利用絕對值編碼器精確定位垂直螺旋卸車機起升機構的方法

楊平

摘 要：垂直螺旋卸車機是起升機構的傳動部分，主體結構是YP2系列電動機通過減速機連接卷筒，在卷筒上纏繞鋼絲繩，由鋼絲繩吊載垂直螺旋卸車機的垂直、喂料、集料機構做上升下降運動。利用絕對值編碼器輸出數字量代碼的唯一性特點，與PLC配合使用對垂直螺旋卸車機起升機構定位控制，避免了因斷電導致的位置丟失。

關鍵詞：格雷碼 二進制碼 最大分辨率 數據類型 操作數

中圖分類號：TN762 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）03（c）-0070-02

1 編碼器分類

編碼器分為增量型和絕對值型。

1.1 增量型編碼器

增量型編碼器，輸出的是脈沖，通常是非常規律的正弦波或方波，波的周期取決于編碼器精度，AB脈沖相差90°。根據收到的脈沖數，可知編碼器旋轉了多少，從而確定位移或速度；根據接收到的A超前B或者A落后B，即可確定旋轉方向。零脈沖每旋轉一圈輸出一個脈沖，提供了一個基準點。

1.2 絕對值型編碼器

絕對值編碼器輸出的不是脈沖，而是碼值，是一串二進制數（或格雷碼等），比如：單圈9位絕對值編碼器，輸出的是一串9位的二進制數，編碼器旋轉一圈，會有2的9次方個不同的數，超出一圈會出現碼值重復，所以說測量范圍是360°。單圈絕對值編碼器如圖1所示。

單圈絕對值編碼器的轉動不得超過360°，所以，在安裝過程中要保證其轉動不得超過一周，因此，需要通過增加齒輪變速器來實現，保證垂直螺旋卸車機起升機構直線位移對應編碼器轉動一周，這樣編碼器獲取唯一的編碼，得到精準的測量值。

2 定位控制原理

基于以上對絕對值編碼器的了解，我們采用單圈絕對值編碼器，將編碼器安裝于起升減速機構末端?；居布M成為：西門子S7-200 224 PLC，宜科EAC58A系列單圈絕對型編碼器，匯川CS700系列變頻器。

2.1 S7-200 PLC與絕對型編碼器接線

S7-200 PLC的輸入端子接口與絕對型編碼器并行輸出相連，有多少位就有多少位接點，使用12位輸出的單圈絕對型編碼器，由于S7-200 PLC的輸入端是高電平有效，所以編碼器選擇PNP集電極開路輸出，需要占用CPU224的12位輸入點。絕對型編碼器的12位信號輸出線Bit0—Bit11依次接入CPU224的I0.0—I0.7，I1.0—I1.3（如圖1）。

2.2 格雷碼碼值處理

編碼器輸出給PLC模塊的是格雷碼，需要通過程序指令轉換成二進制。用WXOR_W指令，最高位直接輸出，再利用WXOR_W指令將第二個高位跟最高位的運算結果進行邏輯運算，再利用WXOR_W指令將第三個高位跟第二個高位運算結果進行邏輯運算，直到最低位[2]。

格雷碼轉換成二進制碼（解碼）：從左邊第二位起，將之后的每位與左邊一位解碼后的值進行異或，得到的值作為該位解碼后的值（最左邊一位不變寫入結果）。例如：1011，要將它變為自然二進制：

0與第四位1進行異或結果為1。

上面結果1與第三位0異或結果為1。

上面結果1與第二位1異或結果為0。

上面結果0與第一位1異或結果為1。

因此，最終結果為：1101，這就是二進制碼即十進制13，如表1所示。

2.3 碼值和距離的線性關系

通過GRAY_BIN_W指令格雷碼轉換成標準的二進制的碼值，數據以十進制表示后就是編碼器到達的位置對應的位置值。使用標準量具測量一下垂直螺旋卸車機的起升機構井架實際移動的位置，讓起升機構起升或下降一定高度后，通過碼值的變化多少就能算出位移對應線性關系。比如：格雷碼轉換后的碼值為101000011，對應放到一個字中MW0，那么MW0的值為323（十進制）。我們把得到的這個十進制232值作為初始值。如果起升機構運行了100 cm的距離后編碼器的值為723，我們就能計算出初始值了。100cm/（723-323）=0.25 cm，即編碼器的每個脈沖變化對應的起升機構運行距離為0.25cm。因此，通過讀取當前絕對值編碼器碼值就能算出實際對應的起升機構運行距離了。

3 起升機構變頻器輸出頻率控制

當確定了實際對應運行距離，將此距離與變頻器的頻率做出線性對應關系。頻率控制命令由PLC的模擬量輸出給定。此關系要求起升機構實現緩慢啟動后加速到最高速度，之后再降速直到緩慢停止。因此電機要經過加速、恒速、減速3個階段。比如：從0～1 000 mm，對應變頻器的輸出頻率為2～29 Hz；1 001～4 000 mm，對應變頻器的輸出頻率為30 Hz；4 001～5 000 mm，對應變頻器的輸出頻率為30-0 Hz；這里的2 Hz是變頻器的啟動頻率，30 Hz是變頻器的最高運行頻率。

4 結語

綜合以上內容，已經詳細介紹了絕對值編碼器與PLC并口連接的方式，格雷碼如何轉換成二進制碼，以及對變頻器的頻率控制命令，經上述方法能夠實現垂直螺旋卸車機的起升機構通過實際位置的變化對應速度的變化，提高了垂直螺旋卸車機的卸車效率。

參考文獻

[1] 高虹.電氣自動化技術在機械設備中的應用[J].科技創新與應用，2014（6）：58-59.

[2] 張東寧，楊嘯，倪建成.格雷碼式旋轉編碼器在位移檢測中的應用[J].組合機車與自動化加工技術，1999（3）：36-37.

[3] 西門子，S7-200系列可編程控制器系統手冊[Z].