增量式旋转编码器在材料自动分拣装置中的应用

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2009年8月第8期（总第129期）

广西轻工业

GUANGXIJOURNALOFLIGHTINDUSTRY

机械与电气

增量式旋转编码器在材料自动分拣装置中的应用

张顺星，张玉洁

（陕西工业职业技术学院电气工程系，陕西咸阳712000）

【摘

其脉冲个数与相对旋转位移有关。编码器配合具有高速计数器功能可编要】增量式编码器的输出信号为脉冲信号，

程序控制器（PLC），可以构成一种高精度、低成本的精确位置控制系统。

材料自动分拣装置；旋转编码器；位置控制控制【关键词】可编程控制器；

【中图分类号】TN762【文献标识码】A【文章编号】1003-2673(2009)08－68－02

1引言

编码器是一种广泛用于位置和角度测量的传感器，根据检

系统利用各种传感器对待测材料进行检测并分类，当待测物体经下料槽送入传送带后，依次接受各种传感器检测。如果被某种传感器测到则通过相应的气动装置将其推入料槽，否则继续前行。其工作过程如下9个方面：（1）系统送电后，光电编码器便可产生所需的脉冲。（2）电机运行，带动传输带传送物体向前运行。（3）有物料时，下料气缸动作，将物料推出。（4）将待测当电感式接近开关检测到铁块物料时，推气缸1动作，物料推入下料槽。（5）当电容式接近开关检测到铝块属物料时，推气缸2动作，将待测物料推入下料槽。（6）当颜色识别传感器检测到非金属材料为某一颜色时，推气缸3动作将待测物（7）其他物料被送到预留传感器位置时，气缸料推入下料槽。

4动作，将待测物料推入下料槽。（8）每个气缸通过安装2个磁性开关实现动作限位保护。（9）下料槽内无物料时，延时一段时间后自动停机。

磁式、感应式和电容式；根据其测原理，编码器可分为光学式、刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式其脉冲个数与相三种。增量式编码器的输出信号为脉冲信号，

对旋转位移有关,而与旋转的绝对位置无关,其精度较高,而且（PLC）作为在工业控制领域其成本相对较低。可编程序控制器

占主导地位的基础自动化设备，具有高可靠性、高实用性、功能完善和简单灵活的优点，在工程实际中应用越来越广泛。增量式旋转编码器配合具有高速计数器功能可编程序控制器（PLC），可以构成一种高精度、低成本的位置控制系统。

2系统构成

以可编程控制器（PLC）为控制核心，结合电机控制技术、

传感器技术、气动技术为一体的物料自动分拣装置，可以连续、大批量地分拣货物，并且分拣误差率低，使劳动强度大大降低，从而显著提高生产效率。

材料自动分拣装置的结构如图1所示（其中符号具体含义见图1）。图中该装置采用台式结构，内置电源，由可编程控制器（PLC）、减速电机、旋转编码器、传感器、气缸、电磁阀、气压指示、气泵等部件构成。装置在网孔板上安装颜色识别传感器、电容式接近开关、电感式接近开关，实现如下3种基本功能：）分拣出金属与非金属；（2）分拣出某一颜色块；（3）分拣（1

出金属中某一颜色块和非金属中某一颜色块。

3硬件设计

3.1PLC的选型3.1.1I/O点数的确定

根据材料自动分拣装置的控制要求，输入应该有6个传感电容式接近开关、电感式接近开器信号，即颜色识别传感器、关、预留传感器SD、下料检测传感器和旋转编码器，以及控制5个气缸有动作限位和回位限位的10个信号。相应的输出信号包括控制5个气缸运动的5个电磁阀，以及控制电动机运行的1个信号，合计6个信号。材料自动分拣装置共计需要I/O点数22个，其中16个用于输入信号，6个用于输出信号。3.1.2PLC的选择

由于该材料分拣装置的控制为开关量控制，且所需的I/O点数不多，只要点数I/O超过22个，且具有高速计数器功能即可。FP0系列PLC是松下电工生产的袖珍型控制器，最大可以扩展到3个单元128点，具备高速计数器、脉冲输出等高级功能，且500步的程序只需1ms就可处理完毕。因此，可选择FP0-C14RS作为控制单元，再加上两个扩展模块FP0-E8X，便可满足要求。

