)的RS232接口外，還備有以太網(wǎng)接口，為數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng)提供

7、了基本條件。由于國外企業(yè)的發(fā)展水平，數(shù)控機床的網(wǎng)絡(luò)接口功能被定義為用于遠程監(jiān)控、遠程診斷。第2章 本文的主要工作傳統(tǒng)高速鉆床如圖2-1所示，圖2-1 傳統(tǒng)鉆床結(jié)構(gòu)示意圖其對工件的切削為手動進給，不僅操作麻煩而且很難達到高精度切削。對這種傳統(tǒng)機床的改造采用如下策略：采用西門子公司PLC作為核心處理器，高精度實時控制轉(zhuǎn)動電機；在控制精度上面，采用每轉(zhuǎn)可輸出1000個脈沖的光電編碼器和光電開關(guān)作為控制元件，可以使得鉆頭的移動距離達到0.01mm的精度，適合絕大多數(shù)高精度鉆孔場合；系統(tǒng)在鉆孔深度計算好之后，按動啟動開關(guān)，即可實現(xiàn)全自動化高精度鉆孔。第3章 PLC工作原理介紹3.1 PLC發(fā)展歷程在工業(yè)

8、生產(chǎn)過程中，大量的開關(guān)量順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作，并按照邏輯關(guān)系進行連鎖保護動作的控制，及大量離散量的數(shù)據(jù)采集。傳統(tǒng)上，這些功能是通過氣動或電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電氣控制裝置的要求，第二年，美國數(shù)字公司研制出了基于集成電路和電子技術(shù)的控制裝置，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣控制，這就是第一代可編程序控制器，稱Programmable Controller（PC）。個人計算機（簡稱PC）發(fā)展起來后，為了方便，也為了反映可編程控制器的功 3能特點，可編程序控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。 上世

9、紀80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為3040%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)。PLC具有通用性強、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。PLC在工業(yè)自動化控制特別是順序控制中的地位，在可預(yù)見的將來，是無法取代的。3.2 可編程序控制器PLC的分類PLC產(chǎn)品種類繁多，其規(guī)格和性能也各不相同。對PLC的分類，通常根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式的不同、功能的差異和I/O點數(shù)的多少等進行大致分類。方案一：僅采用CPLD作為核

10、心部件的方案3.2.1 根據(jù)結(jié)構(gòu)形式分類PLC按結(jié)構(gòu)形式分類根據(jù)PLC的結(jié)構(gòu)形式，可將PLC分為整體式和模塊式兩類。（1）整體式PLC 整體式PLC是將電源、CPU、I/O接口等部件都集中裝在一個機箱內(nèi)， 具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、價格低的特點。小型PLC一般采用這種整體式結(jié)構(gòu)。整體式PLC由不同I/O點數(shù)的基本單元（又稱主機）和擴展單元組成?；締卧獌?nèi)有CPU、I/O接口、與I/O擴展單元相連的擴展口，以及與編程器或EPROM寫入器相連的接口等。擴展單元內(nèi)只有I/O和電源等，沒有CPU?；締卧蛿U展單元之間一般用扁平電纜連接。整體式PLC一般還可配備特殊功能單元，如模擬量單元、位置控制單元等，

11、使其功能得以擴展。（2）模塊式PLC 模塊式PLC是將PLC各組成部分，分別作成若干個單獨的模塊，如CPU模塊、I/O模塊、電源模塊（有的含在CPU模塊中）以及各種功能模塊。模塊式PLC由框架或基板和各種模塊組成。模塊裝在框架或基板的插座上。這種模塊式PLC的特點是配置靈活，可根據(jù)需要選配不同規(guī)模的系統(tǒng)，而且裝配方便，便于擴展和維修。大、中型PLC一般采用模塊式結(jié)構(gòu)。還有一些PLC將整體式和模塊式的特點結(jié)合起來，構(gòu)成所謂疊裝式PLC。疊裝式PLC其CPU、電源、I/O接口等也是各自獨立的模塊，但它們之間是靠電纜進行聯(lián)接，并且各模塊可以一層層地疊裝。這樣，不但系統(tǒng)可以靈活配置，還可做得體積小巧。

12、3.2.2 根據(jù)功能分類PLC按功能分類根據(jù)PLC所具有的功能不同，可將PLC分為低檔、中檔、高檔三類。（1）低檔PLC 具有邏輯運算、定時、計數(shù)、移位以及自診斷、監(jiān)控等基本功能，還可有少量模擬量輸入輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、通信等功能。主要用于邏輯控制、順序控制或少量模擬量控制的單機控制系統(tǒng)。（2）中檔PLC 除具有低檔PLC的功能外，還具有較強的模擬量輸入輸出、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)傳送和比較、數(shù)制轉(zhuǎn)換、遠程I/O、子程序、通信聯(lián)網(wǎng)等功能。有些還可增設(shè)中斷控制、PID控制等功能，適用于復(fù)雜控制系統(tǒng)。（3）高檔PLC 除具有中檔機的功能外，還增加了帶符號算術(shù)運算、矩陣運算、位邏輯運算、平方根運

