【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 2B1B0，轉(zhuǎn)換時(shí)最高位作保留，即見(jiàn)式（21）： Bn1 = Gn1 （32） 其他各位轉(zhuǎn)換見(jiàn)式（22）： Bi1 = Gi1Bi （i=1,2，…，n1） （33）例如二進(jìn)制格雷碼轉(zhuǎn)換為自然二進(jìn)制碼按圖38所示方式轉(zhuǎn)換。圖38 二進(jìn)制格雷碼與自然二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換示例（3）絕對(duì)式編碼器的特殊用法顯然，使用8位二進(jìn)制格雷碼記錄電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的位置信號(hào)能夠測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速。但通過(guò)仔細(xì)觀察絕對(duì)式編碼器的輸出回路以及各信號(hào)線(xiàn)的信號(hào)輸出方式，不難發(fā)現(xiàn)各個(gè)信號(hào)線(xiàn)輸出端所輸出的信號(hào)恰為均勻的高低電平相互切換的輸出狀態(tài)，即“0101”均勻切換。如圖39所示。 圖39 絕對(duì)式編碼器輸出方式這也正是格雷碼的一個(gè)重要的特點(diǎn)，8位的格雷碼數(shù)據(jù)每向上計(jì)4個(gè)數(shù)，其最低位20位就交替改變一次，如由“010”,或由“101”改變一次。而21 位則是每計(jì)8個(gè)數(shù)，其狀態(tài)交替改變一次。以此類(lèi)推，22對(duì)應(yīng)“32”,24對(duì)應(yīng)“64”等等?？梢愿鶕?jù)這些特殊的信號(hào)輸出形式，將8根信號(hào)線(xiàn)看作是8個(gè)不同頻率的均勻的脈沖輸出端口。這種特殊的輸出形式與增量式編碼器的A、B相脈沖輸出形式如出一轍，只是分辨率稍低一些。絕對(duì)式編碼器在誤差允許的情況下可以當(dāng)作增量式編碼器來(lái)使用，也就避免了需要將格雷碼換為其他進(jìn)制數(shù)據(jù)的繁瑣過(guò)程，而且單接一根信號(hào)線(xiàn)就可以測(cè)出轉(zhuǎn)速信號(hào)，節(jié)省了PLC的輸入口資源。 硬件系統(tǒng)組建上述論文中對(duì)設(shè)計(jì)所用的各個(gè)硬件設(shè)備做了選型，以下將分別論述在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中需要完成的設(shè)備連接及通信設(shè)置以及控制任務(wù)的實(shí)現(xiàn)。 （1）電源模塊設(shè)計(jì)中共用到臺(tái)達(dá)DVPES系列 PLC一臺(tái)，需配以220V兩相交流電；ZD系列步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器一臺(tái)，配備40V交流電；VFDM變頻器一臺(tái)，配備三相380V交流電；旋轉(zhuǎn)編碼器兩個(gè)，均配置24V直流電。根據(jù)供電情況，由于PLC可以引出24V直流電，為了節(jié)約成本，所需的24V直流電可以由PLC直接引出。我們可以從實(shí)驗(yàn)室電源處引用220V交流電源與380V三相交流電源。 （2）三相異步電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)與旋轉(zhuǎn)編碼器的連接設(shè)計(jì)中使用一臺(tái)軸頸14mm異步電機(jī)，而編碼器軸頸為6mm，同時(shí)編碼器自帶具有緩沖功能的內(nèi)徑6mm的皮膠管。為實(shí)現(xiàn)電機(jī)與編碼器的對(duì)接需要一個(gè)聯(lián)軸器，其具體尺寸如圖310所示。圖310 聯(lián)軸器尺寸圖聯(lián)軸器一端插入編碼器自帶的皮膠管中，另一端套在異步電機(jī)的轉(zhuǎn)軸之上，兩端用不同大小的螺絲加以固定，步進(jìn)電機(jī)與編碼器的連接與之相同。