基于旋转编码器的长度测量系统设计

1、控制系统文章编号:1008-0570(2009)07-1-0054-02微计算机信息(测控自动化)2009年第25卷第7-1期基于旋转编码器的长度测量系统设计Designofthelengthmeasurementsystembasedonrotaryencoder（潍坊学院）侯崇升HOUChong-sheng摘要:设计了采用旋转编码器、以PLC为控制处理器的车用厢板长度测量系统,分析了长度测量的实现方法及影响长度最小分辨率的因素,研究了提高长度测量精度的方法和产生干扰的多种因素,实现了控制系统的可靠工作。关键词:旋转编码器;长度测量;控制系统;PLC中图分类号:TP274文献标识码:A技术创

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

3、leworkisachievedforthecontrolsystem.Keywords:rotaryencoder;lengthmeasurement;controlsystem;PLC引言近几年，随着我国经济的快速发展，农用三轮车、三轮摩托车等机动车产量越来越大。其车厢箱板是利用钢板冷轧成形剪切机，根据实际长度需要剪切而成的，箱板长度是最重要的尺寸指标，如箱板剪切长度达不到精度要求就会成为废品，所以箱板剪切自动测长控制是关系到生产设备能否成功运行的最关键控制技术。生产设备要求箱板剪切精度为：当箱板长度为26m时，要求长度误差为：±3mm。该PLC内置MPI和DP通讯口，S7-30

4、0CPU315-2DP。MPI口和其它带有RS485通讯口的设备可构成MPI网，通过西门子PC-而DP口可直接Adapter适配器可与其它设备的RS232口通讯；作为网络的主站或从站。上PROFIBUS网，整个系统完成钢板开卷、同步传动控制、钢板长度自动测量及剪切、产品输送、故障诊断等控制功能；其中，钢板长度自动测量及剪切功能非常重要。1厢板冷轧成形剪切机构成如图1所示，冷轧成形剪切机是车用厢板生产的关键设备，它主要由开卷机、粗校机、齐头剪切机、冷轧成形辊、测量剪板机、输送台等部分构成。辊、图2电气控制喜统框图粗校机拖动钢板进料，同时与测长轮同轴连接的旋转编码器测量钢板的长度，将其脉冲输出端与

5、PLC的高速计数器输入端相连。进料时，旋转编码器随测长辊一起转动，并发出计数脉冲，控制剪切机动作。PLC根据优化程序所设定的指令，通过触摸屏可以设定需要生产的车厢厢板的数量和长度，生产过程中触摸屏实时显示厢板的实际长度和已生产厢板的数量；当板长接近设定尺寸时，使拖动电动PLC发出控制信号，机同时制动，制动结束时，如果实际板长等于设定板长（误差为±3mm），剪板机剪切，剪切完毕后，拖动电机同时起动，板长计数器重新开始计数；如果实际板长不等于设定板长（误差大于±3mm），剪板机不剪切，等待人工干预。图1厢板冷轧成形剪切机构成示意图2电气控制系统设计该厢板冷轧成形剪切机控制点多，

6、长度测量精度要求高，生产现场分散，设备可靠性要求高，因此设计了以型号S7300的西门子可编程控制器（PLC）为控制核心的PROFIBUS-DP总线网络控制系统，如图2所示。PLC作为PROFIBUS-DP网络主站，处理系统各种数据和工艺动作流程，如通过网络将控制命令和速度给定值传给各调速器，将各调速器的启停状态、运行速度、电压、电流、报警信息等采集回来进行处理。本系统中PLC处于核心控制地位，肩负着大量数据通讯和数据处理以及工艺动作流程控制的任务，为此特选定西门子侯崇升:副教授-54-360元/年邮局订阅号：82-9463车厢厢板长度测量的实现实际生产过程中，实现长度测量的方法有多种：人工测量

7、、超声波测量、多波长干涉测量等，这些测量方法应用CCD测量、在车厢厢板生产控制系统中都有一定的局限性。旋转编码器具有精度高、响应快、测量范围大、体积小、成本低、重量轻、安装现场总线技术应用200例控制系统P为二倍频后输出脉冲信号；当钢板开始前行，旋转编码器正转向电平信号D为高电平，反之为低电平。转，A超前B90，方便、维护简单、工作稳定、易于与计算机、PLC连接构成数字控制系统等特点，因此，完全满足本控制系统长度测量的要求。旋转编码器根据编码原理的不同可分为增量式和绝对式，本厢板冷轧成型剪切机长度测量选用OMRON型号为E6B2-它旋转一周输出600脉冲，将其与一加CWZ6C增量式编码器，周长

