【正文】 (3) 對系統(tǒng)誤差的影響， 是脈沖編碼器每個脈沖對應推桿沿鋼管軸向走過的距離3L3L與高速計數模塊中的絕對計數值的積。=20mm，a=1“、2 、3 ，可計iZ ?算出不同規(guī)格鋼管的測量誤差如表 32。 z?應該指出，在實際使用中，鋼管外形幾何尺寸不是絕對精確的(尤其是直度誤差較大時)，為了保證不漏測，光電傳感器平面到被測鋼管管底的高度 Zi 不可能達到理想狀態(tài) =0，必須設置一個合理的值。?一最小直徑鋼管的底面到光電傳感器所在平面的高度(mm)。?一被測鋼管管徑(mm)。為了較為準確地應用上述結論，克服其不足，得2L出定量的數據，控制測長誤差，可以以檢測范圍內的最小直徑鋼管為基準，推導出任一直徑鋼管測長誤差算式:（式 ） 式中: △L2 由 L2 引起的被測鋼管的測量誤差 (mm)。②設計者近似認為，測量不同管徑鋼管，鋼管底面均處于同一高度。其中 是光電傳感器所在安裝平面到鋼管底面的高度。由于光電傳感2L器安裝誤差，被測鋼管端面和傳感器中心線之間存在一個偏差角 a(假設光電傳感器和接收管在同一個水平面內)，對于測量不同管徑 和 的鋼管( )就會帶來測量誤差:iD0i?0D并可以提出了兩條定性結論: △ 與 a 角成正比。所以要求系統(tǒng)工作一段時間后，必須重新測量 的值，再在軟件中進1行更新，以保證測長精度。在計算鋼管長度時這是一個定值，其誤差主要決定于滾輪工作行程的理論值與實際值之間的誤差、滾輪與第一對光電傳感器的安裝的位置精度。 誤差的分析 誤差理論分析 測長系統(tǒng)對精度要求高，因此有必要進行誤差分析，以便進一步控制和提高系統(tǒng)的精度。估算殼體的重量為m=2022kg校核計算如下：殼體最大壓力 p = N42DFQ???1962?QF螺栓工作載荷 =0， （式 [20]） 1192?zFQ32701?F剩余預緊力 N （見 節(jié) [20]）???F4907??F螺栓最大壓力 N （式 [20]）49039。由式 德聯接所能??p?傳遞的轉矩 T= =228000N M199416 N Mhld41??p??? 可見連接的擠壓強度足夠，取鍵的材料為 45 號鋼。由表 ?39。取鍵長l=50mm。由于是靜連接，選用普通平鍵，平頭。這樣也可以減小震動給編碼器帶來的影響，也可以有助齒輪于齒輪齒條的嚙合。則可得編碼器每個脈沖推桿前進的距離：L 1= = 式中 L 為齒條齒長，Z1 為齒條的齒數，Z313NZL?為與光電脈沖編碼器連接的齒輪的齒數，N1 為光電脈沖編碼器的線數，從而可得一個脈沖下齒條移動的距離。則因為無轉動載荷要求，只要能過與齒條進行正確的嚙合即可。 動力齒輪與齒條傳動計算齒條為 45 號鋼，調質處理，硬度 229HB286HB，平均取為 240HB齒輪 齒數 =28 模數 M=3 螺旋角 =01Z0?基本齒廓：壓力角 a= =1m c= 20?*ah = (GB/13562022)*f?齒輪變位系數 耐磨條件好 X，選取 取 X=齒寬 齒輪 =84mm1b 1b齒條 = 2齒條基準面到齒頂高距離 J J=40mm齒條長度 L L=840mm 主要幾何參數計算齒輪分度圓直徑 =mz =84mm1d 1d齒頂高 齒輪 =*()ahxm??ahm 齒條 = =4 2 2齒根高 齒輪 =*1()facx? 1f 齒條 =（ ） =52fh1m2fhm齒高 齒輪/齒條 h=9mmafh??齒輪到齒條中心線的距離 ??齒距 = ?齒條齒數 取整數 = ?? 2Z齒條切齒部分精確長度 L=(.)L 齒條齒厚測量計算齒條齒中線弦齒厚 s= mm ?齒條齒中線弦齒高 =m 4mmah量柱直徑 D= mm?