13、算及其它特殊功能函數(shù)的運算、制表及表格傳送功能等。高檔PLC機具有更強的通信聯(lián)網(wǎng)功能，可用于大規(guī)模過程控制或構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工廠自動化。3.2.3 按I/O點數(shù)分類PLC按I/O點數(shù)分類根據(jù)PLC的I/O點數(shù)的多少，可將PLC分為小型、中型和大型三類。 (1).小型PLCI/O點數(shù)< 256點；單CPU、8位或16位處理器、用戶存儲器容量4K字以下。 (2). 中型PLCI/O點數(shù)2562048點；雙CPU，用戶存儲器容量28K (3). 大型PLCI/O點數(shù)> 2048點；多CPU，16位、32位處理器，用戶存儲器容量816K .3.3 PLC的構(gòu)成從結(jié)構(gòu)上分，PLC

14、分為固定式和組合式（模塊式）兩種。固定式PLC包括CPU板、I/O板、顯示面板、內(nèi)存塊、電源等，這些元素組合成一個不可拆卸的整體。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。3.3.1 CPU的構(gòu)成CPU是PLC的核心，起神經(jīng)中樞的作用，每套PLC至少有一個CPU，它按PLC的系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存貯用戶程序和數(shù)據(jù)，用掃描的方式采集由現(xiàn)場輸入裝置送來的狀態(tài)或數(shù)據(jù)，并存入規(guī)定的寄存器中，同時，診斷電源和PLC內(nèi)部電路的工作狀態(tài)和編程過程中的語法錯誤等。進入運行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制

15、信號，去指揮有關(guān)的控制電路。CPU主要由運算器、控制器、寄存器及實現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成，CPU單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲程序及數(shù)據(jù)，是PLC 5不可缺少的組成單元。在使用者看來，不必要詳細分析CPU的內(nèi)部電路，但對各部分的工作機制還是應(yīng)有足夠的理解。CPU的控制器控制CPU工作，由它讀取指令、解釋指令及執(zhí)行指令。但工作節(jié)奏由震蕩信號控制。運算器用于進行數(shù)字或邏輯運算，在控制器指揮下工作。寄存器參與運算，并存儲運算的中間結(jié)果，它也是在控制器指揮下工作。CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，IO數(shù)量及軟件容量等，因此限

16、制著控制規(guī)模。3.3.2 I/O模塊PLC與電氣回路的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號狀態(tài)，輸出點反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號變換成數(shù)字信號進入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。常用的I/O分類如下：開關(guān)量：按電壓水平分，有220VAC、110VAC、24VDC，按隔離方式分，有繼電器隔離和晶體管隔離。模擬量：按信號類型分，有電流型（4-20mA,0-20mA）、電壓型（0-10V,0-5V,-10-10V）等，按精度分，有12b

17、it,14bit,16bit等。除了上述通用IO外，還有特殊IO模塊，如熱電阻、熱電偶、脈沖等模塊。按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。3.3.3 電源模塊PLC電源用于為PLC各模塊的集成電路提供工作電源。同時，有的還為輸入電路提供24V的工作電源。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。底板或機架大多數(shù)模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構(gòu)成一個整體。3.3

18、.4 PLC系統(tǒng)的其它設(shè)備編程設(shè)備：編程器是PLC開發(fā)應(yīng)用、監(jiān)測運行、檢查維護不可缺少的器件，用于編程、對系統(tǒng)作一些設(shè)定、監(jiān)控PLC及PLC所控制的系統(tǒng)的工作狀況，但它不直接參 6與現(xiàn)場控制運行。小編程器PLC一般有手持型編程器，目前一般由計算機（運行編程軟件）充當編程器。也就是我們系統(tǒng)的上位機。人機界面：最簡單的人機界面是指示燈和按鈕，目前液晶屏（或觸摸屏）式的一體式操作員終端應(yīng)用越來越廣泛，由計算機（運行組態(tài)軟件）充當人機界面非常普及。3.3.5 PLC的通信聯(lián)網(wǎng)依靠先進的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以迅速有效地收集、傳送生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)。因此，網(wǎng)絡(luò)在自動化系統(tǒng)集成工程中的重要性越來越顯著，甚至有人提出&

19、quot;網(wǎng)絡(luò)就是控制器"的觀點說法。PLC具有通信聯(lián)網(wǎng)的功能，它使PLC與PLC 之間、PLC與上位計算機以及其他智能設(shè)備之間能夠交換信息，形成一個統(tǒng)一的整體，實現(xiàn)分散集中控制。多數(shù)PLC具有RS-232接口，還有一些內(nèi)置有支持各自通信協(xié)議的接口。PLC的通信現(xiàn)在主要采用通過多點接口（MPI）的數(shù)據(jù)通訊、PROFIBUS 或工業(yè)以太網(wǎng)進行聯(lián)網(wǎng)。3.4 PLC的應(yīng)用現(xiàn)狀自20 世紀60 年代中期以來PLC 產(chǎn)品在電力、冶金、化工等行業(yè)發(fā)揮了重大作用, 尤其近20 年來計算機和信息技術(shù)的飛速發(fā)展, 不斷成倍擴大的功能和成倍降低的價格, 使PLC、通訊聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、過程控制軟件都獲得了長足進

