基于8421碼的多工位定位系統(tǒng)在制管生產線中的應用

劉玉兵，陳俊杰

（天水鍛壓機床（集團）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線中，將成形后的鋼管輸送到各加工工位，使每臺設備前后合理銜接的重要設備之一。目前，橫移車在各工位的定位主要采用高速計數模塊與絕對值編碼器組成的定位系統(tǒng)，該定位系統(tǒng)當工位越多時，產生的累積誤差越大，最終導致定位不準確，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備，在沿橫移車導軌方向輸送鋼管時，由于其加工工位較多，故稱為多工位運管橫移車，其機械總裝圖如圖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、傳動軸等。驅動電機為變頻電機，帶有風扇冷卻和制動裝置，采用變頻器控制，可實現運管橫移車高速運行和低速趨近兩種速度的運行模式，確保橫移車的定位準確和停止穩(wěn)定。導軌用于車輪沿導軌方向直線運行，車輪與導軌緊密配合，有效保證了車體運行時的平穩(wěn)性和直線度，使車體定位準確可靠。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 多工位運管橫移車機械總裝圖

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鍵，工位檢測裝置主要包括檢測開關組合和檢測開關感應片組合。其安裝方式如圖2 所示（圖中以12 個工位為例）。

圖2 中工位檢測開關3 為四個，從左到右四個工位檢測開關依次分別代表8421 碼的8 位、4 位、2位和1 位，減速開關2 為一個，安裝在檢測開關的最左端。每個工位檢測開關對應一個檢測開關感應片6，各工位都需安裝一個減速開關感應片，各工位對應的檢測開關感應片安裝方式如圖3 所示（圖中以12 個工位為例）。

圖2 工位檢測裝置安裝方式

圖2、 圖3 中僅以12 個工位的運管橫移車為例，當運管橫移車的工位數增加時，工位檢測開關3的數量也相應增加，檢測開關感應片6 的數量與工位檢測開關3 數量相同。工位檢測開關的具體數量由運管橫移車的工位數來確定，假設運管橫移車的工位數位M，所需工位檢測開關的數量為N，則M與N 之間的關系式為：

圖3 檢測開關感應片安裝方式

式中：N——取滿足關系式的最小整數。

各工位減速感應片感應距離大于減速開關感應片的距離，使運管橫移車在到達任意指定位置時先減速，慢速運行一定距離后再停止，以保證定位準確性。

3 多工位運管橫移車定位系統(tǒng)

多工位運管橫移車的定位系統(tǒng)主要由可編程控制器（PLC）、驅動變頻器、驅動電機、工位檢測裝置組成，其系統(tǒng)結構框圖如圖4 所示。

該定位系統(tǒng)采用8421 碼的編碼方式，給每個工位設定一個位數與工位檢測開關數量相同的二進制值，以工位檢測開關輸入給可編程控制器（PLC）的開關量信號通斷組合位依據，當檢測開關輸入到可編程控制器（PLC）中的開關量信號為通時，該檢測開關對應的二進制值相應位為“ 1”，反之，則為“ 0”。這樣，可使每個工位檢測開關感應片安裝的數量與位置和該工位設定的二進制值對應起來，即設定的二進制值中為“ 1”的位安裝檢測開關感應片，二進制值中為“ 0”的位不安裝檢測開關感應片。在運管橫移車運行時，如果工位檢測開關輸入給可編程控制器（PLC）的開關量信號通斷組合與某一工位設定的二進制值相對應時，運管橫移車將停止在該工位。

圖4 多工位運管橫移車定位系統(tǒng)結構框圖

多工位運管橫移車的運行速度通過變頻器來調整，運管橫移車到達某一工位時，先感應到減速開關，開始慢速運行，待運行平穩(wěn)后感應到工位檢測開關后停止。運管橫移車驅動變頻與可編程控制器（PLC）之間通過總線連接，使運行速度設定簡單、方便。

4 結語

采用8421 碼的編碼方式，通過檢測開關輸入給可編程控制器（PLC）開關量信號的通斷組合與設定8421 碼的二進制值比較的方式定位，完全滿足制管生產線多工位運管橫移車的工藝要求。傳統(tǒng)定位系統(tǒng)采用高速計數模塊絕配對值編碼器的定位方式成本較高，且隨著工位數量的增加累積誤差增大，最終導致定位不準確，存在極大的安全隱患。8421 編碼方式的定位系統(tǒng)中用幾個檢測開關與感應片就可實現準確定位，在定位系統(tǒng)的成本上有著顯著的優(yōu)勢，同時，徹底消除了因工位數量增加而產生的累積誤差。在一條鋼管生產線中，運管橫移車的數量多達數十臺，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輸入給可編程控制器（PLC）的開關量信號來編寫程序的，程序相對簡單，檢測裝裝置安裝簡便，大量節(jié)省了現場安裝、調試人員的工作量，在該領域有著重要的應用價值。

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

[1]徐 晨，陳繼紅，王春明，等.微機原理及應用[M].北京：高等教育出版社，2004.

[2]高慶榮，魯學平，等，電氣工程師手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1987.

[3]王忠茂.調速常用設備技術手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社,1994.

[4]黨安明，張欽軍.傳感器與檢測技術[M].北京：北京大學出版社,2011.