【文章內(nèi)容簡介】 手指觸摸 ” 而八仙過海各顯神通的。 PLC，運用其高速計數(shù)器記錄旋轉編碼器輸入的脈沖數(shù)，再通過 PLC的其它指令計算出焦車行走的距離，由此判斷出焦車所在爐室；又與光電開關組成校正系統(tǒng)，通過焦車經(jīng)過爐室，光電開關遇到定位遮光片輸入到 PLC 的脈沖，使 PLC 程序進入中斷程序，從而進行對焦車進行位置校正。 目前生產(chǎn) PLC 的廠家較多。但能配套生產(chǎn)，大、中、小、微型均能生產(chǎn)的不算太多。較有影響的，在中國市場占有較大份額的公司有： 德國西門子公司 ：有 SS系列的產(chǎn)品。有 SS－ 95U、 100U、 115U、 135U及 155U。 135U、 155U為大型機，控制點數(shù)可達 6000 多點，模擬量可達 300 多路。最近還推出 S7 系列機，有 S7200（小型）、 S7300（中型）及 S7400 機（大型）。性能比 S5 大有提高。 河北聯(lián)合大學電氣工程學院 8 日本 OMRON 公司：它有 CPM1A 型機， P 型機， H 型機， CQM CVM、 CV 型機， Ha 型、 F 型機等，大、中、小、微均有，特別在中、小、微方面更具特長，在中國及世界市場，都占有相當?shù)姆蓊~。 美國 GE 公司、日本 FANAC 合資的 GE－ FANAC 的 90－ 70 機也是很吸引人的。據(jù)介紹。它具有 25 個特點。諸如，用軟設定代硬設定，結構化編程，多種編程語言，等等。它有 91 781／ 78 771／ 77 731／ 732 等多種型號。另外，還有中型機 90－ 30 系列，其型號有 34 3332 321 多種；還有 90－ 20 系列小型機，型號為 211。 美國莫迪康公司 (施奈德 )的 984 機也是很有名的。其中 E984－ 785 可安 31 個遠程站點，總控制規(guī)模可達 63535 點。小的為緊湊型的，如 984120，控制點數(shù)為 256 點，在最大與最小之間，共 20 多個型號。 美國 AB（ Alien－ Bradley）公司創(chuàng)建于 1903 年，在世界各地有 20 多個附屬機構， 10 多個生產(chǎn)基地?？删幊炭刂破饕彩撬闹匾a(chǎn)品。它的 PLC－ 5 系列是很有名的，其下有 PLC－5/10， PLC－ 5/11， ??PLC － 5/250 多種型號。另外，它也有微型 PLC， SLC－ 500 即為其中一種。有三種配置， 30 及 40 I/O 配置選擇， I/O 點數(shù)分別為 12/ 18/12 及 24/16 三種。 日本三菱公司的 PLC 也是較早推到我國來的。其小型機 FI 前期在國內(nèi)用得很多，后又推出 FXZ 機，性能有很大提高。它的中、大型機為 A系列。 AIS、 AZC、 A3A等。 日本日立公司也生產(chǎn) PLC，其 E系列為箱體式的?；鞠潴w有 E E2 E－ E－ 64。其 I/O 點數(shù)分別為 12/ 16/1 24/16 及 40/24。另外，還有擴展箱體，規(guī)格與主箱體相同其 EM 系列為模塊式的，可在 16～ 160 之間組合。 日本東芝公司也生產(chǎn) PLC，其 EX小型機及 EX－ PLUS 小型機在國內(nèi)也用得很多。它的編程語言是梯形圖 ，其專用的編程器用梯形圖語言編程。另外，還有 EX100 系列模塊式 PLC，點數(shù)較多，也是用梯形圖語言編程。 日本松下公司也生產(chǎn) PLC。 