8、为180mm的测长辊同轴安装，测长辊与厢板工精度极高、接触。在厢板生产运动过程中，依靠摩擦力拉动测长辊旋转，这样就把厢板的直线位移（长度）转化为旋转编码器的脉冲数字控制系统最小长度分辨率为：信号输出。由此，图4输入输出波形二倍频后，测量系统的最小长度分辨率可提高为：式中：L测长辊周长Z旋转编码器旋转一周输出脉冲数在测长控制过程中，PLC高速计数模块接收经过倍频后的旋转编码器脉冲信号，与设定板长进行比较，然后向拖动电动机调速器发出相应的控制指令，以调节拖动电动机运行速度的快慢和运行方向。当测量板长小于设定板长时，电动机正向运行；当实际板长大于设定板长时，电动机反向运行，直到反馈检测值与设定值相等

9、为止。从而可大大提高控制系统长度测量的精度。实际调试过程中发现，连续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：使计数不准，可设法增(1)测长轮与型材之间有相对滑动，加测长轮与型材之间的摩擦力，如增大压力等；可增加一初始位置定位系统，提高位(2)初始位置不一致，移控制精度，但系统构成要相对复杂一些；剪切时工作台相对于型材有相对运动。(3)伺服同步精度低，5结束语本文作者创新点：对旋转编码器输出的二路脉冲信号进行二倍频处理后，输入以PLC为控制处理器的长度测量系统，大大提高了长度测量精度和抗扰能力。在车用厢板长度测量过程振中，实际影响长度测量精度的因素有多种，如钢板运行惯性、动、测长

10、轮与车用厢板之间存在相对运动等，通过采取硬件与软件相结合的措施，改进拖动电机制动性能，消除计数干扰脉冲信号，长度测量系统的控制精度得到了进一步提高，系统工作稳定可靠，很好地满足了产品要求，为生产企业创造了二百多万元的经济效益。参考文献王丽伟钢管自动切铣机的PLC控制J微计算机信1刘轩，息，2008，1-1：43-44马松林，李鸿儒，于成民，徐广孝，杨晓岩纸张测长仪2刘景霞，的原理与应用J仪表技术与传感器，2001，3：46郑亮热卷箱传动计长的技术实现J电子测3王继红，赵波，试，2007，4：35-40人民邮电出版社,2006,114严盈富触摸屏与PLC入门M北京：孙同景，陈桂友可编程序控制器(

11、PLC)应用技术M山5徐德，东科学技术出版社，2002，5徐巧鱼，张海贵，郭继忠，傅润何传感器工作原理及6黄继昌，应用实例M北京：人民邮电出版社，2000，9作者简介：侯崇升(1967,5-)，男，山东潍坊人，副教授，主要从事4提高长度测量精度的方法研究本系统钢板测长用旋转编码器，在生产应用过程中，由于振动等干扰因素，会输出误脉冲，导致计数不准，测长精度下降。为了消除计数干扰，提高测长精度，需对旋转编码器输出的脉冲信号进行处理。在控制系统中，长度传感器一旦选定，由传感器本身决定本冷轧成型剪切机的的最小长度分辨率既已确定，为0.3mm/p。长度控制要求高，需要采取措施提高测量精度。为此，设计了一

12、可消除干扰脉冲信号的二倍频电路，旋转编码器输出的二相相位差为90°的脉冲信号，可以获得四种状态，而零位矩形脉冲信号与A相、B相矩形脉冲的相位关系也随旋转轴转动方向的不同而变化，因此从相位上可判别旋转轴的转动方向。脉冲信号经过二倍频电路处理后再输入PLC，可将控制系统最小长度分辨率提高一倍，大大提高抗干扰性能。图3为二倍频和转向判别电路。技术创新电力电子技术和自动化控制技术方面的教学与应用研究Biography:HOUChong-sheng(1967,5-),male,Han,Shan-图3二倍频和转向判别电路该二倍频电路由常用集成逻辑电路构成，电路结构简单，工作可靠，且输出采取了光电隔离措施，避免了前后级电路间的相互干扰。将旋转编码器输出的相位互差900的A、B两路脉冲信号输入图3中电路，经电路逻辑处理后，输出二倍频脉冲信号P和转向电平信号D，如图4中，A为旋转编码器A路输出脉冲，PLC技术应用200例dongWeifang,associateprofessor,mainlyengagedinpowerel