20、步, 也使PLC 的廣泛應(yīng)用成為可能。下面通過兩組數(shù)據(jù)(引自工控網(wǎng)) 說明PLC 的應(yīng)用現(xiàn)狀。PLC 在冶金行業(yè)的市場將持續(xù)增加2003 年中國的工業(yè)出現(xiàn)了快速增長, 工業(yè)產(chǎn)值同比增長在12% 以上, 而且中國的最大鋼鐵出口對象美國在2003 年下半年取消了鋼鐵附加稅, 中國鋼材對其出口也將迅速回升。這些有利因素刺激了中國冶金行業(yè)的投資。據(jù)調(diào)查, 中國冶金行業(yè)對設(shè)備的投資同比增長接近50%。冶金設(shè)備的大量增長帶動了PLC 在該行業(yè)的增長, 2003 年P(guān)LC 在冶金行業(yè)的市場達到216 億元, 2004 年有望達到3 億元。PLC 在紡織行業(yè)的應(yīng)用分析。在中國, PLC 在紡織機械上的運用已經(jīng)

21、有17 年的歷史了, 從最早的進口合成纖維生產(chǎn)設(shè)備到目前的中小型紡機, PLC 無處不在。占各類紡織機械60% 以上的織機平均每臺帶有一個小型的PLC, 主要用于檢測、報警、速度控制和機器啟停控制。紡機的比例在紡織機械中不到5% , 卻用到更多的PLC, 單臺紡紗機最多用到17 臺PLC, 主要是60 個IO 點以下的微型產(chǎn)品。梳棉機也用微ö小型PLC 控制。其它各類紡織機械基本上都采用PLC 控制, 只有一些相對簡單的設(shè)備采用單片機或者其它控制方式。紡織機械的輔助設(shè)備也主要由PLC 控制, 如循環(huán)水系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、蒸氣系統(tǒng)、廢水處理系統(tǒng)、包裝線等。實際上PLC 在中國的應(yīng) 7用已分

22、布到各行各業(yè), 根據(jù)工控網(wǎng)的調(diào)查, 2003 年中國控制類產(chǎn)品市場PLC的占有率已超過50% , 而且保持著10% 15% 的發(fā)展速度。3.5 PLC 控制系統(tǒng)的發(fā)展前景現(xiàn)在, 雖然出現(xiàn)了性能更加優(yōu)越的DCS 和FCS控制系統(tǒng), PLC 控制也終將會被先進的FCS 控制所取代, 但是目前以及今后相當長的一段時間, PLC 還會與DCS 和FCS 共存, 這主要基于以下原因:1) 現(xiàn)在企業(yè)的確正在朝著自動化、信息化、開放化的方向發(fā)展, 但這并不意味著要將現(xiàn)有控制系統(tǒng)推倒重來。企業(yè)投入大量的人力和財力建立起來的PLC 控制系統(tǒng)已經(jīng)成型, 如果要完全推翻再建立新的DCS 或FCS 控制系統(tǒng), 需要更

23、大的資金投入, 將造成很大的浪費。(2) 基于以上市場需求, 許多軟件廠商(例如: 華富惠通軟件公司) 正在考慮如何利用企業(yè)已經(jīng)成型的控制系統(tǒng)及新建的廠級網(wǎng)絡(luò), 開發(fā)控制系統(tǒng)軟件, 幫助企業(yè)實現(xiàn)工廠自動化、信息化, 為企業(yè)提供控制系統(tǒng)與管理網(wǎng)絡(luò)的集成。(3) 目前, PLC 的功能增強、結(jié)構(gòu)優(yōu)化, IO 模塊趨向分散化、智能化, 編程工具和編程語言更具標準化和高級化。(4) PLC 的聯(lián)網(wǎng)通信能力增強, 向高速度、多層次、大信息量、高可靠性及開放式的通信發(fā)展。(5) 現(xiàn)在的PLC 系統(tǒng)與DCS 技術(shù)、現(xiàn)場總線IöO技術(shù)相結(jié)合, 結(jié)構(gòu)開放、擴展方便、技術(shù)先進、價格低廉。由以上分析可以預(yù)

24、見, 未來PLC 將朝著多功能化、集成化、智能化、標準化、開放化的方向發(fā)展, 故PLC 雖然面臨其它自動化控制系統(tǒng)的挑戰(zhàn), 但同時也在吸收它們的優(yōu)點, 互相融合, 不斷創(chuàng)新, 在今后一段時間內(nèi)將與其它先進控制方式并存, 共同發(fā)展。3.6 PLC的選型方法在PLC系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計選型。工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)。PLC及有關(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標準的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則選型所選用PLC應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，PLC的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程

25、序控制器、功能表圖及有關(guān)的編程語言有利于縮短編程時間，因此，工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。3.6.1 輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算I/O點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商PLC的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進行圓整。3.6.2 存儲容量的估算存儲器容量是可編程序控制器本身能提供的硬件存

26、儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應(yīng)用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲器容量。設(shè)計階段，由于用戶應(yīng)用程序還未編制，因此，程序容量在設(shè)計階段是未知的，需在程序調(diào)試之后才知道。為了設(shè)計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來替代。存儲器內(nèi)存容量的估算沒有固定的公式，許多文獻資料中給出了不同公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點數(shù)的1015倍，加上模擬I/O點數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字數(shù)（16位為一個字），另外再按此數(shù)的25%考慮余量。3.7 機型的選擇3.7.1 PLC的類型PLC按結(jié)構(gòu)分為整體型和模塊型兩類，按應(yīng)用環(huán)境分為現(xiàn)場安裝和控制室安裝兩類；按CPU字長分為1