FPI 系列為小型機，結構也是箱體式的，尺寸緊湊。 FP3 為模塊式的，控制規(guī)模也較大，工作速度也很快，執(zhí)行基本指令僅 0178。l 微秒。 日本富士公司也有 PLC。其 NB 系列為箱體式的，小型機。 NS系列為模塊式。 美國 IPM 公司的 IP1612 系列機，由于自帶模擬量控制功能，自帶通訊口，集成度又非常之高，雖點數(shù)不多，僅 16 入， 12 出，但性價比還是高的，很適合于系統(tǒng)不大，但又有模擬量需控制的場合 。新出的 lP3416 機， I/O 點數(shù)擴大到 34 入、 12 出，而且還自帶一個簡易小編程器，性能又有改進。 國內(nèi) PLC廠家規(guī)模多不大。最有影響的算是無錫的華光。、它也生產(chǎn)多種型號與規(guī)格的 PLC，如 SU、 SG等，發(fā)展也很快，在價格上很有優(yōu)勢。相信會在世界 PLC 之林中一定有其位置的。 按應用規(guī)模分類： 超小型 PLC，小型 PLC，中型 PLC，大型 PLC， 超大型 PLC。 本次設計中 只需要用小型的 PLC 就能夠滿足使用需求，因此選用 西門子 S7200，主要是相比較其他品牌 的 PLC，對其比較熟悉。 第 3 章硬件電路設計 9 第 3 章 硬件電路設計 爐號識別子系統(tǒng) 增量式旋轉編碼器簡介 所謂編碼器即是將某種物理量轉換為數(shù)字格式的裝置。運動控制系統(tǒng)中的編碼器的作用是將位置和角度等參數(shù)轉換為數(shù)字量?？刹捎秒娊佑|、磁效應、電容效應和光電轉換等機理，形成各種類型的編碼器。運動控制系統(tǒng)中最常見的編碼器是光電編碼器。 光電 編碼器如以信號原理來分，有增量 式 編碼器，絕對 式 編碼器 ； 根據(jù)其用途的不同 又可分為旋轉光電編碼器和直線光電編碼器，分別用于測量旋轉角度和直線尺寸 。 本次設計使用增量式 旋轉光電 編碼器。 光電編碼器的關鍵部件是光電編碼裝置，在旋轉光電編碼器中是圓形的碼盤 (codewheel或 codedisk)，而在直線光電編碼器中則是直尺形的碼尺 (codestrip)。碼盤和碼尺根據(jù)用途和成本的需要，可由金屬、玻璃和聚合物等材料制作，其原理都是在運動過程中產(chǎn)生代表運動位置的數(shù)字化的光學信號。增量編碼器的碼盤 如下圖所示。 圖 31 增量編碼器的碼盤 在現(xiàn)代高分辨率碼盤上，透光和遮光部分都是很細的窄縫和線條 ，因此也被稱為圓光柵。相鄰的窄縫之間的夾角稱為柵距角，透光窄縫和遮光部分大約各占柵距角的 1/2。碼盤的分辨率以每轉計數(shù) (CPRcounts per revolution)表示，亦即碼盤旋轉一周在光電檢測部分可產(chǎn)生的脈沖數(shù)。在碼盤上，往往還另外安排一個（或一組）特殊的窄縫，用于產(chǎn)生定位 (index)或河北聯(lián)合大學電氣工程學院 10 零位 (zero)信號。測量裝置或運動控制系統(tǒng)可利用這個信號產(chǎn)生回零或復位操作。 圖 32 增量碼盤與擋板 增量編碼器是以脈沖形式輸出的傳感器，其碼盤比絕對編碼器碼盤要簡單得多且分辨率更高 。一般只需要三條碼道，這里的碼道實際上已不具有絕對編碼器碼道的意義，而是產(chǎn)生計數(shù)脈沖。它的碼盤的外道和中間道有數(shù)目相同均勻分布的透光和不透光的扇形區(qū)（光柵），但是兩道扇區(qū)相互錯開半個區(qū)。當碼盤轉動時，它的輸出信號是相位差為 90176。 