旋转编码器在装板机定位控制中的应用

摘 要： 在往返式传动控制系统中，很多时候会涉及到定位控制的问题。即要求在不同的定位点执行不同的动作，但是由于机械惯性的作用，常常会给系统带来定位点误差。本系统以装板机的机械传动为例，采用OMRON CJ系列PLC作为控制器，通过变频器调节速度，利用旋转编码器和高速计数器进行定位控制，从而实现精确定位。

关键词： 旋转编码器；高速计数器；PLC；变频器

中图分类号：TM910 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0210120－02

0 引言

在人造板生产线中，早期的装板机定位控制都是采用接近开关，作为装板机传动过程中高、低速切换的信号来源。在调试的过程中，经常需要挪动接近开关的位置，以使装板机达到最佳的定位状态。特别是在生产的过程中，由于装板机前进和后退比较频繁，再加上装板机在传动的过程中机械振动，经常性的导致接近开关松动，从而使得装板机时常定位不佳。为了克服上述的不利因素，达到精确定位的目的，因此采用旋转编码器来控制装板机的定位。

1 装板机传动的控制要求

图1所示装板机的传动示意图。传动系统从原点启动，中速前进到800mm，开始高速前进，高速前进到2500mm，开始中速前进，中速前进到3000mm，开始低速前进，低速前进到终点3500mm停车。待装板机前进到位，停顿3秒，反向高速后退，高速后退到距原点1000mm，开始中速后退，中速后退到距原点700mm开始低速后退，到达原点停止。在原点和终点低速行驶时为了避免机械惯性带来的定点误差，做到原点和终点的精确定位停车。

2 装板机传动的控制系统硬件设计

2.1 系统对变频器的控制要求

变频器的正反转由小型继电器K1、K2执行，速度的切换由小型继电器K3、K4执行。变频器的故障报警输出触点（R1A、R1C）去停止整个系统的运行，并且有相应的报警指示输出。变频器具有多段速度设定功能，当K3吸合时为低速，当K4吸合时为中速，当K3、K4都吸合时为高速。

2.2 PLC硬件系统的构成

为了实现对装板机传动的精确定位，本系统采用OMRON CJ系列的PLC作为控制器，通过变频器进行速度调节，利用旋转编码器和高速计数器进行定位控制。

根据装板机传动的控制要求，本系统中开关量输入点8个，开关量输出点8个，具有读取脉冲输入功能的高速计数模块一个。本系统采用OMRON CJ1M CPU23作为控制器、CJ1W-CT021作为高速计数模块。此系统的I/O分配及配线如图2、3所示。

3 梯形图程序的设计

3.1 梯形图程序的说明

梯形图程序的设计包括主程序用于实时调用手动子程序（ZC_1）和自动子程序（ZC_2）。子程序ZC_1（实现手动控制）、ZC_2（实现自动控制）和中断处理程序INT_10、INT_11、INT_12程序（用于处理高速计数器计数当前值到达不同设定值的处理）。以下图4、5所示，高速计数器的设置以及部分程序为例，说明变频器对速度的控制和调节。

3.2 梯形图设计过程中要注意的问题

1）实现多点定位控制的关键点

第一点是设置高速计数器中断事件（计数器当前值大于等于计数器设定值），第二点就是定位控制需要测量定位点与原点的距离，然后将单位距离（mm）转换成脉冲量，通过旋转编码器和PLC高速计数器记录脉冲量。本系统中，旋转编码器的机械轴和电动机同轴。传动比=12，用于驱动设备的传动辊直径=80mm，旋转编码器每转脉冲数=600个/转。可以计算出每毫米距离的脉冲数为：每毫米距离的脉冲数=600÷（12×80×3.14）≈0.19904脉冲/mm定点位和设定值比较，最好采用高速计数器中断方式，而不能采用一般的比较指令。因为一般的比较指令无法捕捉高速变化的事件。所以必须通过CTBL指令将高速计数器中断事件号（计数器当前值大于等于计数器预置值）与中断处理程序连接，并执行工艺要求的继电器输出，处理变频器的运行速度。

2）在运行中，高速计数器的设定值写入必须禁止

由于多点定位需要多次比较中断，避免机械原因带来的误差。

3）多点定位的输出尽量采用立即刷新指令

采用高速计数器进行多点定位，主要是为了精确定位。定位精度决定于高速计数器的测量和执行机构的快速性。如果采用普通输出指令，在一个扫描周期的程序执行阶段，改变的仅仅是输出映像存储器，PLC的输出点不会立即刷新，只有在程序执行完毕后，PLC的输出映像存储器才能对输出点刷新，执行输出。为了增加定位精度，采用立即刷新输出指令。立即输出指令不受PLC扫描周期阶段的限制，在改变输出映像存储器的同时，PLC的输出点也立即改变。

4 结束语

往返式传动控制系统的多点定位是一个较难解决的问题，本系统采用PLC作为控制器，通过变频调速，利用旋转编码器和高速计数器进行定位控制，克服了传动控制系统中由于机械惯性的作用给系统带来的定点误差，从而实现了精确定位。采用此种方式，调试将更加方便、快捷。

参考文献：

[1]OMRON CJ1 可编程序控制器编程手册，2003.

[2]OMRON CJ1W-CT021 高速计数单元操作手册，2003.

[3]ATV 31H异步电机变频器编程手册.

[4]陈伯时，电力拖动自动控制系统，北京：机械工业出版社，2003.7.