光柵編碼器在定尺剪切中的應用

毛昀 楊峰 夏潔

摘要：在液壓浮動剪控制系統中，軋件長度的精確測量是實現定尺剪切的重要基礎，是提高產品合格率的重要因素。安裝在軋件進給端的測量膠輪測量軋件的進給長度并通過光柵編碼器轉換為脈沖信號，通過PLC高速計數器實現軋件長度的精確計算，為實現液壓浮動剪對運動中進給的軋件進行精確的定尺分斷提供依據。

關鍵詞：光柵編碼器;定尺剪切;液壓浮動剪

中圖分類號：TP212? 文獻標識碼：A? 文章編號：1007-9416（2020）04-0000-00

0 引言

液壓浮動剪可以按照相關尺寸需求對運動中的軋件進行剪切，在長材生產過程中起到切頭、定尺剪切的作用，是軋件生產企業的重要生產裝置，應用非常廣泛。早期的液壓浮動剪采用人工判斷切頭位置和切料長度，生產效率不高，產品合格率低。為了提高效益大多數企業都采用了自動控制，通過光柵編碼器實現軋件長度測量，根據生產要求規格進行切頭，達到規定數值進行定尺分斷。

1 工藝流程

在生產過程中實現精準測量軋件長度是當前液壓浮動剪自動控制系統的重要要求。浮動剪定長切料工藝裝置結構如圖1所示，軋件通過前級傳送裝置自動傳送，光柵編碼器檢測膠輪隨軋件轉動發出脈沖信號，通過s7-200plc的高速計數器功能計算脈沖個數，根據脈沖信號個數和軋件長度對應關系實現對軋件長度的計算。漫反射開關檢測軋件上開孔的位置，實現浮動剪剪切過程中的定位。在正常剪切時，為了順利進行分斷剪切，避免出現堆鋼和拉鋼現象，通常要求剪刃在進入剪切時在軋件運動方向的速度分量應該與此處的物料行進速度相等或稍稍大一點，即以同步速度完成剪切^[1]，本系統通過夾緊氣缸使剪刃和軋件在剪切過程中同步運動。浮動剪完成剪切后夾緊氣缸松開，型材繼續向前傳送，浮動剪在重錘作用下自動返回原點位置。液壓浮動剪對運動中的進給軋件按照設定的長度進行剪切，被剪切軋件保持連續進給，不需要剪切時停頓，從而提高功效^[2]。

圖1 浮動剪定長切料工藝裝置結構

2 軋件長度測量

軋件長度測量通過光柵編碼器實現，光柵編碼器是一種通過光電轉換將輸出軸的機械幾何位移量轉換為脈沖或數字量的傳感器，主要由碼盤和光電檢測裝置構成，碼盤上有均勻刻制的光柵，按工作原理的不同可分為光學型、磁型、感應型和電容型，按刻度方法和信號輸出形式的不同可分為增量型、絕對型和混合型。

本系統中采用增量式光柵編碼器，在軋件進給方向安裝一個與光柵編碼器相連的測量膠輪，測量膠輪的周長為200mm。測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給轉動，可以較為精確的反應軋件進給的長度和速度，隨著測量膠輪轉動，光柵編碼器輸出脈沖信號，輸出脈沖數選用1000p/r。將光柵編碼器輸出的脈沖信號傳送到控制器中進行運算，可以得到軋件進給的長度。

3 S7-200PLC高速計數器

S7-200采用循環掃描的工作模式，普通計數器受CPU掃描周期的影響，每個掃描周期中對計數脈沖只進行一次累加，當脈沖信號的頻率高于PLC的掃描頻率時，如果仍然采用普通計數器會造成輸入脈沖丟失，計數不準確，S7-200提供梯形圖或語句中的“高速計數器”指令（HSC）用于控制速率超過PLC掃描速率的事件^[3]。HSC操作十分靈活，有多種確定計數器行為方式的初始化選項。使用時需要在SM存儲區中設置幾個參數，配置HSC為一個具體的操作模式，將中斷程序連接在具體的計數器事件上，最后使能計數器操作。S7-200編程軟件中提供了HSC指令向導，HSC向導詢問初始化選項，然后為指定的配置生成程序代碼和數據塊代碼。完成HSC參數配置后，可以檢查計數器使用的子程序/中斷程序列表，要使能計數器操作，必須從主程序中調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用一次。

4 軋件長度計算

將光柵編碼器的輸出脈沖信號送入S7-200PLC的輸入點I0.0，通過高速計數器指令計算脈沖個數并存儲在VD260中。將設定的定尺剪切的長度值換算成脈沖數存儲在VD210中，比較VD260和VD210的值，當VD260>VD210時，系統判斷達到規定剪切長度，液壓浮動剪執行剪切動作，完成剪切動作后VD260的值被清零重新開始記錄軋件進給長度，計算程序如圖2所示。

5 結語

該系統采用PLC實現自動控制，滿足了自動化生產的要求，可以實現任意長度、任意數量的不同訂單要求，大幅度的提高了生產的效率。同時采用光電編碼器實現軋件長度的測量，提高了測量的精度從而使產品的合格率大幅度提高。

參考文獻

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

[2] 衛永鋒.飛剪長度精度控制分析與改進[J].機械管理開發，2015（5）：26-28+31.

[3] 廖常初.S7-200PLC基礎教程（第3版）[M].北京：機械工業出版社，2016.

收稿日期：2020-03-14

作者簡介：毛昀（1983—），女，湖南長沙人，學士，講師，研究方向：測控技術與儀器，自動化。

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