齒條基面至量柱表面的測量距 M=J+(1/sina)??/(4tan)1m?? = 編碼器傳動齒輪的設計因批量較小，強度無較高的要求，則只需較高的傳動精度即可。接觸壽命系數 由圖 [20] NZ=許用接觸應力 = =632MPa （式 [20]）??H???H?minLNZS??H?驗算 = （式 [20]）??H?EZ?2KTbD =623MPa??H?計算結果表明，接觸疲勞強度較為合適，齒輪尺寸無需調整。3 部件設計及計算 推鋼機構的設計 動力傳動齒輪的設計 因批量較小，故齒輪用 40Cr,調質處理，硬度 241HB286HB,平均取 260HB。測試過程本質就是破壞性過程，設計人員選用白盒測試對自己程序進行測試，當程序測試完以后，就交給測試人員來進行黑盒測試。測試案例盡可能選擇能暴露程序錯誤的案例，不僅包括正常的輸入條件還要包括非正常的輸入條件。上位機監(jiān)控系統(tǒng)的軟件測試采取了以下措施： 設計人員在編寫完每個模塊后，馬上進行單元測試，例如先進行正常輸入條件的測試，通過以后，進行非正常輸入條件的測試。M 測長系統(tǒng)上位機監(jiān)控系統(tǒng)的測試也采用漸進性測試策略，主要目的是在失效發(fā)生后減少錯誤定位的難度，有利于發(fā)現和改正錯誤。系統(tǒng)在文檔管理、構造流程圖、輸入輸出過程、出錯處理、模塊接口以及模塊和變量的命名采用統(tǒng)一的編碼標準和注釋及風格，便于對程序的全面理解。另外，也可以利用 WINDOWS 2022 平臺進行安全設定。上位機監(jiān)控系統(tǒng)跟 PLC 通過 MPI 協議通訊，可靠性高。通過以上措施杜絕了由于誤改造成的經濟損失，盡量降低對操作人員水平的要求，多處采用提示的方法便于用戶使用。 （3） 靈活性好：由于使用了通用的 DDE（動態(tài)數據交換 Dynamic Data Exchange）、OLE（對象鏈接和嵌入 Object Linking and Emebedding）、API（應用程序接口 Application Program Interface）等技術，和其它商業(yè)軟件的接口有統(tǒng)一的外部接口方式，便于系統(tǒng)的二次開發(fā)。它所接受的數據精度決定于采樣信號和模數轉換模塊的精度以及處理數據的精度。PLC 輸入輸出模塊的地與 4V，5V 開關電源的地相接，保證系統(tǒng)具有一個相同的地，避免電位差的存在，抑制共模干擾。 控制系統(tǒng)接地線采用一點接地和串聯一點接地方式。三相異步電機的調速采用擺線針輪減速機進行減速，三相異步電動機在轉動時能夠有足夠的扭矩以提供推鋼機構的要求，而速度的要求我們必須采用具有很高減速比的減速機，只有這樣才滿足要求。推桿速度:142mm/s6)每對光電傳感器之間的距離: =450mm。③從“0”到“1” 的時間 :，從“l(fā)”到“0”的時間:。主要技術參數 :①輸入電源 DC 24V。主要技術參數：①可接受單相、兩相、 AB 相脈沖，雙向計數，32 位；②允許最高計數頻率： 500KHZ。主要技術參數：① 供電電源：～30V；② 輸出頻率：2022rpm；③ 上升 /下降時間：3us 以下（電纜長度小于 50cm 時）。主要技術參數：①最大檢測距離：7m；②最小可檢測的物體：Φ7mm；③供電電源： DC10V～30V；④最大反應時間：。 由前面測長系統(tǒng)的設計分析可知，高速計數模塊用來對脈沖編碼器輸出脈沖進行計數，由于編碼器的輸出頻率很高，所以對應的技術模塊也有要足夠的計數頻率。根據現場傳感器的個數、電機控制點數以及為系統(tǒng)預留 20％的輸入輸出點，選用 1 塊數字式輸入模塊：SM421 DI 32DC24V，1 塊數字式輸出模塊：SM422 DO 32DC24V。