基于EtherCAT總線的Kubler編碼器在壓力機自動調(diào)模上的應(yīng)用

洪磊，封峰，黃建民

（揚力集團股份有限公司精機研究所，江蘇揚州225127）

基于EtherCAT總線的Kubler編碼器在壓力機自動調(diào)模上的應(yīng)用

洪磊，封峰，黃建民

（揚力集團股份有限公司精機研究所，江蘇揚州225127）

介紹一種基于EtherCAT總線的自動調(diào)節(jié)壓力機滑塊裝模高度的方法。使用Kubler編碼器測量滑塊裝模高度，通過PLC讀取其值或?qū)懭霐?shù)值，經(jīng)過處理后獲得滑塊裝模高度的當(dāng)前值，從而控制調(diào)模電機啟停實現(xiàn)滑塊自動調(diào)節(jié)的功能。

壓力機；Kubler編碼器；EtherCAT；自動調(diào)模

壓力機滑塊的裝模高度是通過調(diào)節(jié)連桿的長度來實現(xiàn)的。滑塊裝模高度調(diào)節(jié)方法有兩種：手動調(diào)節(jié)方式與自動調(diào)節(jié)方式。手動調(diào)節(jié)是使用工具旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺桿來改變裝模高度；自動調(diào)節(jié)方式是通過調(diào)模電機的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)進行調(diào)節(jié)。一般小型壓力機采用手動調(diào)節(jié)方式，而中大型壓力機尤其是大型閉式壓力機的裝模高度調(diào)節(jié)量往往很大，手動調(diào)節(jié)很不方便，需要自動調(diào)節(jié)。所謂自動調(diào)節(jié)，就是設(shè)定目標(biāo)模高值，控制調(diào)模電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)帶動滑塊上升或下降，通過實時讀取編碼器的值監(jiān)測裝模高度的位置，當(dāng)?shù)竭_目標(biāo)模高值時，自動調(diào)節(jié)完成。

壓力機自動調(diào)模要求控制系統(tǒng)具備良好的實時能力、適應(yīng)小數(shù)據(jù)量通訊，并且價格經(jīng)濟。EtherCAT可以滿足這些需求，并且還可以在I/O級實現(xiàn)因特網(wǎng)技術(shù)。

1 Kubler編碼器

用絕對值編碼器測量壓力機裝模高度，檢測精度非常高。壓力機卸荷后對于裝模高度的影響也可實時監(jiān)測。由于中大型閉式壓力機裝模高度的調(diào)節(jié)量比較大，在使用時往往選擇絕對值型多圈編碼器，一般以12位或13位為宜。

KublerEtherCAT接口高分辨率絕對值型編碼器具備智能診斷功能與高速數(shù)據(jù)傳輸功能，可實現(xiàn)工業(yè)自動化應(yīng)用中的絕對位置與速度的高精度測量。其強大的工作溫度、工作時間等參數(shù)的診斷與錯誤及早檢測功能，極大地提升了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性；嵌入式交換機技術(shù)，最大程度地提升了系統(tǒng)的可用性，從而提升了生產(chǎn)效率。

本方案中選用的Kubler編碼器型號為8.5868.12B2.B212，每旋轉(zhuǎn)一圈，最多能發(fā)出8192個光電脈沖信號，編碼器最大測量值能旋轉(zhuǎn)的0～4096周，當(dāng)計數(shù)到4096周后復(fù)位為第0周，重新計數(shù)編碼器旋轉(zhuǎn)周數(shù)。

2 EtherCAT總線

在現(xiàn)場總線系統(tǒng)之上的層面，網(wǎng)絡(luò)控制器中，以太網(wǎng)往往在某種程度上代表著技術(shù)發(fā)展的水平。該方面目前較新的技術(shù)是驅(qū)動或I/O級的應(yīng)用。EtherCAT技術(shù)突破了其他以太網(wǎng)解決方案的系統(tǒng)限制：通過該項技術(shù)，無需接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，將其解碼，之后再將過程數(shù)據(jù)復(fù)制到各個設(shè)備。EtherCAT從站設(shè)備在報文經(jīng)過其節(jié)點時讀取相應(yīng)的編址數(shù)據(jù)，同樣，輸入數(shù)據(jù)也是在報文經(jīng)過時插入至報文中。整個過程中，報文只有幾納秒的時間延遲。

根據(jù)EtherCAT通信協(xié)議，通過編寫PLC程序設(shè)置編碼器總脈沖分辨率為單圈脈沖分辨率，變賦初始值，讀取/寫入值，部分程序如圖1所示。