27、位、4位、8位、16位、32位、64位等。從應(yīng)用角度出發(fā)，通?？砂纯刂乒δ芑蜉斎胼敵鳇c數(shù)選型。整體型PLC的I/O點數(shù)固定，因此用戶選擇的余地較小，用于小型控制系統(tǒng)；模塊型PLC提供多種I/O卡件或插卡，因此用戶可較合理地選擇和配置控制系統(tǒng)的I/O點數(shù)，功能擴展方便靈活，一般用于大中型控制系統(tǒng)。3.7.2 輸入輸出模塊的選擇輸入輸出模塊的選擇應(yīng)考慮與應(yīng)用要求的統(tǒng)一。例如對輸入模塊，應(yīng)考慮信號電平、信號傳輸距離、信號隔離、信號供電方式等應(yīng)用要求。對輸出模塊，應(yīng)考慮選用的輸出模塊類型，通常繼電器輸出模塊具有價格低、使用電壓范圍廣、壽命短、響應(yīng)時間較長等特點；可控硅輸出模塊適用于開關(guān)頻繁，電感性低功

28、率因數(shù)負荷場合，但價格較貴，過載能力較差。輸出模塊還有直流輸出、交流輸出和模擬量輸出等，與應(yīng) 9用要求應(yīng)一致。可根據(jù)應(yīng)用要求，合理選用智能型輸入輸出模塊，以便提高控制水平和降低應(yīng)用成本?？紤]是否需要擴展機架或遠程I/O機架等。3.7.3 電源的選擇PLC的供電電源，除了引進設(shè)備時同時引進PLC應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品說明書要求設(shè)計和選用外，一般PLC的供電電源應(yīng)設(shè)計選用220VAC電源，與國內(nèi)電網(wǎng)電壓一致。重要的應(yīng)用場合，應(yīng)采用不間斷電源或穩(wěn)壓電源供電。如果PLC本身帶有可使用電源時，應(yīng)核對提供的電流是否滿足應(yīng)用要求，否則應(yīng)設(shè)計外接供電電源。為防止外部高壓電源因誤操作而引入PLC，對輸入和輸出信號的隔離是必

29、要的，有時也可采用簡單的二極管或熔絲管隔離。3.7.4 存儲器的選擇由于計算機集成芯片技術(shù)的發(fā)展，存儲器的價格已下降，因此，為保證應(yīng)用項目的正常投運，一般要求PLC的存儲器容量，按256個I/O點至少選8K存儲器選擇。需要復(fù)雜控制功能時，應(yīng)選擇容量更大，檔次更高的存儲器。第4章 PLC控制鉆床的結(jié)構(gòu)設(shè)計和PLC選擇4.1 鉆床工作原理本文將要設(shè)計的基于PLC的高深精度鉆床如圖4-1所示圖4-1 基于PLC的鉆床示意圖三相異步電動機M1轉(zhuǎn)動從而帶動進給絲杠傳動，是鉆削三相異步電動機M2和鉆頭產(chǎn)生上下位移，M1正轉(zhuǎn)為進，刀M2下移，反轉(zhuǎn)為退刀M2上移。SQ1和SQ2之間的距離就是鉆頭的移動范圍。M

30、1正轉(zhuǎn)，鉆頭下降，MD開始計數(shù)。旋轉(zhuǎn)編碼器MD是將進給絲杠的轉(zhuǎn)數(shù)變換成脈沖數(shù)的元件，鉆頭上下移動的距離與編碼器的輸出脈沖數(shù)成對應(yīng)關(guān)系，這樣我們就可以通過對旋轉(zhuǎn)編碼器輸出脈沖的采集實現(xiàn)對鉆孔深度的高精確控制。光電開關(guān)SPH是鉆頭的檢測元件，在SPH檢測到鉆頭尖的瞬間，便有導(dǎo)通信號輸出，是鉆削電機M2啟動，同時PLC內(nèi)部計數(shù)器開始計數(shù)。從SPH光軸線至工件表面的距離稱位移值，工件上的鉆孔深度稱孔深值，兩值之和就是脈沖數(shù)的控制值。M1反向啟動后，鉆頭上升退刀，上升至刀尖離開SPH光軸線的瞬間，SPH的輸出截止，M2停轉(zhuǎn)上升退刀至最高的原始位置時，SQ1動作，M1停轉(zhuǎn)，自動鉆削工作過程結(jié)束。另外設(shè)計一

31、個急停開關(guān)，當出現(xiàn)緊急情況時候，電機M1，M1都立即停止工作。4.2 PLC的選型根據(jù)PLC的選型方法，首先確定需要的I/O數(shù)目輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算 .I/O點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%20%的可擴展 余量后，作為輸入輸出點數(shù)估算數(shù)據(jù)。上限位和下限位共需要兩個輸入口，光電開關(guān)，旋轉(zhuǎn)編碼器，急停開關(guān)以及電機 11M1的啟動各需要一個輸入I/O口；電機M1的正轉(zhuǎn)控制，反轉(zhuǎn)控制，停止控制和電機M2的轉(zhuǎn)動和停止控制也各需要一個I/O口；綜上所述，共需要6個輸入端口和5個輸出端口。存儲器容量的確定：存儲器容量的選擇有兩種計算方法。一種是根據(jù)變成實際使用的節(jié)

