光柵編碼器在定尺剪切中的應(yīng)用

毛昀 楊峰 夏潔

摘要：在液壓浮動(dòng)剪控制系統(tǒng)中，軋件長(zhǎng)度的精確測(cè)量是實(shí)現(xiàn)定尺剪切的重要基礎(chǔ)，是提高產(chǎn)品合格率的重要因素。安裝在軋件進(jìn)給端的測(cè)量膠輪測(cè)量軋件的進(jìn)給長(zhǎng)度并通過(guò)光柵編碼器轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)，通過(guò)PLC高速計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)軋件長(zhǎng)度的精確計(jì)算，為實(shí)現(xiàn)液壓浮動(dòng)剪對(duì)運(yùn)動(dòng)中進(jìn)給的軋件進(jìn)行精確的定尺分?jǐn)嗵峁┮罁?jù)。

關(guān)鍵詞：光柵編碼器;定尺剪切;液壓浮動(dòng)剪

中圖分類號(hào)：TP212? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1007-9416（2020）04-0000-00

0 引言

液壓浮動(dòng)剪可以按照相關(guān)尺寸需求對(duì)運(yùn)動(dòng)中的軋件進(jìn)行剪切，在長(zhǎng)材生產(chǎn)過(guò)程中起到切頭、定尺剪切的作用，是軋件生產(chǎn)企業(yè)的重要生產(chǎn)裝置，應(yīng)用非常廣泛。早期的液壓浮動(dòng)剪采用人工判斷切頭位置和切料長(zhǎng)度，生產(chǎn)效率不高，產(chǎn)品合格率低。為了提高效益大多數(shù)企業(yè)都采用了自動(dòng)控制，通過(guò)光柵編碼器實(shí)現(xiàn)軋件長(zhǎng)度測(cè)量，根據(jù)生產(chǎn)要求規(guī)格進(jìn)行切頭，達(dá)到規(guī)定數(shù)值進(jìn)行定尺分?jǐn)唷?/p>

1 工藝流程

在生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測(cè)量軋件長(zhǎng)度是當(dāng)前液壓浮動(dòng)剪自動(dòng)控制系統(tǒng)的重要要求。浮動(dòng)剪定長(zhǎng)切料工藝裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，軋件通過(guò)前級(jí)傳送裝置自動(dòng)傳送，光柵編碼器檢測(cè)膠輪隨軋件轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)出脈沖信號(hào)，通過(guò)s7-200plc的高速計(jì)數(shù)器功能計(jì)算脈沖個(gè)數(shù)，根據(jù)脈沖信號(hào)個(gè)數(shù)和軋件長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)軋件長(zhǎng)度的計(jì)算。漫反射開(kāi)關(guān)檢測(cè)軋件上開(kāi)孔的位置，實(shí)現(xiàn)浮動(dòng)剪剪切過(guò)程中的定位。在正常剪切時(shí)，為了順利進(jìn)行分?jǐn)嗉羟?，避免出現(xiàn)堆鋼和拉鋼現(xiàn)象，通常要求剪刃在進(jìn)入剪切時(shí)在軋件運(yùn)動(dòng)方向的速度分量應(yīng)該與此處的物料行進(jìn)速度相等或稍稍大一點(diǎn)，即以同步速度完成剪切^[1]，本系統(tǒng)通過(guò)夾緊氣缸使剪刃和軋件在剪切過(guò)程中同步運(yùn)動(dòng)。浮動(dòng)剪完成剪切后夾緊氣缸松開(kāi)，型材繼續(xù)向前傳送，浮動(dòng)剪在重錘作用下自動(dòng)返回原點(diǎn)位置。液壓浮動(dòng)剪對(duì)運(yùn)動(dòng)中的進(jìn)給軋件按照設(shè)定的長(zhǎng)度進(jìn)行剪切，被剪切軋件保持連續(xù)進(jìn)給，不需要剪切時(shí)停頓，從而提高功效^[2]。

圖1 浮動(dòng)剪定長(zhǎng)切料工藝裝置結(jié)構(gòu)

2 軋件長(zhǎng)度測(cè)量

軋件長(zhǎng)度測(cè)量通過(guò)光柵編碼器實(shí)現(xiàn)，光柵編碼器是一種通過(guò)光電轉(zhuǎn)換將輸出軸的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換為脈沖或數(shù)字量的傳感器，主要由碼盤和光電檢測(cè)裝置構(gòu)成，碼盤上有均勻刻制的光柵，按工作原理的不同可分為光學(xué)型、磁型、感應(yīng)型和電容型，按刻度方法和信號(hào)輸出形式的不同可分為增量型、絕對(duì)型和混合型。