為保證電網饋點不中斷，采用在線式不間斷供電電源 UPS 供電，UPS 具有較強的干擾隔離性能，提高供電的安全可靠性。采用性能優(yōu)良的電源，抑制電網引入的干擾。系統(tǒng)的具體的設計如下： CPU 模塊是整個 PLC 系統(tǒng)的核心，執(zhí)行速度要快，抗干擾能力要高，并且能為工廠進一步實現網絡化提供接口，方便建立現場總線，因此選用了 CPU4122 模塊。在錯誤發(fā)生時，將會出現一個無碰撞的傳輸控制，即未受影響的熱備設備將在中斷處繼續(xù)執(zhí)行而不丟失任何信息。S7400 系列 PLC 既可作為標準 PLC 又可作為容錯型或安全型使用的 PLC。它具有以下幾個特點： (1)功能齊全的 CPU 以及種類齊全的模塊，能為其自動化任務找到最佳的解決方案； (2) 實現分布式系統(tǒng)和擴展通訊能力很方便，組成系統(tǒng)靈活自如；用戶友好性強，操作簡單，免風扇設計； (3) 可以利用 DP 或 FMS 協議，簡單的通過光纖電纜，連接到 Profibus 總線，或借助 ISO/TCP 或 TCP/IP 數據通信協議，接到工業(yè)以太網。參考上述 PLC 的特點和系統(tǒng)要完成的功能，測長 系統(tǒng)采用 SIMATIC S7400 PLC。 目前 PLC 在設計中采用了最新的微處理器裝置和電子線路，在許多惡劣環(huán)境（例如電噪聲、高溫和存在機械振動）的工業(yè)應用中能可靠、安全的工作。 （9）增加冗余容錯功能，提高可靠性。 （7）具有完善的監(jiān)控和診斷功能，內部工作狀態(tài)、通信狀態(tài)、I/O 點的狀態(tài)及異常狀態(tài)均有醒目的顯示，維修人員可以及時準確地發(fā)現和排除故障，大大縮短了維修時間。如西門子 S7400 系列 PLC 采用模塊化、無排風扇結構，可實現分布式的配置。 （4） 輸入輸出端口可以和工業(yè)現場的強電信號相接，如交流 220V，直流 24V，并可直接驅動功率部件（一般負載電流為 2A）。 （3）可在惡劣的工業(yè)環(huán)境下運行， 其設計原則是高可靠性，抗干擾能力高，堅固耐用。 （2）PLC 采用了軟件編制程序來完成任務，隨著要求的變更對程序地修改顯得十分方便，軟件程序下載非常方便。 控制系統(tǒng)的方案 PLC 在工業(yè)應用中的優(yōu)勢PLC 經過近三十年的發(fā)展，現已形成了完整的工業(yè)控制器產品系列，其功能已經發(fā)展到目前的具有接近計算機的強有力的軟硬件功能，在工業(yè)控制應用主要有以下優(yōu)點： （1）由于采用了大規(guī)模集成電路和計算機技術，可靠性高、邏輯功能強，且體積比較小。結合光電檢測裝置在生產過程控制中的應用實踐，在控制系統(tǒng)設計中；不宜采用光電檢測裝置的信號作為重要的控制信號，以避免光電裝置突然損壞或工作不穩(wěn)定（環(huán)境高溫、濕度大、機械振動、外力碰創(chuàng)等）引起其它設備事故。光電檢測裝置本身是由電子元器件構成，它對安裝環(huán)境有一定的技術要求，特別是在較惡劣環(huán)境下使用，要采取相應的保護措施，以使光電檢測裝置工作在其產品要求的技術條件下，才能發(fā)揮裝置的技術性能。 3)利用 PLC 軟件監(jiān)控或干涉。雙絞屏蔽電纜具有兩個重要的技術特性，一是對電纜受到的電磁干擾具有較強的防護能力，因為空間電磁場在線上產生的干擾電流可以互相抵消。采用此方式后經測振儀檢測，其振動速度降至 。 改進措施1)改變光電編碼器的安裝方式。 2）因光電檢測裝置