3.1.3建立I/O地址分配表

图1材料自动分拣装置结构图

对PLC的I/O地址编号。系统的根据所选择的PLC机型，

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I/O地址分配表，如表1所示。

表1I/O地址分配表

速电机作为执行机构用于带动传输带输送物料前行，与旋转编码器连接在一起。可以通过控制脉冲个数，来控制角位移量，从分拣装置选用linix（联宜）生产的而达到准确位置控制的目的。YN60-6减速电机。

3.3旋转编码器与PLC硬件系统连接

在材料自动分拣装置运行过程中，前三个气缸动作由安装在相应位置的传感器监测到的信号实现触发。然而，预留传感器SD处未安装传感器，要实现“其他物料被送到预留传感器位置时，气缸4动作，将待测物料推入下料槽”动作，可以通过把旋转编码器接到PLC高速计数器端X0，把位置信息转化为脉冲个数来实现。具体接线如图3所示

3.2传感器及电机的选择3.2.1旋转编码器的选择

增量型编码器（旋转型）工作原理：旋转编码器有一个中心有轴的光电码盘，盘上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D，每个正弦波（相对于一个周波为360度），将C、D信号反相差90度相位差

向，叠加在A、B两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。

增量式编码器输出脉冲典型波形如图2所示。由于编码器只有个旋转方向，逆时针旋转对应的脉冲输出波形对应图从左向右的波形，顺时针旋转对应的脉冲输出波形对应图从右到左如果增量式编码器顺时针旋转，则相滞后相。如果逆时的波形。

针旋转，则相滞后相，而且编码器各相的输出电平完全取决于其旋转位置。编码器旋转一周，相与相所输出的脉冲数相同，其脉冲数决定了编码器的精度，通过从编码器读取脉冲数，则可以计算出其相对的角位移量，如果有一个预置的位置，则可以计算出其绝对位置。

图3旋转编码器与PLC连接图

4软件及参数设置

4.1高速计数器（HSC）参数设置4.1.1系统寄存器No.400设置

FP0系列PLC高速计数器（HSC）工作方式通过在系统寄存器中设定工作字来确定。FP0可以同时接收四组高速计数CH0-CH3，对应输入为X0-X3，系统寄存器NO.400低8位控制CH0（X0）的工作方式，参数设置为：H03，即X0加计数；通过编程软件“选项”→“PLC系统寄存器设置”→“高速计数器”→No.400中“CH0加计数（X0）”设置好。4.1.2高速计数器控制标志DT9052设置

高速计数器控制标志DT9052通过图所示的梯形图实现

其中：H0表示“不进行软件复位”，H1表示“进行软件复位”，上图实现“高速计数器经过值设置为0并开始计数”。R9013位初始闭合继电器。4.2位置控制实现

FP0系列PLC中的DT9044、DT9045位高速计数器经过值，旋转编码器产生的脉冲由其记录，因此比较DT9044、

→→

→→

图2增量式旋转编码器输出脉冲典型波型

DT9045中脉冲个数，就可实现位置控制，当物料经过前三个传感器而未发生动作时，经过固定距离，即当物料到达气缸4处时，气缸动作，把物料推入料槽。

分拣装置选用欧姆龙公司生产的E6A2-CW5C增量式旋该编码器电源电压为DC12-24V，A、B两项输出，分转编码器。

辨率为100P/R（脉冲/转）。3.2.2电动机的选择

减速电机是指减速机和电机(马达)的集成体。减速机是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将电机（马达）的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。在目前用于传递动力与运动的机构中，减速机的应用范围相当广泛。减

5结语

使用增量式旋转编码器配合具有高速计数器功能可编程

序控制器（PLC），可以构成一种高精度、低成本的位置控制系统。该系统控制简单、运行稳定、有较高的推广和应用价值。

（下转第72页）

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3.3结构特点

3.3.1PHC系列换向、热交换、对衡式水泵一体化装置

对衡式水两种均为椭圆板式换向器，它与夹套式换热器、泵汇为一体，担负将染液由纱内层流向外层或由纱外层流向内层，不同流向均可实现热交换的多功能装置，适用于高温处染不同密度的纱线，如筒子纱、绞纱、经轴纱、散毛、织带等等。夹套式换热器置于换向器和对衡式水泵之中间两侧用法兰直接与换向器及水泵连接，换热器内夹层分别插入水泵吸入口和换向器内层，外夹层与泵出口和换向器外层连通，无需接驳管道，结构紧凑，减少染液，节省能源。3.3.2传统换向器的缺点