本系統(tǒng)中采用增量式光柵編碼器，在軋件進(jìn)給方向安裝一個(gè)與光柵編碼器相連的測(cè)量膠輪，測(cè)量膠輪的周長(zhǎng)為200mm。測(cè)量膠輪與軋件表面直接接觸，在彈簧壓力作用下隨著軋件進(jìn)給轉(zhuǎn)動(dòng)，可以較為精確的反應(yīng)軋件進(jìn)給的長(zhǎng)度和速度，隨著測(cè)量膠輪轉(zhuǎn)動(dòng)，光柵編碼器輸出脈沖信號(hào)，輸出脈沖數(shù)選用1000p/r。將光柵編碼器輸出的脈沖信號(hào)傳送到控制器中進(jìn)行運(yùn)算，可以得到軋件進(jìn)給的長(zhǎng)度。

3 S7-200PLC高速計(jì)數(shù)器

S7-200采用循環(huán)掃描的工作模式，普通計(jì)數(shù)器受CPU掃描周期的影響，每個(gè)掃描周期中對(duì)計(jì)數(shù)脈沖只進(jìn)行一次累加，當(dāng)脈沖信號(hào)的頻率高于PLC的掃描頻率時(shí)，如果仍然采用普通計(jì)數(shù)器會(huì)造成輸入脈沖丟失，計(jì)數(shù)不準(zhǔn)確，S7-200提供梯形圖或語(yǔ)句中的“高速計(jì)數(shù)器”指令（HSC）用于控制速率超過(guò)PLC掃描速率的事件^[3]。HSC操作十分靈活，有多種確定計(jì)數(shù)器行為方式的初始化選項(xiàng)。使用時(shí)需要在SM存儲(chǔ)區(qū)中設(shè)置幾個(gè)參數(shù)，配置HSC為一個(gè)具體的操作模式，將中斷程序連接在具體的計(jì)數(shù)器事件上，最后使能計(jì)數(shù)器操作。S7-200編程軟件中提供了HSC指令向?qū)?，HSC向?qū)г儐?wèn)初始化選項(xiàng)，然后為指定的配置生成程序代碼和數(shù)據(jù)塊代碼。完成HSC參數(shù)配置后，可以檢查計(jì)數(shù)器使用的子程序/中斷程序列表，要使能計(jì)數(shù)器操作，必須從主程序中調(diào)用包含初始化代碼的子程序。在主程序中使用SM0.1確保該子程序僅被調(diào)用一次。

4 軋件長(zhǎng)度計(jì)算

將光柵編碼器的輸出脈沖信號(hào)送入S7-200PLC的輸入點(diǎn)I0.0，通過(guò)高速計(jì)數(shù)器指令計(jì)算脈沖個(gè)數(shù)并存儲(chǔ)在VD260中。將設(shè)定的定尺剪切的長(zhǎng)度值換算成脈沖數(shù)存儲(chǔ)在VD210中，比較VD260和VD210的值，當(dāng)VD260>VD210時(shí)，系統(tǒng)判斷達(dá)到規(guī)定剪切長(zhǎng)度，液壓浮動(dòng)剪執(zhí)行剪切動(dòng)作，完成剪切動(dòng)作后VD260的值被清零重新開(kāi)始記錄軋件進(jìn)給長(zhǎng)度，計(jì)算程序如圖2所示。

5 結(jié)語(yǔ)

該系統(tǒng)采用PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，滿足了自動(dòng)化生產(chǎn)的要求，可以實(shí)現(xiàn)任意長(zhǎng)度、任意數(shù)量的不同訂單要求，大幅度的提高了生產(chǎn)的效率。同時(shí)采用光電編碼器實(shí)現(xiàn)軋件長(zhǎng)度的測(cè)量，提高了測(cè)量的精度從而使產(chǎn)品的合格率大幅度提高。

參考文獻(xiàn)

[1] 田海，韓強(qiáng).ABB飛剪自動(dòng)控制系統(tǒng)研究與改進(jìn)[J].包鋼科技，2016，42（3）：76-79.

[2] 衛(wèi)永鋒.飛剪長(zhǎng)度精度控制分析與改進(jìn)[J].機(jī)械管理開(kāi)發(fā)，2015（5）：26-28+31.

[3] 廖常初.S7-200PLC基礎(chǔ)教程（第3版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.

收稿日期：2020-03-14

作者簡(jiǎn)介：毛昀（1983—），女，湖南長(zhǎng)沙人，學(xué)士，講師，研究方向：測(cè)控技術(shù)與儀器，自動(dòng)化。

Application of Raster Encoder in cut-to-length

MAO Yun， YANG Feng， XIA Jie

1. Xin Jiang Institute of Engineering，Urumqi Xinjiang? 830001;2. Urumqi Vocational Education Center，Urumqi Xinjiang? 830001）

Abstract：In the Hydraulic Floating Shear Control System， the accurate measurement of the length of the rolled piece is an important basis for the realization of fixed length shear and an important factor for raising the qualified rate of products. The gauge wheel installed at the feed end of the rolled piece measures the length of the rolled piece and converts it into a pulse signal through a grating encoder. The accurate calculation of the length of the rolled piece is realized by a PLC high-speed counter， it provides the basis for the hydraulic floating shear to carry on the accurate fixed length division to the moving workpiece.

Keywords：Grating Encoder;Fixed Length Shear;Hydraulic Floating Shear