這樣電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)通過(guò)聯(lián)軸器與旋轉(zhuǎn)編碼器同軸相連，編碼器的轉(zhuǎn)軸會(huì)以相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，并將此轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)化為一定頻率的脈沖信號(hào)輸出。 （3）PLC與旋轉(zhuǎn)編碼器、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的連接ES系列PLC的高速計(jì)數(shù)器，有3種計(jì)數(shù)模式，分別是1相1輸入，又稱(chēng)為脈沖/方向(Pulse/Direction)模式；1相2輸入，又稱(chēng)為正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)(FWD/REV)模式；2相2輸入，又稱(chēng)為AB相(ABphase)模式。三種計(jì)數(shù)模式及對(duì)應(yīng)計(jì)數(shù)器分配如表34所示。表34 PLC計(jì)數(shù)器模式分配表輸入X01相1輸入1相2輸入2相輸入C235U/DC236C237C238C241U/DC242C244U/DC246UC247UC249UC251AC251AC251AX1U/DRRDDDBBBX2U/DU/DRRRRX3U/DRSSS其中U、D分別代表遞增輸入和遞減輸入；A、B分別表示A相輸入和B 相輸入；S表示開(kāi)始輸入，R為清零輸入。設(shè)計(jì)使用的增量式旋轉(zhuǎn)編碼器為A、B、Z三線(xiàn)制輸出型編碼器，A、B、Z三相聯(lián)接，用于帶參考位修正的位置測(cè)量。A、A，B、B，Z、Z連接，由于帶有對(duì)稱(chēng)負(fù)信號(hào)的連接，電流對(duì)于電纜的電磁場(chǎng)為0，衰減最小，抗干擾最佳，可傳輸較遠(yuǎn)的距離?？梢圆捎肅251高速計(jì)數(shù)器，2相2輸入模式，將A、B兩相分別接入到臺(tái)達(dá)PLC的X0、X1輸入端，能同時(shí)獲得異步電機(jī)轉(zhuǎn)速的大小與方向。PLC和旋轉(zhuǎn)編碼器的連線(xiàn)方式如圖311所示。圖311 編碼器接線(xiàn)圖 PLC的X0、X1輸入端作為高速計(jì)數(shù)器的脈沖輸入端。在該種模式下，若電機(jī)正轉(zhuǎn)，則計(jì)得的脈沖個(gè)數(shù)為正數(shù)（16進(jìn)制有符號(hào)整型正數(shù)）；若電機(jī)反轉(zhuǎn)，則計(jì)得的脈沖個(gè)數(shù)為負(fù)數(shù)形式（16進(jìn)制有符號(hào)整型負(fù)數(shù)）。對(duì)于負(fù)責(zé)采集步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)的絕對(duì)式編碼器，可將其8根信號(hào)線(xiàn)完全接入PLC的輸入端。步進(jìn)電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一周白色線(xiàn)出現(xiàn)一次高電平，灰色出現(xiàn)2次高電平，依次3 4 5 6 7 8高電平。具體編程時(shí)，可以采用格雷碼數(shù)制計(jì)數(shù)原理，將采集到的格雷碼數(shù)制位置信號(hào)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)據(jù)再參與計(jì)算；也可以采用脈沖計(jì)數(shù)原理，當(dāng)做普通的增量式編碼器來(lái)使用。X6是程序上的輸入點(diǎn)，即控制C1的結(jié)點(diǎn)，絕對(duì)式編碼器的藍(lán)色線(xiàn)接到PLC的X6輸入端口來(lái)檢測(cè)步進(jìn)電機(jī)的速度。設(shè)計(jì)最終是要完成步進(jìn)電機(jī)對(duì)異步電機(jī)的速度跟蹤，由PLC輸出高速脈沖控制步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行。