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用PLC怎么實(shí)現(xiàn)編碼器的定位功能
來源: | 作者:中海德 | 發(fā)布時(shí)間: 2023-09-11 | 1363 次瀏覽 | 分享到:

   嚴(yán)格來講,編碼器只會(huì)告訴你改如何定位,要如何執(zhí)行,是需要靠PLC之類控制器或者步進(jìn)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)定位的,編碼器好比人的眼睛,知道電機(jī)軸或者負(fù)載處于當(dāng)前某個(gè)位置,工業(yè)上用的一般是光電類型編碼器,下邊簡(jiǎn)單說明一下。

簡(jiǎn)單說下編碼原理和位置測(cè)量

    光電編碼器是在一個(gè)很薄很輕的圓盤子上,通過緊密儀器來腐蝕雕刻了很多條細(xì)小的縫,相當(dāng)于把一個(gè)360度,細(xì)分成很多等分,比如成1024組,這樣每組之間的角度差是360/1024度=0.3515625度。

    然后有個(gè)精密的發(fā)光源,安裝在碼盤的一面,碼盤的另外一面,會(huì)有個(gè)接收器之類的,使用了光敏電阻這些元件加放大和整形電路組成,這樣碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)候,有縫隙的地方會(huì)透光過去。

    接收器會(huì)瞬間收到光脈沖,經(jīng)過電路處理后,輸出一個(gè)電脈沖信號(hào),這樣碼盤旋轉(zhuǎn)了一周,會(huì)對(duì)應(yīng)輸出1024個(gè)脈沖,第一個(gè)脈沖位置如果是0,第二個(gè)脈沖位置就是0.3515625°,第三個(gè)脈沖位置是0.3515625°*2。

    以此類推,這樣只要有儀器能讀到脈沖個(gè)數(shù),就可以知道碼盤對(duì)應(yīng)在什么位置了,如果把編碼器安裝到電機(jī)的軸上,電機(jī)軸和碼盤是剛性連接,兩者的位置關(guān)系會(huì)一一對(duì)應(yīng),通過讀編碼器脈沖,就可以知道電機(jī)的軸位置。

    而電機(jī)軸,比如會(huì)通過同步帶,齒輪,鏈條等帶動(dòng)一些負(fù)載,比如控制絲桿,這樣會(huì)有個(gè)所謂電子齒輪比的關(guān)系,電機(jī)轉(zhuǎn)一圈,絲桿會(huì)前進(jìn)多少毫米,這樣讀到了對(duì)應(yīng)編碼器上輸出多少給脈沖,通過脈沖數(shù)就可以反推出當(dāng)前絲桿的位置。

    但是編碼器是圓的,如果無限制旋轉(zhuǎn)下去,角度會(huì)無窮大,所以設(shè)計(jì)了一種增量型的編碼器,轉(zhuǎn)一圈,會(huì)輸出三組信號(hào)ABZ,其中AB是一樣的脈沖。

    比如上邊說的一圈有1024個(gè)脈沖,AB相脈沖對(duì)應(yīng)一圈內(nèi)的圓周角度,而且兩種脈沖是處于正交狀態(tài)的,如果是正反轉(zhuǎn),通過判斷AB相脈沖的上升沿和下降沿的先后順序,就可以知道編碼器當(dāng)前是順時(shí)針還是逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的,

    另外有個(gè)Z相脈沖,是因?yàn)閳A周雖然會(huì)不停轉(zhuǎn)下去,角度會(huì)無窮無盡,但是都是一周一周的重復(fù)而已,零相脈沖固定在圓周某個(gè)位置,編碼器每轉(zhuǎn)一圈,只輸出一個(gè)零相脈沖。

    這樣如果以Z相脈沖為基準(zhǔn)點(diǎn),這樣每次讀到這個(gè)脈沖時(shí)候,系統(tǒng)就清零一次,就可以讓角度最大值控制在360°以內(nèi),相當(dāng)于一個(gè)零基準(zhǔn)點(diǎn)了。

