光电旋转编码器在自动化生产线中的应用

【摘要】本文主要介绍了光电旋转编码器的工作原理及选型时应考虑的条件。在此基础上，设计了自动化生产线中传送带分拣模块，主要对传送带分拣模型进行了初步设计，利用PLC与旋转编码器对传送带上的工件进行准确定位，并详细说明了相关数据的计算及PLC调试程序的编写和使用。

【关键词】光电旋转编码器；可编程控制器；自动化生产线

1.引言

近年来，工业控制中的定位产品由以往的接近开关、行程开关等慢慢转变为旋转编码器。而随着科学技术的不断发展，光电旋转编码器也逐渐发展成为成熟的性能优良的工业化产品，其价格大幅度下降，主要用于工业控制中的定位、测速等。因此，选用旋转编码器的优点就更加明显了，如信息化、柔性化、方便现场安装等。如今旋转编码器广泛地被应用于各种工控场合，如自动化生产线、数控机床、汽车速度检测等。

2.旋转编码器的结构及工作原理

光电旋转编码器是一种把角位移或直线位移转换成电信号的检测装置，其结构如图1所示，主要由安装在输入轴上的编码圆盘和光电检测装置（光源与受光元件）组成。输入轴转动时，编码圆盘与其同步旋转，光电检测装置以透光区和不透光区用代码“0”或“1”表示其状态，通过二进制编码将采集的物理信息转换为电信号。

图1 旋转编码器结构图

3.旋转编码器的选型

本文中旋转编码器的选型主要根据如下三个参数：

3.1 分辨率

编码器的分辨率是指每旋转一周所提供的脉冲数，一般在每转5～10000个，根据设计使用精度进行选择。

3.2 电气匹配

编码器的信号输出形式有正弦波、方波、集电极开路等多种形式，应根据信号接收设备接口选择与其相适应的编码器。

3.3 单相、正交AB相、绝对型选择

单相旋转编码器仅使用在单方向旋转的场合，其特点是价格低廉，脉冲接受技术简单，精度较高。正交AB相旋转编码器主要用于正反向计数、判断正反向和测速，其特点是价格适中，线路简单，精度较高。绝对型旋转编码器体积重量较大，价格较贵，线路复杂，仅在特殊场合使用。

4.旋转编码器在自动化生产线中的应用

本文中所提到的是自动化生产线中的传送带分拣单元如图2。该单元的主要功能是对传送带上的工件进行颜色、材质等检测，并将不同种类的工件推入相应的通道中，其中工件在传送带上的定位就是通过旋转编码器来完成的。本单元采用了正交AB相增量式旋转编码器，NPN型集电极开路输出，分辨率500线，工作电源DC12～24V。

图2 传送带分拣单元示意图

4.1 PLC与旋转编码器之间的连接

编码器的输入轴通过联轴器与传送带的主动轴相连，安装时根据现场情况选择合适的防护装置，尽量远离震源，并且选用与该旋转编码器产品匹配的安装夹具和联轴器。本单元采用的增量式旋转编码器一共有五条引线，其中三条为脉冲输出线（A、B、Z相），另外两条为电源线和COM线。如果传送带为单方向运行，则连接的时候选择A相或者B相与PLC的高速计数输入端X0相连；需要正反向运行时，可将A相与B相分别连接与高速计数端X0和X1。编码器的电源线直接连接PLC所提供的直流24V，连接如图3所示。

图3 PLC与旋转编码器接线图

4.2 脉冲计算及调试

工作在传送带上进行定位需先计算出脉冲当量即任意两个脉冲之间传送带所运行的距离。传送带主动轴的直径d为d=64mm，则减速电机每旋转一周，传送带上工件移动距离L=π・d=3.14×64=200.96mm。故脉冲当量μ为μ=L/500≈0.402mm。从而可以通过测量工作从下料口中心线至各个推杆中心点的距离，进行计算出所需脉冲数。

应该指出的是，上述脉冲当量的计算只是理论上的。实际生产现场存在的误差因素较多且无法避免，如传送带的松紧度、各种距离的测量误差等等，都会影响实际运行效果。因此理论计算值只能作为估算值。脉冲当量的误差所引起的累积误差会随着工件在传送带上运动距离的增大而迅速增加，甚至严重影响分拣结果。因此在对分拣单元进行安装调试时，不仅要求测量计算精准，还需要进行现场脉冲测试。在计算的基础上通过现场PLC程序调试以确定精确值，调试程序如图4所示。

图4 调试程序

运行PLC程序，并置于监控状态。在传送带进料口中心处放下工件后，按启动按钮启动运行。当工件到达推杆中心点时，按下停止按钮，并记录计数器C251的值，经多次调试以求得精确值。

5.小结

本文首先对旋转编码器的应用现状进行了简单的阐述，其次介绍了旋转编码器的结构和原理，再次在对旋转编码器进行选型方面提出自己的看法。论文的最后，利用PLC与旋转编码器为核心，设计了一个自动化生产线的传送带工件分拣模块，并编写了PLC调试程序，既可以用于实际生产线的设计也可以用于自动化技术教学。

参考文献

[1]常春.光电编码器的研究和应用[J].仪表技术与传感器，2001（6）.

[2]吴启红.可编程序控制系统设计技术[M].机械工业出版社，2012：59-62.

[3]毕海.绝对式旋转编码器用于线位移测量的研究[J].传感器技术，1998（6）.