【文章內容簡介】 2B1B0，轉換時最高位作保留，即見式（21）： Bn1 = Gn1 （32） 其他各位轉換見式（22）： Bi1 = Gi1Bi （i=1,2，…，n1） （33）例如二進制格雷碼轉換為自然二進制碼按圖38所示方式轉換。圖38 二進制格雷碼與自然二進制碼轉換示例（3）絕對式編碼器的特殊用法顯然，使用8位二進制格雷碼記錄電機運轉的位置信號能夠測量電機的轉速。但通過仔細觀察絕對式編碼器的輸出回路以及各信號線的信號輸出方式，不難發(fā)現各個信號線輸出端所輸出的信號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 絕對式編碼器輸出方式這也正是格雷碼的一個重要的特點，8位的格雷碼數據每向上計4個數，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8個數，其狀態(tài)交替改變一次。以此類推，22對應“32”,24對應“64”等等?？梢愿鶕@些特殊的信號輸出形式，將8根信號線看作是8個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。絕對式編碼器在誤差允許的情況下可以當作增量式編碼器來使用，也就避免了需要將格雷碼換為其他進制數據的繁瑣過程，而且單接一根信號線就可以測出轉速信號，節(jié)省了PLC的輸入口資源。 硬件系統(tǒng)組建上述論文中對設計所用的各個硬件設備做了選型，以下將分別論述在整個設計過程中需要完成的設備連接及通信設置以及控制任務的實現。 （1）電源模塊設計中共用到臺達DVPES系列 PLC一臺，需配以220V兩相交流電；ZD系列步進驅動器一臺，配備40V交流電；VFDM變頻器一臺，配備三相380V交流電；旋轉編碼器兩個，均配置24V直流電。根據供電情況，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。我們可以從實驗室電源處引用220V交流電源與380V三相交流電源。 （2）三相異步電機、步進電機與旋轉編碼器的連接設計中使用一臺軸頸14mm異步電機，而編碼器軸頸為6mm，同時編碼器自帶具有緩沖功能的內徑6mm的皮膠管。為實現電機與編碼器的對接需要一個聯軸器，其具體尺寸如圖310所示。圖310 聯軸器尺寸圖聯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的轉軸之上，兩端用不同大小的螺絲加以固定，步進電機與編碼器的連接與之相同。這樣電機運轉時通過聯軸器與旋轉編碼器同軸相連，編碼器的轉軸會以相同的轉速旋轉，并將此轉速信號轉化為一定頻率的脈沖信號輸出。 （3）PLC與旋轉編碼器、步進驅動器的連接ES系列PLC的高速計數器，有3種計數模式，分別是1相1輸入，又稱為脈沖/方向(Pulse/Direction)模式；1相2輸入，又稱為正轉/反轉(FWD/REV)模式；2相2輸入，又稱為AB相(ABphase)模式。三種計數模式及對應計數器分配如表34所示。表34 PLC計數器模式分配表輸入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表示開始輸入，R為清零輸入。設計使用的增量式旋轉編碼器為A、B、Z三線制輸出型編碼器，A、B、Z三相聯接，用于帶參考位修正的位置測量。A、A，B、B，Z、Z連接，由于帶有對稱負信號的連接，電流對于電纜的電磁場為0，衰減最小，抗干擾最佳，可傳輸較遠的距離?？梢圆捎肅251高速計數器，2相2輸入模式，將A、B兩相分別接入到臺達PLC的X0、X1輸入端，能同時獲得異步電機轉速的大小與方向。PLC和旋轉編碼器的連線方式如圖311所示。圖311 編碼器接線圖 PLC的X0、X1輸入端作為高速計數器的脈沖輸入端。在該種模式下，若電機正轉，則計得的脈沖個數為正數（16進制有符號整型正數）；若電機反轉，則計得的脈沖個數為負數形式（16進制有符號整型負數）。對于負責采集步進電機轉速信號的絕對式編碼器，可將其8根信號線完全接入PLC的輸入端。步進電機每旋轉一周白色線出現一次高電平，灰色出現2次高電平，依次3 4 5 6 7 8高電平。具體編程時，可以采用格雷碼數制計數原理，將采集到的格雷碼數制位置信號轉換為二進制數據再參與計算；也可以采用脈沖計數原理，當做普通的增量式編碼器來使用。X6是程序上的輸入點，即控制C1的結點，絕對式編碼器的藍色線接到PLC的X6輸入端口來檢測步進電機的速度。設計最終是要完成步進電機對異步電機的速度跟蹤，由PLC輸出高速脈沖控制步進驅動器以驅動步進電機運行。按照步進驅動器的接線標準，CP+、CP轉速控制回路和CW+、CW方向控制回路需接入TTL電平脈沖信號：，；若脈沖控制信號的電壓高于5V，則需串入一定阻值的電阻后再接入電路。