32、點數(shù)計算，這種方法可以精確算出存儲器實際使用容量，缺點是編完程序之后才能計算。常用的是估算法，用戶可以根據(jù)控制規(guī)模和應(yīng)用目的，按照下面公式計算：M=K*（10*DI）+（5*DO）其中，DI表示開關(guān)量輸入信號數(shù)目；DO表示開關(guān)量輸出信號數(shù)目；K表示每個節(jié)點所占存儲器字節(jié)數(shù)；M表示存儲器容量。假設(shè)一個節(jié)點占用一個字節(jié)，經(jīng)過計算我們需要的存儲器容量M為85字節(jié)。 由于我們的輸入端有高速旋轉(zhuǎn)的編碼器，因此所選用的PLC必須帶有高速計數(shù)器這樣才能滿足對旋轉(zhuǎn)編碼器輸出脈沖的準確計數(shù)。我們對市場上的常用小型PLC進行了比較，西門子S7-200 PLC就能滿足要求，我們選用CPU 222這一款。下一節(jié)就是對

33、S7-200的介紹。4.3 S7-200介紹西門子S7系列PLC體積小、速度快、標準化，具有網(wǎng)絡(luò)通信能力，功能更強，可靠性更高。S7系列PLC產(chǎn)品可分為微型PLC（如S7-200），小規(guī)模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。S7-200 PLC是超小型化的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動檢測、監(jiān)測及控制等。S7-200 PLC的強大功能使其無論單機運行，或連成網(wǎng)絡(luò)都能實現(xiàn)復(fù)雜的控制功能。S7-200PLC可提供4個不同的基本型號與8種CPU可供選擇使用。4.3.1 S7-200系列PLC的硬件配置本書以S7-200系列PLC為目標機型，介紹

34、西門子PLC的特點，為今后更好地學(xué)習(xí)和掌握S7-300/400打下基礎(chǔ)。S7-200系列PLC作為西門子SIMATIC PLC家族中的最小成員，以其超小體積，靈活的配置，強大的內(nèi)置功能，在各個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。S7-200系列PLC可提供4種不同的基本單元和6種型號的擴展單元。其系統(tǒng)構(gòu)成包括基本單元、擴展單元、編程器、存儲卡、寫入器、文本顯示器等?；締卧猄7-200系列PLC中可提供4種不同的基本型號的8種CPU供選擇使用，其輸入輸出點數(shù)的分配見表4-2：擴展單元S7-200系列PLC主要有6種擴展單元，它本身沒有CPU，只能與基本單元相連接使用，用于擴展I/O點數(shù)，S7-200系列PLC

35、擴展單元型號及輸入輸出點數(shù)的分配如表4-3所示。編程器PLC在正式運行時，不需要編程器。編程器主要用來進行用戶程序的編制、存儲和管理等，并將用戶程序送入PLC中，在調(diào)試過程中，進行監(jiān)控和故障檢測。S7-200系列PLC可采用多種編程器，一般可分為簡易型和智能型。簡易型編程器是袖珍型的，簡單實用，價格低廉，是一種很好的現(xiàn)場編程及監(jiān)測工具，但顯示功能較差，只能用指令表方式輸入，使用不夠方便。智能型編程器采用計算機進行編程操作，將專用的編程軟件裝入計算機內(nèi)，可直接采用梯形圖語言編程，實現(xiàn)在線監(jiān)測，非常直觀，且功能強大，S7-200系列PLC的專用編程軟件為STEP7-Micro/WIN。程序存儲卡為

36、了保證程序及重要參數(shù)的安全，一般小型PLC設(shè)有外接EEPROM卡盒接口，通過該接口可以將卡盒的內(nèi)容寫入PLC，也可將PLC內(nèi)的程序及重要參數(shù)傳到外接EEPROM卡盒內(nèi)作為備份。程序存儲卡EEPROM有6ES 7291-8GC00-0XA0和6ES 7291-8GD00-0XA0兩種，程序容量分別為8K和16K程序步。寫入器寫入器的功能是實現(xiàn)PLC和EPROM之間的程序傳送，是將PLC中RAM區(qū)的程序通過寫入器固化到程序存儲卡中，或?qū)LC中程序存儲卡中的程序通過寫入器傳送到RAM區(qū)。文本顯示器文本顯示器TD200不僅是一個用于顯示系統(tǒng)信息的顯示設(shè)備，還可以作為控制單元對某個量的數(shù)值進行修改，或

37、直接設(shè)置輸入/輸出量。文本信息的顯示用選擇/確認的方法，最多可顯示80條信息，每條信息最多4個變量的狀態(tài)。過程參數(shù)可在顯示器上顯示，并可以隨時修改。TD200面板上的8個可編程序的功能鍵，每個都分配了一個存儲器位，這些功能鍵在啟動和測試系統(tǒng)時，可以進行參數(shù)設(shè)置和診斷。4.3.2 S7-200系列PLC的主要技術(shù)性能下面以S7-200 CPU224為例說明S7系列PLC的主要技術(shù)性能。一般性能S7-200 CPU224的一般性能如表4-4 所示。表4-4 S7-200 CPU224一般性能輸入特性S7-200 CPU224的輸入特性如表4-5所示。輸出特性S7-200 CPU224輸出特性如表4

38、-6 所示。表4-6 S7-200 CPU224的輸出特性第5章 鉆床系統(tǒng)I/O地址分配和梯形圖的編寫從上一章的分析知道一共6個輸入點，5個輸出點，選用西門子S7-200主機為CPU222型PLC，并在上章對其作了詳細介紹。5.1 系統(tǒng)I/O地址分配系統(tǒng)I/O地址分配如下表：由此作出系統(tǒng)的PLC控制電路設(shè)計，如圖5.1所示圖5.1 PLC控制電路圖完成了硬件電路設(shè)計和I/O口的分配，接下來要進行PLC程序的編寫。5.2 PLC的常用編程語言介紹PLC的用戶程序是設(shè)計人員根據(jù)控制系統(tǒng)的工藝控制要求，通過PLC編程語言的編制設(shè)計的。根據(jù)國際電工委員會制定的工業(yè)控制編程語言標準（IEC1131-3）

