基于8421碼的多工位定位系統(tǒng)在制管生產(chǎn)線中的應(yīng)用

劉玉兵，陳俊杰

（天水鍛壓機(jī)床（集團(tuán)）有限公司，甘肅 天水 741020）

0 前言

橫移車是大口徑直縫埋弧焊鋼管生產(chǎn)線中，將成形后的鋼管輸送到各加工工位，使每臺(tái)設(shè)備前后合理銜接的重要設(shè)備之一。目前，橫移車在各工位的定位主要采用高速計(jì)數(shù)模塊與絕對(duì)值編碼器組成的定位系統(tǒng)，該定位系統(tǒng)當(dāng)工位越多時(shí)，產(chǎn)生的累積誤差越大，最終導(dǎo)致定位不準(zhǔn)確，存在極大的安全隱患，且成本較高。采用8421 碼的定位系統(tǒng)徹底消除了因工位數(shù)增加而帶來的累積誤差，且成本較低，安裝簡便，廣泛適用于定位精度要求較低、工位較多的定位控制系統(tǒng)。

1 多工位橫移車組成及功能

多工位橫移車是將鋼管橫向輸送的設(shè)備，在沿橫移車導(dǎo)軌方向輸送鋼管時(shí)，由于其加工工位較多，故稱為多工位運(yùn)管橫移車，其機(jī)械總裝圖如圖1 所示。

車體是橫移車的主體部分，主要包括液壓系統(tǒng)、車輪、傳動(dòng)軸等。驅(qū)動(dòng)電機(jī)為變頻電機(jī)，帶有風(fēng)扇冷卻和制動(dòng)裝置，采用變頻器控制，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)管橫移車高速運(yùn)行和低速趨近兩種速度的運(yùn)行模式，確保橫移車的定位準(zhǔn)確和停止穩(wěn)定。導(dǎo)軌用于車輪沿導(dǎo)軌方向直線運(yùn)行，車輪與導(dǎo)軌緊密配合，有效保證了車體運(yùn)行時(shí)的平穩(wěn)性和直線度，使車體定位準(zhǔn)確可靠。托料裝置與托料油缸連接在一起，用來將需要輸送的鋼管托起，輸送到需要的工位后將鋼管落下，放置在加工工位。

圖1 多工位運(yùn)管橫移車機(jī)械總裝圖

2 橫移車工位檢測裝置的安裝方式

在該定位系統(tǒng)中，工位檢測裝置的安裝是關(guān)鍵，工位檢測裝置主要包括檢測開關(guān)組合和檢測開關(guān)感應(yīng)片組合。其安裝方式如圖2 所示（圖中以12 個(gè)工位為例）。

圖2 中工位檢測開關(guān)3 為四個(gè)，從左到右四個(gè)工位檢測開關(guān)依次分別代表8421 碼的8 位、4 位、2位和1 位，減速開關(guān)2 為一個(gè)，安裝在檢測開關(guān)的最左端。每個(gè)工位檢測開關(guān)對(duì)應(yīng)一個(gè)檢測開關(guān)感應(yīng)片6，各工位都需安裝一個(gè)減速開關(guān)感應(yīng)片，各工位對(duì)應(yīng)的檢測開關(guān)感應(yīng)片安裝方式如圖3 所示（圖中以12 個(gè)工位為例）。

圖2 工位檢測裝置安裝方式

圖2、 圖3 中僅以12 個(gè)工位的運(yùn)管橫移車為例，當(dāng)運(yùn)管橫移車的工位數(shù)增加時(shí)，工位檢測開關(guān)3的數(shù)量也相應(yīng)增加，檢測開關(guān)感應(yīng)片6 的數(shù)量與工位檢測開關(guān)3 數(shù)量相同。工位檢測開關(guān)的具體數(shù)量由運(yùn)管橫移車的工位數(shù)來確定，假設(shè)運(yùn)管橫移車的工位數(shù)位M，所需工位檢測開關(guān)的數(shù)量為N，則M與N 之間的關(guān)系式為：