的 A 相和 B 相脈沖信號以及只有一條透光狹縫的第三碼道所產(chǎn)生的脈沖信號（它作為碼盤的基準位置，給計數(shù) 系統(tǒng)提供一個初始的零位信號）。從 A， B兩個輸出信號的相位關系（超前或滯后）可判斷旋轉的方向。由圖 （ a）可見，當碼盤正轉時， A 道脈沖波形比 B 道超前 π/ 2，而反轉時 ， A道脈沖比 B 道滯 后 π/ 2。圖 （ b）是一實際電路，用 A 道整形波的下沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài) 產(chǎn)生的正脈沖與 B 道整形波相 ‘ 與 ’ ，當碼盤正轉時只有正向口脈沖輸出，反之，只有逆向口脈沖輸出。因此，增量編碼器是根據(jù)輸出脈沖源和脈沖計數(shù)來確定碼盤 的轉動方向和相對角位移量。通常，若編碼器有 N 個（碼道）輸出信號，其相位差為 π/ N ，可計數(shù)脈沖為 2N 倍光柵數(shù)，現(xiàn)在 N=2。圖 電路的缺點是有時會產(chǎn)生誤記脈沖造成誤差， 這種情況出現(xiàn)在當某一道信號處于 “ 高 ” 或 “ 低 ” 電平狀態(tài)，而另一道信號正處于 “ 高 ” 和 “ 低 ” 之間的往返變化狀態(tài)，此時碼盤雖然未產(chǎn)生 位移，但是會產(chǎn)生單方向的輸出脈沖。 第 3 章硬件電路設計 11 圖 33 增量光電編碼器基本波形和電路 圖 34 四倍計數(shù)方式的波形和電路 河北聯(lián)合大學電氣工程學院 12 圖 是一個既能防止誤脈沖又能提高分辨率的四倍頻細分電路。在這里，采用了有記憶功能 的 D型觸發(fā)器和時鐘發(fā)生電路。由圖 可見，每一道有兩個 D觸發(fā)器串接，這樣，在時鐘脈 沖的間隔中，兩個 Q端（如對應 B道的 74LS175 的第 7 引腳）保持前兩個時鐘期的輸入 狀態(tài)，若兩者相同，則表示時鐘間隔中無變化；否則，可以根據(jù)兩者關系判斷出它的變化方 向，從而產(chǎn)生 ‘ 正向 ’ 或 ‘ 反向 ’ 輸出脈沖。當某道由于振動在 ‘ 高 ’ 、 ‘ 低 ’ 間往復變化 時，將交替產(chǎn)生 ‘ 正向 ’ 和 ‘ 反向 ’ 脈沖，這在對兩個計數(shù)器取代數(shù)和時就可消除它們的影 響（下面儀器的讀數(shù)也將涉及這點）。由此可見，時鐘發(fā)生器的頻率應大于振動頻率的可能 最大值。由圖 還可看出，在原一個脈沖信號的周期內(nèi)，得到了四個計數(shù)脈沖。 增量式光電編碼器的特點是每產(chǎn)生一個輸出脈沖信號就對應于一個增量位移，但是不能通過輸出脈沖區(qū)別出在哪個位置上的增量。它能夠產(chǎn)生與位移增量等值的脈沖信號，其作用是提供一種對連續(xù)位移量離散化或增量化以及位移變化（速度）的傳感方法，它是相對于某個基準點的相對位置增量，不能夠直接檢測出軸的絕對位置信息。一般來說，增量式光電編碼器輸出A、 B 兩相互差 90176。 電度角的脈沖信號（即所謂的兩組正交輸出信號），從而可方便地判斷出旋轉方向。同時還有用作參考零位的 Z 相標志（指示）脈沖信號，碼盤每旋轉一周，只發(fā)出一個標志信號。標志脈 沖通常用來指示機械位置或對積累量清零。 優(yōu)點是原理構造簡單，機械平均壽命可在幾萬小時以上，抗干擾能力強，可靠性高，適合于長距離傳輸。 基本技術規(guī)格 在增量式光電編碼器的使用過程中，對于其技術規(guī)格通常會提出不同的要求，其中最關鍵的就是它的分辨率、精度、輸出信號的穩(wěn)定性、響應頻率、信號輸出形式。 （ 1）分辨率 光電編碼器的分辨率是以編碼器軸轉動一周所產(chǎn)生的輸出信號基本周期數(shù)來表示的，即脈沖數(shù) /轉（ PPR）。