增量式旋转编码器在材料自动分拣装置中的应用

广西轻工业

GUANGXI JOURNAL OF LIGHT INDUSTRY

机械与电气

2009年8月第8期（总第129期）

【作者简介】张顺星（1980-），男，河南焦作人，教师，工程硕士在读，研究方向：电气自动化控制。

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

测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式；根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。增量式编码器的输出信号为脉冲信号，

其脉冲个数与相对旋转位移有关,而与旋转的绝对位置无关,其精度较高,而且其成本相对较低。可编程序控制器

（PLC ）作为在工业控制领域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：（1

）分拣出金属与非金属；（2）分拣出某一颜色块；（3）分拣出金属中某一颜色块和非金属中某一颜色块。

图1材料自动分拣装置结构图

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）当电感式接近开关检测到铁块物料时，推气缸1动作，将待测物料推入下料槽。（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动作将待测物料推入下料槽。

（7）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。（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。

3硬件设计

3.1P LC 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个传感器信号，即颜色识别传感器、电容式接近开关、电感式接近开关、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

根据所选择的PLC 机型，

对PLC 的I/O 地址编号。系统的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

要】增量式编码器的输出信号为脉冲信号，

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。

【关键词】可编程控制器；

材料自动分拣装置；旋转编码器；位置控制控制【中图分类号】TN762【文献标识码】A 【文章编号】1003-2673(2009)08－68－02

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（下转第72页）

I/O 地址分配表，如表1所示。

表1I/O 地址分配表

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 ，每个正弦波相差90度相位差

（相对于一个周波为360度），将C 、D 信号反向，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的波形。

如果增量式编码器顺时针旋转，则相滞后相。如果逆时针旋转，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2增量式旋转编码器输出脉冲典型波型

分拣装置选用欧姆龙公司生产的E6A2-CW5C 增量式旋转编码器。

该编码器电源电压为DC12-24V ，A 、B 两项输出，分辨率为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

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，从而达到准确位置控制的目的。分拣装置选用linix （联宜）生产的YN60-6减速电机。

3.3旋转编码器与P LC 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

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（HS C ）参数设置4.1.1系统寄存器N o.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、

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。

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。

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