惠州市技師學(xué)院 禹隆鋒

1.引言

近年來(lái)，工業(yè)控制中的定位產(chǎn)品由以往的接近開關(guān)、行程開關(guān)等慢慢轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)編碼器。而隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，光電旋轉(zhuǎn)編碼器也逐漸發(fā)展成為成熟的性能優(yōu)良的工業(yè)化產(chǎn)品，其價(jià)格大幅度下降，主要用于工業(yè)控制中的定位、測(cè)速等。因此，選用旋轉(zhuǎn)編碼器的優(yōu)點(diǎn)就更加明顯了，如信息化、柔性化、方便現(xiàn)場(chǎng)安裝等。如今旋轉(zhuǎn)編碼器廣泛地被應(yīng)用于各種工控場(chǎng)合，如自動(dòng)化生產(chǎn)線、數(shù)控機(jī)床、汽車速度檢測(cè)等。

2.旋轉(zhuǎn)編碼器的結(jié)構(gòu)及工作原理

光電旋轉(zhuǎn)編碼器是一種把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的檢測(cè)裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由安裝在輸入軸上的編碼圓盤和光電檢測(cè)裝置（光源與受光元件）組成。輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，編碼圓盤與其同步旋轉(zhuǎn)，光電檢測(cè)裝置以透光區(qū)和不透光區(qū)用代碼“0”或“1”表示其狀態(tài)，通過(guò)二進(jìn)制編碼將采集的物理信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

圖1 旋轉(zhuǎn)編碼器結(jié)構(gòu)圖

3.旋轉(zhuǎn)編碼器的選型

本文中旋轉(zhuǎn)編碼器的選型主要根據(jù)如下三個(gè)參數(shù)：

3.1 分辨率

編碼器的分辨率是指每旋轉(zhuǎn)一周所提供的脈沖數(shù)，一般在每轉(zhuǎn)5～10000個(gè)，根據(jù)設(shè)計(jì)使用精度進(jìn)行選擇。

3.2 電氣匹配

編碼器的信號(hào)輸出形式有正弦波、方波、集電極開路等多種形式，應(yīng)根據(jù)信號(hào)接收設(shè)備接口選擇與其相適應(yīng)的編碼器。

3.3 單相、正交AB相、絕對(duì)型選擇

單相旋轉(zhuǎn)編碼器僅使用在單方向旋轉(zhuǎn)的場(chǎng)合，其特點(diǎn)是價(jià)格低廉，脈沖接受技術(shù)簡(jiǎn)單，精度較高。正交AB相旋轉(zhuǎn)編碼器主要用于正反向計(jì)數(shù)、判斷正反向和測(cè)速，其特點(diǎn)是價(jià)格適中，線路簡(jiǎn)單，精度較高。絕對(duì)型旋轉(zhuǎn)編碼器體積重量較大，價(jià)格較貴，線路復(fù)雜，僅在特殊場(chǎng)合使用。

4.旋轉(zhuǎn)編碼器在自動(dòng)化生產(chǎn)線中的應(yīng)用

本文中所提到的是自動(dòng)化生產(chǎn)線中的傳送帶分揀單元如圖2。該單元的主要功能是對(duì)傳送帶上的工件進(jìn)行顏色、材質(zhì)等檢測(cè)，并將不同種類的工件推入相應(yīng)的通道中，其中工件在傳送帶上的定位就是通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器來(lái)完成的。本單元采用了正交AB相增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，NPN型集電極開路輸出，分辨率500線，工作電源DC12～24V。

圖2 傳送帶分揀單元示意圖

4.1 PLC與旋轉(zhuǎn)編碼器之間的連接

編碼器的輸入軸通過(guò)聯(lián)軸器與傳送帶的主動(dòng)軸相連，安裝時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選擇合適的防護(hù)裝置，盡量遠(yuǎn)離震源，并且選用與該旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)品匹配的安裝夾具和聯(lián)軸器。本單元采用的增量式旋轉(zhuǎn)編碼器一共有五條引線，其中三條為脈沖輸出線（A、B、Z相），另外兩條為電源線和COM線。如果傳送帶為單方向運(yùn)行，則連接的時(shí)候選擇A相或者B相與PLC的高速計(jì)數(shù)輸入端X0相連；需要正反向運(yùn)行時(shí)，可將A相與B相分別連接與高速計(jì)數(shù)端X0和X1。編碼器的電源線直接連接PLC所提供的直流24V，連接如圖3所示。

圖3 PLC與旋轉(zhuǎn)編碼器接線圖

4.2 脈沖計(jì)算及調(diào)試

工作在傳送帶上進(jìn)行定位需先計(jì)算出脈沖當(dāng)量即任意兩個(gè)脈沖之間傳送帶所運(yùn)行的距離。傳送帶主動(dòng)軸的直徑d為d=64mm，則減速電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一周，傳送帶上工件移動(dòng)距離L=π?d=3.14×64=200.96mm。故脈沖當(dāng)量μ為μ=L/500≈0.402mm。從而可以通過(guò)測(cè)量工作從下料口中心線至各個(gè)推桿中心點(diǎn)的距離，進(jìn)行計(jì)算出所需脈沖數(shù)。

應(yīng)該指出的是，上述脈沖當(dāng)量的計(jì)算只是理論上的。實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)存在的誤差因素較多且無(wú)法避免，如傳送帶的松緊度、各種距離的測(cè)量誤差等等，都會(huì)影響實(shí)際運(yùn)行效果。因此理論計(jì)算值只能作為估算值。脈沖當(dāng)量的誤差所引起的累積誤差會(huì)隨著工件在傳送帶上運(yùn)動(dòng)距離的增大而迅速增加，甚至嚴(yán)重影響分揀結(jié)果。因此在對(duì)分揀單元進(jìn)行安裝調(diào)試時(shí)，不僅要求測(cè)量計(jì)算精準(zhǔn)，還需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)脈沖測(cè)試。在計(jì)算的基礎(chǔ)上通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)PLC程序調(diào)試以確定精確值，調(diào)試程序如圖4所示。

圖4 調(diào)試程序

運(yùn)行PLC程序，并置于監(jiān)控狀態(tài)。在傳送帶進(jìn)料口中心處放下工件后，按啟動(dòng)按鈕啟動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)工件到達(dá)推桿中心點(diǎn)時(shí)，按下停止按鈕，并記錄計(jì)數(shù)器C251的值，經(jīng)多次調(diào)試以求得精確值。

5.小結(jié)

本文首先對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了簡(jiǎn)單的闡述，其次介紹了旋轉(zhuǎn)編碼器的結(jié)構(gòu)和原理，再次在對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器進(jìn)行選型方面提出自己的看法。論文的最后，利用PLC與旋轉(zhuǎn)編碼器為核心，設(shè)計(jì)了一個(gè)自動(dòng)化生產(chǎn)線的傳送帶工件分揀模塊，并編寫了PLC調(diào)試程序，既可以用于實(shí)際生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)也可以用于自動(dòng)化技術(shù)教學(xué)。

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