39、。PLC的編程語言包括以下五種：梯形圖語言（LD）、指令表語言（IL）、功能模塊圖語言（FBD）、順序功能流程圖語言（SFC）及結(jié)構(gòu)化文本語言（ST）。5.2.1 梯形圖語言（LD）梯形圖語言是PLC程序設(shè)計中最常用的編程語言。它是與繼電器線路類似的一種編程語言。由于電氣設(shè)計人員對繼電器控制較為熟悉，因此，梯形圖編程語言得到了廣泛的歡迎和應(yīng)用。梯形圖編程語言的特點是：與電氣操作原理圖相對應(yīng)，具有直觀性和對應(yīng)性；與原有繼電器控制相一致，電氣設(shè)計人員易于掌握。梯形圖編程語言與原有的繼電器控制的不同點是，梯形圖中的能流不是實際意義的電流，內(nèi)部的繼電器5.2.2 指令表語言（IL）指令表編程語言是與匯

40、編語言類似的一種助記符編程語言，和匯編語言一樣由操作碼和操作數(shù)組成。在無計算機的情況下，適合采用PLC手持編程器對用戶程序進行編制。同時，指令表編程語言與梯形圖編程語言圖一一對應(yīng)，在PLC編程軟件下可以相互轉(zhuǎn)換。指令表表編程語言的特點是：采用助記符來表示操作功能，具有容易記憶，便于掌握；在手持編程器的鍵盤上采用助記符表示，便于操作，可在無計算機的場合進行編程設(shè)計；與梯形圖有一一對應(yīng)關(guān)系。其特點與梯形圖語言基本一致。5.2.3 功能模塊圖語言（FBD）功能模塊圖語言是與數(shù)字邏輯電路類似的一種PLC編程語言。采用功能模塊圖的形式來表示模塊所具有的功能，不同的功能模塊有不同的功能。功能模塊圖編程語言

41、的特點：功能模塊圖程序設(shè)計語言的特點是：以功能模塊為單位，分析理解控制方案簡單容易；功能模塊是用圖形的形式表達功能，直觀性強，對于具有數(shù)字邏輯電路基礎(chǔ)的設(shè)計人員很容易掌握的編程；對規(guī)模大、控制邏輯關(guān)系復(fù)雜的控制系統(tǒng)，由于功能模塊圖能夠清楚表達功能關(guān)系，使編程調(diào)試時間大大減少。5.2.4 順序功能流程圖語言（SFC）順序功能流程圖語言是為了滿足順序邏輯控制而設(shè)計的編程語言。編程時將順序流程動作的過程分成步和轉(zhuǎn)換條件，根據(jù)轉(zhuǎn)移條件對控制系統(tǒng)的功能流程順序進行分配，一步一步的按照順序動作。每一步代表一個控制功能任務(wù)，用方框表示。在方框內(nèi)含有用于完成相應(yīng)控制功能任務(wù)的梯形圖邏輯。這種編程語言使程序結(jié)構(gòu)

42、清晰，易于閱讀及維護，大大減輕編程的工作量，縮短編程和調(diào)試時間。用于系統(tǒng)的規(guī)模校大，程序關(guān)系較復(fù)雜的場合。 順序功能流程圖編程語言的特點：以功能為主線，按照功能流程的順序分配，條理清楚，便于對用戶程序理解；避免梯形圖或其他語言不能順序 18動作的缺陷，同時也避免了用梯形圖語言對順序動作編程時，由于機械互鎖造成用戶程序結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難以理解的缺陷；用戶程序掃描時間也大5.2.5 結(jié)構(gòu)化文本語言（ST）結(jié)構(gòu)化文本語言是用結(jié)構(gòu)化的描述文本來描述程序的一種編程語言。它是類似于高級語言的一種編程語言。在大中型的PLC系統(tǒng)中，常采用結(jié)構(gòu)化文本來描述控制系統(tǒng)中各個變量的關(guān)系。主要用于其他編程語言較難實現(xiàn)的用戶程

43、序編制。結(jié)構(gòu)化文本編程語言采用計算機的描述方式來描述系統(tǒng)中各種變量之間的各種運算關(guān)系，完成所需的功能或操作。大多數(shù)PLC制造商采用的結(jié)構(gòu)化文本編程語言與BASIC語言、PASCAL語言或C語言等高級語言相類似，但為了應(yīng)用方便，在語句的表達方法及語句的種類等方面都進行了簡化。5.3 鉆床工作梯形圖結(jié)合設(shè)計實際，我們采用最常用的梯形圖語言編寫程序，如圖5.3所示， 程序運行過程如下：起動時，按下M1正轉(zhuǎn)/啟動按鈕，I0.3接通，Q0.0接通并且自保，M1啟動正轉(zhuǎn)，通過進給絲杠帶動M2和鉆頭下移；當光電開關(guān)探測到鉆頭時候，判斷M1的旋轉(zhuǎn)方向，在M2下移的時候，立即啟動M2和PLC內(nèi)部高速計數(shù)器，Q0