圖3 檢測開關(guān)感應(yīng)片安裝方式

式中：N——取滿足關(guān)系式的最小整數(shù)。

各工位減速感應(yīng)片感應(yīng)距離大于減速開關(guān)感應(yīng)片的距離，使運(yùn)管橫移車在到達(dá)任意指定位置時(shí)先減速，慢速運(yùn)行一定距離后再停止，以保證定位準(zhǔn)確性。

3 多工位運(yùn)管橫移車定位系統(tǒng)

多工位運(yùn)管橫移車的定位系統(tǒng)主要由可編程控制器（PLC）、驅(qū)動(dòng)變頻器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、工位檢測裝置組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖4 所示。

該定位系統(tǒng)采用8421 碼的編碼方式，給每個(gè)工位設(shè)定一個(gè)位數(shù)與工位檢測開關(guān)數(shù)量相同的二進(jìn)制值，以工位檢測開關(guān)輸入給可編程控制器（PLC）的開關(guān)量信號(hào)通斷組合位依據(jù)，當(dāng)檢測開關(guān)輸入到可編程控制器（PLC）中的開關(guān)量信號(hào)為通時(shí)，該檢測開關(guān)對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制值相應(yīng)位為“ 1”，反之，則為“ 0”。這樣，可使每個(gè)工位檢測開關(guān)感應(yīng)片安裝的數(shù)量與位置和該工位設(shè)定的二進(jìn)制值對(duì)應(yīng)起來，即設(shè)定的二進(jìn)制值中為“ 1”的位安裝檢測開關(guān)感應(yīng)片，二進(jìn)制值中為“ 0”的位不安裝檢測開關(guān)感應(yīng)片。在運(yùn)管橫移車運(yùn)行時(shí)，如果工位檢測開關(guān)輸入給可編程控制器（PLC）的開關(guān)量信號(hào)通斷組合與某一工位設(shè)定的二進(jìn)制值相對(duì)應(yīng)時(shí)，運(yùn)管橫移車將停止在該工位。

圖4 多工位運(yùn)管橫移車定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

多工位運(yùn)管橫移車的運(yùn)行速度通過變頻器來調(diào)整，運(yùn)管橫移車到達(dá)某一工位時(shí)，先感應(yīng)到減速開關(guān)，開始慢速運(yùn)行，待運(yùn)行平穩(wěn)后感應(yīng)到工位檢測開關(guān)后停止。運(yùn)管橫移車驅(qū)動(dòng)變頻與可編程控制器（PLC）之間通過總線連接，使運(yùn)行速度設(shè)定簡單、方便。

4 結(jié)語

采用8421 碼的編碼方式，通過檢測開關(guān)輸入給可編程控制器（PLC）開關(guān)量信號(hào)的通斷組合與設(shè)定8421 碼的二進(jìn)制值比較的方式定位，完全滿足制管生產(chǎn)線多工位運(yùn)管橫移車的工藝要求。傳統(tǒng)定位系統(tǒng)采用高速計(jì)數(shù)模塊絕配對(duì)值編碼器的定位方式成本較高，且隨著工位數(shù)量的增加累積誤差增大，最終導(dǎo)致定位不準(zhǔn)確，存在極大的安全隱患。8421 編碼方式的定位系統(tǒng)中用幾個(gè)檢測開關(guān)與感應(yīng)片就可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位，在定位系統(tǒng)的成本上有著顯著的優(yōu)勢，同時(shí)，徹底消除了因工位數(shù)量增加而產(chǎn)生的累積誤差。在一條鋼管生產(chǎn)線中，運(yùn)管橫移車的數(shù)量多達(dá)數(shù)十臺(tái)，采用8421 編碼方式的定位系統(tǒng)可以大量節(jié)省成本，且消除由于定位誤差帶來的安全隱患。此外，采用8421 編碼方式的定位系統(tǒng)是通過采集檢測開關(guān)輸入給可編程控制器（PLC）的開關(guān)量信號(hào)來編寫程序的，程序相對(duì)簡單，檢測裝裝置安裝簡便，大量節(jié)省了現(xiàn)場安裝、調(diào)試人員的工作量，在該領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價(jià)值。

用戶使用兩年來，系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠，實(shí)踐證明該系統(tǒng)具有較高的使用價(jià)值和良好的應(yīng)用前景。

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