圖1 編碼器參數(shù)設(shè)置部分程序

3 控制系統(tǒng)及算法

3.1 系統(tǒng)組成

本壓力機控制系統(tǒng)以O(shè)MRON的機器自動化控制器NJ系列PLC為核心，如圖2所示，采用Sysmac Automation Platform EtherCat控制網(wǎng)絡(luò)，通過Sys-Mac Studio自動化控制軟件將CPU、遠程I/O、Kubler編碼器的設(shè)定、編程、調(diào)試進行統(tǒng)合。

圖2 系統(tǒng)組成

3.2 控制算法

系統(tǒng)上電后，編碼器讀取當(dāng)前值，由于選用編碼器為12位，由于本方案使用單圈測量模式，量程不能滿足調(diào)模要求，故通過加一模高基準值擴展其量程，模高可根據(jù)實際情況選擇，但要略小于模高下限值，否則會影響到模高下限值。編碼器值加上模高基準值后為當(dāng)前模高值。本系統(tǒng)所應(yīng)用的機床調(diào)模高度范圍為650mm～950mm，牙距比為8:54，編碼器為12位，所以一圈能測量的范圍606.208mm，達不到機床的要求，故需要選擇一模高基準值來擴展其量程，本文選擇的是550，測量范圍為550mm～1156.20mm，這樣編碼器的量程就能滿足。

程序算法如圖3所示。上電后編碼器讀取當(dāng)前值，加上基準值后，得到當(dāng)前模高實際值。由于滑塊重量大，停止時會有慣性，當(dāng)滑塊到達目標(biāo)模高時就會停止，但是在慣性作用下滑塊可能會超過目標(biāo)位置，使得程序控制調(diào)模電機反向轉(zhuǎn)動，如此循環(huán)多次，使得效率低下，因此本方案中加入剎車距離這一變量，模高上限減去剎車距離得到變量模高上限_上；模高下限加上剎車距離得到變量模高下限_下。用模高當(dāng)前值與模高上限_上和模高下限_下這兩個處理過的模高上、下限比較，使得滑塊提前停止，在慣性作用下微調(diào)至目標(biāo)值，剎車距離在實際調(diào)試根據(jù)具體情況選取，簡單有效。

圖3 算法控制

4 結(jié)束語

本文所述方法在我公司P2H系列閉式高速壓力機上得到應(yīng)用，EtherCAT總線傳輸速率快速、穩(wěn)定，配合選用的Kubler編碼器高分辨率，使得機床模高調(diào)整精確度達到0.1mm。同時可將不同的封閉高度值存儲在觸摸屏配方內(nèi)，當(dāng)需要時只要根據(jù)觸摸屏內(nèi)的不同配方名稱來提取相應(yīng)的數(shù)值，確認調(diào)模后，自動完成滑塊高度的調(diào)整，提升了設(shè)備的自動化程度。同時本文所述方法，使單圈編碼器實現(xiàn)多圈編碼器的功能，極大地擴展了編碼器的檢測范圍，使產(chǎn)品成本降低，競爭力增加。

[1]劉茂銀，梅碧舟.壓力機控制系統(tǒng)中PLC的應(yīng)用及設(shè)計[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2007，42（3）：45-47.

[2]胡超，魏國勇，竇磊，等.調(diào)速壓力機自動停準上死點方法[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2010，45（3）：27-28.

[3]霍海鋒.李陳.基于PLC技術(shù)的低壓智能控制屏的設(shè)計與應(yīng)用[J].自動化與信息工程，2008，29（3）.

[4]陽憲惠.現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，1999：56-100.

[5]歐姆龍（中國）有限公司.SYSMAC CS/CJ系列可編程序控制器指令參考手冊.歐姆龍（中國）有限公司，2003-07.

Application of Kubler encoder in automatic tool-ad justment for press based on EtherCAT bus

HONG Lei,FENG Feng,HUANG Jianmin
（Jiangsu Yangli Group Co.,Ltd.,Yangzhou 225127,Shandong China）

A kind of method of automatic tool installation height adjustment for slide of press has been introduced on basis of EtherCAT bus.The Kubler encoder has been adopted to measure the tool installation height of the slide.Then the value has been read out or written by use of PLC.The current value of tool installation height of the slider has been obtained after treatment.Thus in this way,the automatic adjustment function of the slide has been realized by controlling the start and stop of tool adjustment motor.

EtherCAT;Kubler encoders;Automatic tool adjustment;Press

TG385.1

B

10.16316/j.issn.1672-0121.2016.05.020

1672-0121（2016）05-0068-03

2016-05-12；

2016-06-28

洪磊（1985-），男，工程師，從事檢測技術(shù)與自動化裝置研究。E-mail：304596735@qq.com