44、.3接通并自保，當鉆頭接觸到工件時對工件進行鉆削；當旋轉(zhuǎn)編碼器的輸入脈沖數(shù)與高速計數(shù)器設(shè)定數(shù)值相同時，關(guān)閉常觸點Q0.0，接通Q0.1并自保，M1反轉(zhuǎn)，使M2和鉆頭上移；當鉆頭離開光電開關(guān)的瞬間，I0.1斷開，M2停止轉(zhuǎn)動，Q0.4接通并自保；M2上升至最高位置，I0.4接通，Q0.1斷開，M1停轉(zhuǎn)，完成全部鉆削過程；運行中緊急停止時，按下急停按鈕，I0.2常閉觸點斷開，使Q0.0，Q0.1，Q0.2，Q0.3，Q0.4斷開，M1，M2停止任何方向轉(zhuǎn)動。圖5.3 鉆床控制梯形圖第6章 光電編碼器的設(shè)計在自動化領(lǐng)域,旋轉(zhuǎn)編碼器是用來檢測角度、速度、長度、位移和加速度的傳感器。依靠軸桿、齒輪，測量

45、輪或繩纜的控制,線性的移動能被檢測。編碼器也把實際的機械參數(shù)值轉(zhuǎn)換成電氣信號,這些電氣信號可以被計數(shù)器、轉(zhuǎn)速表、PLC和工業(yè)PC處理。6.1 旋轉(zhuǎn)編碼器功能原理由玻璃或塑料制成的圓盤被分成透明和非透明的區(qū)域,如果一個光源固定在圓盤的一側(cè),光敏元件固定在另一側(cè),如果一束光打在透明的區(qū)域,接收器接收到而產(chǎn)生脈沖,當光束被黑色區(qū)域隔斷時而產(chǎn)生脈沖。發(fā)光二極管通常用作光源,發(fā)光范圍在紅外線范圍內(nèi),光敏二極管或光敏晶體管作為接收器如圖1所示。按照這個原理,如果沒有其它功能加入,僅能推論出圓盤在轉(zhuǎn)動,旋轉(zhuǎn)感應(yīng)或絕對值位置不能被確定。6.2 旋轉(zhuǎn)編碼器的分類根據(jù)編碼器的功能原理可以分為增量型旋轉(zhuǎn)編碼器和絕對

46、值型旋轉(zhuǎn)編碼器。6.2.1 增量型旋轉(zhuǎn)編碼器軸的每圈轉(zhuǎn)動,增量型編碼器提供一定數(shù)量的脈沖,周期性的測量或者單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)可以用來測量移動的速度。如果在一個參考點后面脈沖數(shù)被累加,計算值就代表了轉(zhuǎn)動角度或行程的參數(shù)，雙通道編碼器輸出脈沖之間相差90o。能使接收脈沖的電子設(shè)備接收軸的旋轉(zhuǎn)感應(yīng)信號,因此可實現(xiàn)雙向的定位控制。另外,三通道增量型編碼器每一圈產(chǎn)生一個稱之為零位信號的脈沖。旋轉(zhuǎn)增量型編碼器以轉(zhuǎn)動時輸出脈沖,通過計數(shù)設(shè)備來計算其位置,當編碼器不動或停電時,依靠計數(shù)設(shè)備的內(nèi)部記憶來記住位置。停電后,編碼器不能有任何的移動;來電工作時,編碼器輸出脈沖過程中,也不能有干擾而丟失脈沖。否則計數(shù)設(shè)

47、備計算并記憶的零點就會偏移,而且這種偏移的量是無從知道的,只有錯誤的結(jié)果出現(xiàn)后才能知道。解決的方法是增加參考點,編碼器每經(jīng)過參考點,將參考位置修正在計數(shù)設(shè)備的記憶位置。在參考點以前,是不能保證位置的準確性的。為此,在工控中就有每次操作先找參考點,開機找零等方法。這樣的方法對有些工控項目比較麻煩,甚至不允許開機找零(開機后就要知道準 21確位置),于是就有了絕對編碼器的出現(xiàn)。6.2.2 絕對值旋轉(zhuǎn)編碼器絕對編碼器光碼盤上有許多光通道刻線,每道刻線依次以2線、4線、8線、16線編排。這樣,在編碼器的每一個位置,通過讀取每道刻線的通、暗,獲得一組從2的零次方到2的n-1次方的唯一的2進制編碼(格雷碼

48、),這就稱為n位絕對編碼器。這樣的編碼器是由光電碼盤的機械位置決定的,它不受停電、干擾的影響。特別是在定位控制應(yīng)用中,絕對值編碼器減輕了電子接收設(shè)備的計算任務(wù),從而省去了復(fù)雜而又昂貴的輸入裝置。而且,當機械合上電源或電源故障后再接通電源,不需要回到位置參考點,就可利用當前的位置值。絕對編碼器由機械位置決定的每個位置是唯一的,它無需記憶,無需找參考點,而且不用一直計數(shù),什么時候需要知道位置,什么時候就去讀取它的位置。這樣,編碼器的抗干擾特性、數(shù)據(jù)的可靠性大大提高了。單圈絕對值旋轉(zhuǎn)編碼器,以轉(zhuǎn)動中測量光電碼盤各道刻線,以獲取唯一的編碼,當轉(zhuǎn)動超過360o時,編碼又回到原點,這樣就不符合絕對編碼唯一