传统换向器结构复杂,安装维修不便，在换向器的左端，采Yx孔用密封圈,而且是封在一个盲孔里，由用两个深沟球轴承，

于结构大安装时经常会把密封圈损坏,导致轴承在染液中很快腐蚀，从而导致轴承卡死，最终导致无法换向；换向器的右端，同样，特别是大规格的换向器，因为不锈钢轴承难以采购，而碳钢轴承不耐腐蚀，从以往的维修情况来看，绝大部分均属于此类问题。

3.3.3HLC染色机换向器的特点

HLC染色机换向器结构简单安装维修方便,在换向器的左端,采用聚四氟乙烯渗石墨材料做衬套,也可用表面为聚四氟乙烯的复合不锈钢轴承，它们都具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损的特点，换向器的右端,采用聚四氟乙烯渗石墨环加两个Y型密封圈密封，外面用压盖固定;由于Y型密封圈的唇边较厚，安装时几乎不会损坏，而且Y型密封圈也是用氟橡胶制作；再看HLC染色机换向器的轴承，它已经完全和染液脱离，因为用于固定轴承座的迫件座，其台阶不是封闭的，是有四个凸台组成，即使有微量染液漏出，也不会进入轴承。此轴承采用碳钢即可，轴承被安置在一个密闭的空间里，连接架上有注油式油杯可定期注入黄油，轴承两边用氟橡胶骨架油封密封。而且碳钢轴承价格低，强度高，轴承可选用小一等级规格，从而使得换向器结构更加紧凑。同时HLC染色机换向器的上部采用内外双层滤网，有效避免了杂质进入换向器内，导致换向卡死的事故。实践证明，HLC染色机换向器的故障率非常低。

4.2密封圈的安装方向

Y型密封圈的开口朝向受压侧,骨架油封用来封住黄油，经常发现有装反密封圈的现开口朝向轴承腔。在维修过程中，象，应特别注意。

5出厂前测试

在通入5bar压缩空气压力下，模拟染色机的工作状况，

50Hz正常工作，降频到25Hz时测试是否换向可靠，有没有异如果换向不畅，则要调整轴承的安装间隙，必要时需要常响声。

再次调整阀板与三叉管的间隙。

6维修

传统染色机换向器的密封件和轴承任何一个需要更换，都

6.1传统染色机换向器的维修

需要将整个主轴阀板组件拆出，在染厂换向器都是处于操作平台的下方，无法使用吊车，对大型的换向器仅迫件座就有100公斤左右，装拆非常不便。6.2HLC染色机换向器的维修

HLC染色机换向器更换密封时，只需将外面的换向气缸及轴承座拆下，拧下密封压盖就可取出Y型密封圈；里面的聚四氟乙烯渗石墨环可暂时替代轴承的功能，防止主轴下垂。更换里面的聚四氟乙烯渗石墨衬套时拆下整个主轴阀板组件，拧下压盖上的两个小螺钉就可以更换聚四氟乙烯渗石墨衬套。

7结束语

HLC高温染色机换向器具有结构简单、安装维修方便、换

向可靠、成本低的特点。它在减少能耗、缩短染色时间等方面都取得了突破性的进展，可有效地节约电能、染化料、水及蒸汽，能够使用户最大限度的实现经济效益。此外，它在设计上充分地考虑了环保，保证高效率染色工艺的可靠实现，有效地减少了设备的故障率，大大降低了维修人员的劳动强度。

经过HLC高温染色机换向器几年的使用证明，客户对它有很好的评价，当然，随着科学技术的不断发展，特别是新型密封材料和复合轴承的发展，染色机换向器会越来越轻巧，结构会越来越简单。

4安装

参考文献

[1]邹衡主编.纱线筒子染色工程[M].北京:中国纺织出版社,2004.[2]李世玉主编,全国压力容器标准化技术委员会编.压力容器设计工程师培训教程[M].北京:新华出版社,2005.

4.1阀板与三叉管的安装间隙

换向器在正常工作时阀板会处于0.15~0.25Mpa的压差状态下，阀板轴会产生一定的挠度变形，阀板与三叉管的安装间隙过小时，阀板将会与三叉管磨擦干涉卡死，导致无法换向，间隙过大则漏液过大，影响染色效果，此间隙一般取0.5~1.2mm,根据机型的大小适当调整。

（上接第69页）

参考文献

[1]李乃夫.可编程控制器原理应用实验[M].北京:中国轻工业出版社,2006.

[2]冯凯昉.工程测试技术[M].西安:西北工业大学出版社,2006.[4]卢涵宇,金紫阳,胡迪.增量式编码器数据采集[J].重庆邮电学院学报(自然科学版),2006,6.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/sbl4.html