按照步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的接線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，CP+、CP轉(zhuǎn)速控制回路和CW+、CW方向控制回路需接入TTL電平脈沖信號(hào)：，；若脈沖控制信號(hào)的電壓高于5V，則需串入一定阻值的電阻后再接入電路。設(shè)計(jì)中PLC輸出脈沖高電平為24V，需串入3k的電阻。因?yàn)镻LC輸出的脈沖電壓太高，需要減壓，控制器才能接收到PLC輸出的脈沖。電壓太高，PLC輸出的信號(hào)驅(qū)動(dòng)器接收不到，必須按要求串聯(lián)電阻，驅(qū)動(dòng)器才能接收到PLC的信號(hào)。最終確定了PLC與步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的接線(xiàn)如圖312所示。圖312 PLC與步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接線(xiàn)圖4 PLC與變頻器的通信 變頻器的參數(shù)設(shè)置設(shè)計(jì)中需要實(shí)現(xiàn)臺(tái)達(dá)DVP40ES系列PLC與一臺(tái)臺(tái)達(dá)變頻器進(jìn)行通信，臺(tái)達(dá)DVP40ES系列PLC和VFDM系列變頻器均自帶有RS485通信端口，兩者之間采用RS485通訊協(xié)議。如圖41所示。臺(tái)達(dá)PLC臺(tái)達(dá)VFDM系列變頻器 RS485通訊圖41 臺(tái)達(dá)PLC與VFDM系列變頻器之間的通信臺(tái)達(dá)PLC可以向VFDM系列變頻器中寫(xiě)入控制信號(hào)（啟動(dòng)方式及啟動(dòng)頻率），并可以讀取變頻器中的當(dāng)前頻率值。若實(shí)現(xiàn)兩者之間的通信，需要對(duì)它們進(jìn)行通信設(shè)置。其中變頻器具體參數(shù)設(shè)定如表42所示。表42 變頻器參數(shù)設(shè)定NO.P00設(shè)定值03功能說(shuō)明主頻輸入由串行通訊控制：（RS485）P0103設(shè)置頻率由通訊控制，鍵盤(pán) STOP 有效P8801通訊地址1P8901通訊傳輸速度9600b/sP9201Modbus ASCII模型，資料格式（7，E,1）P00、P01兩參數(shù)的設(shè)置是要實(shí)現(xiàn)變頻器的控制方式及頻率設(shè)定方式，設(shè)定為RS485串行通信控制方式，由PLC實(shí)現(xiàn)控制。P88設(shè)定通信地址，該地址由變頻器的編號(hào)順序決定。因本設(shè)計(jì)中PLC只控制一臺(tái)變頻器，所以應(yīng)選擇“1”。 P8P92兩參數(shù)為傳輸速率及傳輸數(shù)據(jù)格式的設(shè)定，因臺(tái)達(dá)DVP40ES系列PLC的通信格式為：ASCII碼、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度7位、偶校驗(yàn)、停止位波特率9600 b/s，所以變頻器的通信格式設(shè)置需與其完全匹配。否則PLC無(wú)法與變頻器進(jìn)行通信，進(jìn)行有效數(shù)據(jù)傳輸。 程序連接，此軟件有仿真功能，可以對(duì)編寫(xiě)的程序進(jìn)行仿真來(lái)檢查程序的正確性。程序流程圖如圖42所示 開(kāi)始建立PLC和變頻器的通信設(shè)置變頻器的頻率啟動(dòng)高速計(jì)數(shù)器輸出高速脈沖存儲(chǔ)步進(jìn)電機(jī)的速度進(jìn)行速度轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換后的速度存儲(chǔ)異步電機(jī)的速度將異步電機(jī)的速度轉(zhuǎn)換為步進(jìn)電機(jī)的脈沖圖42 程序流程圖 在PLC的程序編寫(xiě)過(guò)程中，也需要對(duì)臺(tái)達(dá)PLC特殊繼電器區(qū)、特殊寄存器區(qū)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，如圖43所示。 