49、的原則,這樣的編碼只能用于旋轉(zhuǎn)范圍360o以內(nèi)的測量,即把360o等分成最大8192個測量步,這種編碼器轉(zhuǎn)完一圈后,代碼由開始重現(xiàn)稱為單圈絕對值編碼器。因此這種編碼器無法區(qū)別到底轉(zhuǎn)了多少圈。如果要測量旋轉(zhuǎn)超過360o范圍,就要用到多圈絕對值編碼器。編碼器生產(chǎn)廠家運用鐘表齒輪機械的原理,當中心碼盤旋轉(zhuǎn)時,通過齒輪傳動另一組碼盤(或多組齒輪,多組碼盤),在單圈編碼的基礎(chǔ)上再增加圈數(shù)的編碼,以擴大編碼器的測量范圍,這個齒輪最多可測到4096(12位)圈,這樣的絕對編碼器就稱為多圈式絕對編碼器,它同樣是由機械位置確定編碼,每個位置編碼唯一不重復(fù),而無需記憶。因此多圈編碼器總的分辨率為13位(單圈分辨率

50、)+12位(圈數(shù))總數(shù)為25位分辨率,也就是說,總數(shù)為33554432個位置可讀取。這樣這種編碼器把非常長距離等分為非常小的測量步。多圈編碼器的另一個優(yōu)點是由于測量范圍大,實際使用往往富裕較多,這樣在安裝時不必要費勁找零點,將某一中間位置作為起始點就可以了,而且大大簡化了安裝調(diào)試難度。6.3 編碼器的應(yīng)用增量型編碼器的應(yīng)用增量型旋轉(zhuǎn)編碼器是只輸出脈沖的旋轉(zhuǎn)編碼器。分辨率(Z)和每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)用于計算角位移。信號頻率可以用來決定角速度(),另外,周期的瞬間改變可以用來計算角 22加速度.為了檢測移動和旋轉(zhuǎn)方向,脈沖掃描原理接收器有A、B兩個通道。旋轉(zhuǎn)的方向可以通過A、B兩相電氣上相差90o(見圖2)

51、辨別。在順時針方向旋轉(zhuǎn)(CW)通道A超前于通道B。CCW 代表反時針旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)方向以面對軸的方向看為基準。應(yīng)用旋轉(zhuǎn)編碼器注意事項在使用,旋轉(zhuǎn)編碼器中最重要的是抗干擾問題,干擾的抑制取決于正確的屏蔽。在現(xiàn)場,安裝錯誤的情況時有發(fā)生。經(jīng)常是屏蔽線只接了一邊,并且用一個導(dǎo)線把它焊在接地端子上,這種處理方式只是在LF(低頻)工程中才有效,這不符合EMC中HF(高頻)信號的規(guī)則,在高頻工程中一個基本的目標是在不可能低的阻抗下傳遞HF(高頻)能量到大地,否則能量會釋放到電纜上。低阻抗可通過表面積大的導(dǎo)線連接到金屬表面上來實現(xiàn)。6.4 旋轉(zhuǎn)編碼器的設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)絲杠的螺距為10mm,鉆頭移動距離精度達

52、到0.01mm,我們選用HEDSS公司的增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，旋轉(zhuǎn)編碼器每轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生1000個脈沖，其最大供電電流為20mA,最大脈沖數(shù)20KHZ，A，B相位差90°，最大旋轉(zhuǎn)速度2000r/min供電電壓5V，輸出高電平（4.75）V按照通常做法，需要兩個PLC高速計數(shù)口，但是根據(jù)設(shè)計要求我們只需要知道旋轉(zhuǎn)編碼器在正轉(zhuǎn)一定角度時的輸出脈沖，因此在電路中只接入了A相輸入就可以滿足設(shè)計要求而且可以節(jié)省一個PLC I/O口。根據(jù)我們所選用的PLC高速計數(shù)口輸入信號為+24V，而光電編碼器輸出為+5V，為此設(shè)計了如圖5.1所示的電平轉(zhuǎn)換電路。該電路將編碼器傳輸來的信號轉(zhuǎn)換為可編程控制器能夠直接

53、接收到的+ 24V 信號。另外我們還設(shè)計了整形濾波電路用以消除信號在傳輸中所受到的干擾;圖6-1 編碼器與PLC接口電路第7章 光電開關(guān)的設(shè)計采用光電轉(zhuǎn)換原理控制電路通斷使輸出信號產(chǎn)生邏輯轉(zhuǎn)換的一類電器稱為光電開關(guān)。與傳統(tǒng)的機械行程開關(guān)相比，光電開關(guān)具有無觸點控制，無機械碰撞，能識別色標，響應(yīng)速度快，控制精度高等特點，鼓在工業(yè)自控設(shè)備中應(yīng)用及其廣泛。許多包裝機，印刷機，紡織機等都用它進行限位，換向，同步，測速及其他控制，如零度，長度，液位，料位，數(shù)量等控制。7.1 光電開關(guān)分類漫反射式光電開關(guān)：它是一種集發(fā)射器和接收器于一體的傳感器，當有被檢測物體經(jīng)過時，物體將光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)射的足夠量的光線反射到接收器，于是光電開關(guān)就產(chǎn)生了開關(guān)信號。當被檢測物體的表面光亮或其反光率極高時，漫反射式的光電開關(guān)是首選的檢測模式。鏡反射式光電開關(guān)：它亦集發(fā)射器與接收器于一體，光電開關(guān)發(fā)射器發(fā)出的