碼盤上的透光縫隙的數(shù)目就等于編碼器的分辨率，碼盤上刻的縫隙越多，編碼器的分辨率就越高。在工業(yè)電氣傳動中，根據(jù)不同的應用對象，可選擇分辨率通常在500~6000PPR 的增量式光電編碼器，最高可以達到幾萬 PPR。交流伺服電機控制系統(tǒng)中通常選用分辨率為 2500PPR 的編碼器。此外對光電轉換信號進行邏輯處理，可以得到 2 倍頻或 4 倍頻的脈沖信號，從而進一步提高分辨率。 （ 2）精度 增量式光電編碼器的精 度與分辨率完全無關，這是兩個不同的概念。精度是一種度量在所選定的分辨率范圍內(nèi)，確定任一脈沖相對另一脈沖位置的能力。精度通常用角度、角分或角秒來表示。編碼器的精度與碼盤透光縫隙的加工質(zhì)量、碼盤的機械旋轉情況的制造精度因素有關，也與安裝技術有關。 （ 3）輸出信號的穩(wěn)定性 編碼器輸出信號的穩(wěn)定性是指在實際運行條件下，保持規(guī)定精度的能力。影響編碼器輸出信號穩(wěn)定性的主要因素是溫度對電子器件造成的漂移、外界加于編碼器的變形力以及光源特性第 3 章硬件電路設計 13 的變化。由于受到溫度和電源變化的影響，編碼器的電子電路不能保持規(guī)定的輸 出特性，在設計和使用中都要給予充分考慮。 （ 4）響應頻率 編碼器輸出的響應頻率取決于光電檢測器件、電子處理線路的響應速度。當編碼器高速旋轉時，如果其分辨率很高，那么編碼器輸出的信號頻率將會很高。如果光電檢測器件和電子線路元器件的工作速度與之不能相適應，就有可能使輸出波形嚴重畸變，甚至產(chǎn)生丟失脈沖的現(xiàn)象。這樣輸出信號就不能準確反映軸的位置信息。所以，每一種編碼器在其分辨率一定的情況下，它的最高轉速也是一定的，即它的響應頻率是受限制的。編碼器的最大響應頻率、分辨率和最高轉速之間的關系如 下 公式所示 。 （ 5）信號輸出形式 在大多數(shù)情況下，直接從編碼器的光電檢測器件獲取的信號電平較低，波形也不規(guī)則，還不能適應于控制、信號處理和遠距離傳輸?shù)囊?。所以，在編碼器內(nèi)還必須將此信號放大、整形。經(jīng)過處理的輸出信號一般近似于正弦波或矩形波。由于矩形波輸出信號容易進行數(shù)字處理，所以這種輸出信號在定位控制中得到廣泛的應用。采用正弦波輸出信號時基本消除了定位停止時的振蕩現(xiàn)象，并且容易通過電子內(nèi)插方法，以較低的成本得到較高的分辨率。 3． 光電編碼器的應用 （ 1） 角度測量 汽車駕駛模擬器，對方向盤旋轉角度的測量選用光電編碼器作為傳感器。重力測量儀，采用光電編碼器，把他的轉軸與重力測量儀中補償旋鈕軸相連，扭轉角度儀，利用編碼器測量扭轉角度變化，如扭轉實驗機、漁竿扭轉釣性測試等。 擺錘沖擊實驗機，利用編碼器計算沖擊是擺角變化。 （ 2） 長度測量 計米器，利用滾輪周長來測量物體的長度和距離。 拉線位移傳感器，利用收卷輪周長計量物體長度距離。 聯(lián)軸直測，與驅動直線位移的動力裝置的主軸聯(lián)軸，通過輸出脈沖數(shù)計量。 介質(zhì)檢測，在直齒條、轉動鏈條的鏈輪、同步帶輪等來傳遞直線位移信息。 （ 3） 速 度測量 線速度，通過跟儀表連接，測量生產(chǎn)線的線速度 角速度，通過編碼器測量電機、轉軸等的速度測量 河北聯(lián)合大學電氣工程學院 14 （ 4） 位置測量 機床方面，記憶機床各個坐標點的坐標位置，如鉆床等 自動化控制方面，控制在牧歌位置進行指定動作。如電梯、提升機等 （ 5） 同步控制 通過角速度或線速度，對傳動環(huán)