圖43 通信格式設(shè)置 對(duì)PLC的RS485通訊口進(jìn)行初始化，使其通訊格式為 MODBUS ASCII，9600，7，E，1。與先前的變頻器 RS485通訊口通訊格式一致。PLC一開(kāi)始運(yùn)行，就進(jìn)行比較比較，若C0=0，就一直反復(fù)地對(duì)變頻器進(jìn)行通訊的讀寫(xiě)，如圖44所示。圖44 啟動(dòng)變頻器當(dāng) M0為On時(shí)，[ MODRD K1 H2102 K2 ]指令被執(zhí)行，PLC讀取變頻器的“主頻率”和“輸出頻率” 以ASCII碼字符形式存放在 D1073～D1076中，并自動(dòng)將其內(nèi)容轉(zhuǎn)化成16進(jìn)制數(shù)值儲(chǔ)存至D1050、D1051中。 當(dāng) M1為On時(shí)，[ MODWR K1 H2000 D26 ]指令被執(zhí)行，變頻器啟動(dòng)并按設(shè)定方向運(yùn)轉(zhuǎn)。 當(dāng) M2為On時(shí)，[ MODWR K1 H2001 D18 ]指令被執(zhí)行，將變頻器的主頻率設(shè)置為上位機(jī)傳送過(guò)來(lái)的設(shè)定頻率值。MODBUS 通訊只會(huì)出現(xiàn)4種情況，正常通訊完成對(duì)應(yīng)通訊標(biāo)志 M112通訊錯(cuò)誤對(duì)應(yīng)通訊標(biāo)志：M112M11M1141。所以，在程序中通過(guò)對(duì)這4個(gè)通訊標(biāo)志信號(hào)的 On/Off 狀態(tài)進(jìn)行計(jì)數(shù)，再利用C0的數(shù)值來(lái)控制3個(gè)MODBUS 指令的依次執(zhí)行，保證通訊的可靠性。 程序的最后兩行[ MOV D1050 D0 ] 是將變頻器的主頻率存儲(chǔ)在D0中，[ MOV D1051 D1 ]是把變頻器的輸出頻率存儲(chǔ)于D1中，如圖45所示。 圖45 調(diào)節(jié)變頻器的頻率程序 M1000表示當(dāng)PLC的開(kāi)關(guān)處于“on”狀態(tài)時(shí)M1000處于導(dǎo)通狀態(tài)，T0的時(shí)基是100ms然后設(shè)置K10，K代表十進(jìn)制，定時(shí)時(shí)間是100*10=1000ms=1s，同時(shí)使計(jì)數(shù)器C251的上限值為20000，即C251最多可以記20000個(gè)數(shù)。C251為高數(shù)計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)脈沖形式為兩相輸入。在WPLsoft中以上程序部分均為RS485設(shè)置，實(shí)現(xiàn)臺(tái)達(dá)PLC與臺(tái)達(dá)變頻的連接，實(shí)現(xiàn)的功能是利用PLC的三個(gè)寄存器分別控制異步電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)和設(shè)置變頻器的頻率。PLC的這三個(gè)寄存器的值通過(guò)力控的輸入實(shí)現(xiàn)，也就是力控的三個(gè)按鈕與這三個(gè)寄存器相連，通過(guò)力控的輸入，向PLC的這三個(gè)寄存器寫(xiě)數(shù)據(jù)。組態(tài)軟件和plc的連接實(shí)際上是組態(tài)可以讀取PLC內(nèi)部寄存器的值和可以改變PLC內(nèi)部寄存器的值。組態(tài)可以直接連到PLC的每個(gè)寄存器上，讀取寄存器的值及這個(gè)數(shù)值與界面上的模型圖相關(guān)，進(jìn)行動(dòng)畫(huà)設(shè)置，圖模型就可以按照寄存器內(nèi)值的變化進(jìn)行動(dòng)作。組態(tài)有模擬量輸入功能，用一個(gè)物體模型圖與PLC的某一個(gè)寄存器相連，通過(guò)模擬量輸入，輸入數(shù)值來(lái)改變此寄