設計中PLC輸出脈沖高電平為24V，需串入3k的電阻。因為PLC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輸出的信號驅動器接收不到，必須按要求串聯電阻，驅動器才能接收到PLC的信號。最終確定了PLC與步進驅動器的接線如圖312所示。圖312 PLC與步進驅動器接線圖4 PLC與變頻器的通信 變頻器的參數設置設計中需要實現臺達DVP40ES系列PLC與一臺臺達變頻器進行通信，臺達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通訊協議。如圖41所示。臺達PLC臺達VFDM系列變頻器 RS485通訊圖41 臺達PLC與VFDM系列變頻器之間的通信臺達PLC可以向VFDM系列變頻器中寫入控制信號（啟動方式及啟動頻率），并可以讀取變頻器中的當前頻率值。若實現兩者之間的通信，需要對它們進行通信設置。其中變頻器具體參數設定如表42所示。表42 變頻器參數設定NO.P00設定值03功能說明主頻輸入由串行通訊控制：（RS485）P0103設置頻率由通訊控制，鍵盤 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、P01兩參數的設置是要實現變頻器的控制方式及頻率設定方式，設定為RS485串行通信控制方式，由PLC實現控制。P88設定通信地址，該地址由變頻器的編號順序決定。因本設計中PLC只控制一臺變頻器，所以應選擇“1”。 P8P92兩參數為傳輸速率及傳輸數據格式的設定，因臺達DVP40ES系列PLC的通信格式為：ASCII碼、數據長度7位、偶校驗、停止位波特率9600 b/s，所以變頻器的通信格式設置需與其完全匹配。否則PLC無法與變頻器進行通信，進行有效數據傳輸。 程序連接，此軟件有仿真功能，可以對編寫的程序進行仿真來檢查程序的正確性。程序流程圖如圖42所示 開始建立PLC和變頻器的通信設置變頻器的頻率啟動高速計數器輸出高速脈沖存儲步進電機的速度進行速度轉換存儲轉換后的速度存儲異步電機的速度將異步電機的速度轉換為步進電機的脈沖圖42 程序流程圖 在PLC的程序編寫過程中，也需要對臺達PLC特殊繼電器區(qū)、特殊寄存器區(qū)進行相應的設置，如圖43所示。 圖43 通信格式設置 對PLC的RS485通訊口進行初始化，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一開始運行，就進行比較比較，若C0=0，就一直反復地對變頻器進行通訊的讀寫，如圖44所示。圖44 啟動變頻器當 M0為On時，[ 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，并自動將其內容轉化成16進制數值儲存至D1050、D1051中。 當 M1為On時，[ MODWR K1 H2000 D26 ]指令被執(zhí)行，變頻器啟動并按設定方向運轉。 當 M2為On時，[ MODWR K1 H2001 D18 ]指令被執(zhí)行，將變頻器的主頻率設置為上位機傳送過來的設定頻率值。MODBUS 通訊只會出現4種情況，正常通訊完成對應通訊標志 M112通訊錯誤對應通訊標志：M112M11M1141。所以，在程序中通過對這4個通訊標志信號的 On/Off 狀態(tài)進行計數，再利用C0的數值來控制3個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在D0中，[ MOV D1051 D1 ]是把變頻器的輸出頻率存儲于D1中，如圖45所示。 圖45 調節(jié)變頻器的頻率程序 M1000表示當PLC的開關處于“on”狀態(tài)時M1000處于導通狀態(tài)，T0的時基是100ms然后設置K10，K代表十進制，定時時間是100*10=1000ms=1s，同時使計數器C251的上限值為20000，即C251最多可以記20000個數。C251為高數計數器，計數脈沖形式為兩相輸入。在WPLsoft中以上程序部分均為RS485設置，實現臺達PLC與臺達變頻的連接，實現的功能是利用PLC的三個寄存器分別控制異步電動機的正反轉和設置變頻器的頻率。PLC的這三個寄存器的值通過力控的輸入實現，也就是力控的三個按鈕與這三個寄存器相連，通過力控的輸入，向PLC的這三個寄存器寫數據。組態(tài)軟件和plc的連接實際上是組態(tài)可以讀取PLC內部寄存器的值和可以改變PLC內部寄存器的值。組態(tài)可以直接連到PLC的每個寄存器上，讀取寄存器的值及這個數值與界面上的模型圖相關，進行動畫設置，圖模型就可以按照寄存器內值的變化進行動作。組態(tài)有模擬量輸入功能，用一個物體模型圖與PLC的某一個寄存器相連，通過模擬量輸入，輸入數值來改變此寄