位置編碼系統(tǒng)的應用

[摘 要] 位置編碼系統(tǒng)能夠準確地反映出物體位置，廣泛地應用于各種需要精確定位的自動設備中，如倉庫貨物的存取、起重設備、升降機等。文章主要介紹位置編碼系統(tǒng)在金屬冶煉車間的使用情況。

[關鍵詞] 位置編碼系統(tǒng)編碼帶；讀寫頭；設備網界面模塊

[作者簡介] 許亦貴， 廣西有色再生金屬有限公司，廣西 蒼梧，543100

[中圖分類號] TP271 [文獻標識碼] A [文章編號] 1007-7723（2013）05-0030-0002

一、位置編碼系統(tǒng)組成

（一）編碼帶

編碼帶是一條載有編碼的呈帶狀的信息載體。它有塑料的和不銹鋼的兩種型號。

塑料代碼軌是由特殊的高性能聚酯薄片制成，具有良好的物理特性和化學特性，因而具有較好的彈性，可抗剪切力和剪切增長應力，能耐酸、油、堿和腐蝕性氣體等。塑料編碼帶可以廣泛地應用于抗酸、抗油以及有腐蝕性氣體的環(huán)境中，適應的溫度范圍為-10℃～60℃，也可以用于電鍍行業(yè)。

不銹鋼編碼帶是用耐腐蝕彈簧制成，它耐氧化，表現(xiàn)出較高的機械穩(wěn)定性和低熱膨脹性，適應的溫度范圍為-10℃～80℃。編碼帶的安裝方法有兩種：

（1）不銹鋼編碼帶的一端被固定，另一端用張緊設施張緊；

（2）不銹鋼編碼帶在中間位置被固定，兩端用張緊裝置張緊。此方法對于長度大于50米的編碼帶具有更大的優(yōu)勢。

（二）讀寫頭

讀寫頭是這個系統(tǒng)的主要組成部分，帶有自診斷功能。它呈U型，編碼帶從其內側穿過。讀寫頭由許多光學傳感元件組成。根據光學原理，光學傳感器感應出編碼帶上所含的信息，并通過編碼轉換電路把獲取的信息轉換成二進制代碼。我們選用的是stahltronic公司的WAS2系列讀寫頭，它的精度可以達到0.833mm，無需參考點就可以直接計算出位置，并且是實時傳輸數據，即使在做高速運動（可達12.5，m/s）時，也不影響數據的可靠性。 讀寫頭通過一根5針屏蔽數據線與設備網界面模塊進行通訊，其接線圖如下所示：

Tongguo RS485數據協(xié)議，讀寫頭可以直接與控制器進行數據交換。控制器始終與讀寫頭保持著一個字的詢問位，如下所示：

其各位對應的含義如下：

其中A0，A1是代表讀寫頭的地址：

F0為讀寫頭的功能位：0標識傳輸位置值，1標識傳輸診斷結果。讀寫頭通過2個字的數據位與設備網界面模塊進行數據傳輸，各個數據位如下表5所示：

P0-P18是當前讀寫頭所在的位置值。但AB的控制器卻需要將讀寫的數據進行轉換。轉換結果如表6所示：

（三）設備網界面模塊

設備網模塊與讀寫頭之間的通訊如下所示：

數據在讀寫頭和DG110（設備網界面模塊）間以RS485的方式進行串行傳輸，在DG110和控制系統(tǒng)間則以設備網協(xié)議進行傳輸。一個設備網界面模塊最多可以連接4個讀寫頭，而且讀寫頭必須具有不同的設備地址。

1. 設備網界面模塊與讀寫頭通訊的設置

模塊與讀寫頭的設置主要有界面設置、終端電阻設置、讀寫頭個數設置以及兩者之間的數據傳輸。界面設置是通過界面選擇開關來進行設置的，它有兩種界面選：一是RS232，另一種是RS485。如果模塊位于連接讀寫頭數據線的起點或終點，則必須激活一個RS485的終端電阻。終端電阻內置在讀寫頭里面，只要把活動開關“Terminination”撥到ON的位置就可以了。讀寫頭個數設置是通過旋轉開關S4進行設置的。根據實際需要，我們可以選擇讀寫頭的個數。

2. 設備網界面模塊與控制器的設置

設備網界面模塊與控制器之間的設置主要有通訊地址、終端電阻、數據傳輸率設置。通訊地址設置是通過“NODE ID”的DIP開關進行的。"NODE ID"開關是一組8位二進制數，可以設置0到63的數字。終端電阻通過"Terminination"撥動開關進行選擇。通過兩個DIP開關對數據傳輸率進行設置。

二、 絕對編碼系統(tǒng)的應用

（一）具體應用

這是一個應用于冶煉車間的設備功能圖。我們選用的變頻器是AB公司的Control logix5500的PLC，它具有強大的軟件編程功能。變頻器是ABB公司的ACS600系列，具有豐富的網絡協(xié)議，允許多種的網絡連接，通過設備網模塊NDNA-02與PLC進行通訊。PLC取得讀寫頭的數據以后，就可以確定當前行車所在的位置，通過觸摸屏輸入的目標位置，我們就可以確定行車與目標位置的距離。利用設備網，PLC可以直接與變頻器進行通訊，它通過程序把一些參數和控制指令傳給變頻器，控制變頻器的運行。通過電機的傳動，行車就可以到達指定的位置，也就是我們期望的目標位置。而PLC的軟件編程是最主要的。

（二）程序的實現(xiàn)

下面的圖表示的是冶煉車間的電解槽，也就是我們的目標位置。它共有36組，每組20槽，共720槽。分東西兩部分，中間是機組區(qū)域，含20個儲備架。每個槽子、機組和儲備架都定有一個確切的X、Y坐標，因而每個槽子都有一個確切的位置。

用羅克韋爾公司的組態(tài)軟件NetWorx for DeviceNet對現(xiàn)場設備進行組態(tài)，把讀寫頭和變頻器的參數字映射到PLC的掃描器DNB模塊里。每次進行數據傳輸時，DNB模塊都會把雙方的數據轉換成對方接受的數據形式。

由于PLC本身不具備人機交互功能，而觸摸屏是人機界面載體的有效終端。RsView Studio是人機界面操作終端，它可取代現(xiàn)場的開關按鈕、顯示儀表等；通過Rslinx通訊軟件，（下轉第29頁）