    這樣即使系統(tǒng)斷掉了,重新上電,只要能找到這個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn),就可以知道絲桿的初始位置在什么地方了。

    以上這種定位叫增量坐標(biāo)系,所以編碼器就是增量型編碼器,應(yīng)用比較廣泛,因?yàn)殪`活而且價(jià)格便宜。如果只設(shè)備只需要轉(zhuǎn)一圈的,也就是角度在360°內(nèi)的,編碼器可以細(xì)分精密一點(diǎn),比如有13位,相當(dāng)于2^13次方個(gè)脈沖一圈,對(duì)應(yīng)著360°,這種脈沖數(shù)和角度一一對(duì)應(yīng),不怕系統(tǒng)斷電需要重新調(diào)整零位,這種編碼器叫單圈絕對(duì)值編碼器。

    如果負(fù)載需要轉(zhuǎn)多圈的,但是這個(gè)圈數(shù)也不能非常多,比如5圈,相當(dāng)于5*360°=1800°,這樣脈沖和1800°一一對(duì)應(yīng),這些在一些高檔的數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用比較多,可以知道絲桿或者一些旋轉(zhuǎn)工作的當(dāng)前精密位置,而且不用擔(dān)心系統(tǒng)斷電歸零問題。

    此外,編碼器還有磁電方式的,比如在碼盤上加工了很多個(gè)南北間隔的小磁鐵,通過霍爾去讀小磁鐵信號(hào),輸出信號(hào),同樣經(jīng)過放大和整形變成了電脈沖,這點(diǎn)和光電編碼器是類似的,而且價(jià)格會(huì)便宜點(diǎn),可靠性會(huì)高,但是精度就比光電要差點(diǎn)。

PLC如何通過編碼器判斷位置

    PLC能輸入開關(guān)量,也就是一高一低的電平電壓,而編碼器脈沖信號(hào),可以理解一定時(shí)間內(nèi),用極快的速度完成的一組開關(guān)量。

    但是因?yàn)檫@種開關(guān)量的頻率太高了,所以PLC的普通I/O口是無法準(zhǔn)確讀到這些脈沖的個(gè)數(shù)的,因?yàn)镻LC工作過程中存在掃描周期,需要每個(gè)一段時(shí)間才去刷新一下普通I/O口的數(shù)據(jù),而編碼器的精度太高了,單位時(shí)間內(nèi)輸出的脈沖個(gè)數(shù)太多,普通I/O是無法勝任的。

    一般PLC會(huì)設(shè)計(jì)有高速計(jì)數(shù)端口,本質(zhì)是利用了底層單片機(jī)的硬件邏輯來完成這些編碼器計(jì)數(shù)的,避開了掃描周期問題,PLC都設(shè)計(jì)有專門的高速計(jì)數(shù)指令,使用的時(shí)候,直接調(diào)用這些指令就可以讀到當(dāng)前的脈沖值了。

    但是脈沖的計(jì)算和輸出上,由于掃描周期存在,往往也會(huì)存在著滯后影響,如果用來控制一些執(zhí)行機(jī)構(gòu),比如氣缸來動(dòng)作裁切動(dòng)作,這樣要考慮提前量的補(bǔ)償問題。

    提醒一下,如果想用PLC來控制伺服或者步進(jìn)系統(tǒng),往往并不需要通過編碼器反饋來判斷位置,通過一些PLS指令之類的來發(fā)出位置脈沖給伺服驅(qū)動(dòng)器,位置環(huán)在伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部構(gòu)成就好。

    而PLC這邊只是一個(gè)指令機(jī)構(gòu),并沒有構(gòu)成位置閉環(huán),當(dāng)然如果是專門定位模塊控制,使用了NC之類的控制方式,是可以在里邊構(gòu)建位置閉環(huán)的。


來源:網(wǎng)絡(luò)

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