基于EtherCAT总线的Kubler编码器在压力机自动调模上的应用

洪磊，封峰，黄建民

（扬力集团股份有限公司精机研究所，江苏扬州225127）

基于EtherCAT总线的Kubler编码器在压力机自动调模上的应用

洪磊，封峰，黄建民

（扬力集团股份有限公司精机研究所，江苏扬州225127）

介绍一种基于EtherCAT总线的自动调节压力机滑块装模高度的方法。使用Kubler编码器测量滑块装模高度，通过PLC读取其值或写入数值，经过处理后获得滑块装模高度的当前值，从而控制调模电机启停实现滑块自动调节的功能。

压力机；Kubler编码器；EtherCAT；自动调模

压力机滑块的装模高度是通过调节连杆的长度来实现的。滑块装模高度调节方法有两种：手动调节方式与自动调节方式。手动调节是使用工具旋转调节螺杆来改变装模高度；自动调节方式是通过调模电机的正转或反转进行调节。一般小型压力机采用手动调节方式，而中大型压力机尤其是大型闭式压力机的装模高度调节量往往很大，手动调节很不方便，需要自动调节。所谓自动调节，就是设定目标模高值，控制调模电机正转或反转带动滑块上升或下降，通过实时读取编码器的值监测装模高度的位置，当到达目标模高值时，自动调节完成。

压力机自动调模要求控制系统具备良好的实时能力、适应小数据量通讯，并且价格经济。EtherCAT可以满足这些需求，并且还可以在I/O级实现因特网技术。

1 Kubler编码器

用绝对值编码器测量压力机装模高度，检测精度非常高。压力机卸荷后对于装模高度的影响也可实时监测。由于中大型闭式压力机装模高度的调节量比较大，在使用时往往选择绝对值型多圈编码器，一般以12位或13位为宜。

KublerEtherCAT接口高分辨率绝对值型编码器具备智能诊断功能与高速数据传输功能，可实现工业自动化应用中的绝对位置与速度的高精度测量。其强大的工作温度、工作时间等参数的诊断与错误及早检测功能，极大地提升了网络的稳定性；嵌入式交换机技术，最大程度地提升了系统的可用性，从而提升了生产效率。

本方案中选用的Kubler编码器型号为8.5868.12B2.B212，每旋转一圈，最多能发出8192个光电脉冲信号，编码器最大测量值能旋转的0～4096周，当计数到4096周后复位为第0周，重新计数编码器旋转周数。

2 EtherCAT总线

在现场总线系统之上的层面，网络控制器中，以太网往往在某种程度上代表着技术发展的水平。该方面目前较新的技术是驱动或I/O级的应用。EtherCAT技术突破了其他以太网解决方案的系统限制：通过该项技术，无需接收以太网数据包，将其解码，之后再将过程数据复制到各个设备。EtherCAT从站设备在报文经过其节点时读取相应的编址数据，同样，输入数据也是在报文经过时插入至报文中。整个过程中，报文只有几纳秒的时间延迟。

根据EtherCAT通信协议，通过编写PLC程序设置编码器总脉冲分辨率为单圈脉冲分辨率，变赋初始值，读取/写入值，部分程序如图1所示。

图1 编码器参数设置部分程序

3 控制系统及算法

3.1 系统组成

本压力机控制系统以OMRON的机器自动化控制器NJ系列PLC为核心，如图2所示，采用Sysmac Automation Platform EtherCat控制网络，通过Sys-Mac Studio自动化控制软件将CPU、远程I/O、Kubler编码器的设定、编程、调试进行统合。

图2 系统组成

3.2 控制算法

系统上电后，编码器读取当前值，由于选用编码器为12位，由于本方案使用单圈测量模式，量程不能满足调模要求，故通过加一模高基准值扩展其量程，模高可根据实际情况选择，但要略小于模高下限值，否则会影响到模高下限值。编码器值加上模高基准值后为当前模高值。本系统所应用的机床调模高度范围为650mm～950mm，牙距比为8:54，编码器为12位，所以一圈能测量的范围606.208mm，达不到机床的要求，故需要选择一模高基准值来扩展其量程，本文选择的是550，测量范围为550mm～1156.20mm，这样编码器的量程就能满足。

程序算法如图3所示。上电后编码器读取当前值，加上基准值后，得到当前模高实际值。由于滑块重量大，停止时会有惯性，当滑块到达目标模高时就会停止，但是在惯性作用下滑块可能会超过目标位置，使得程序控制调模电机反向转动，如此循环多次，使得效率低下，因此本方案中加入刹车距离这一变量，模高上限减去刹车距离得到变量模高上限_上；模高下限加上刹车距离得到变量模高下限_下。用模高当前值与模高上限_上和模高下限_下这两个处理过的模高上、下限比较，使得滑块提前停止，在惯性作用下微调至目标值，刹车距离在实际调试根据具体情况选取，简单有效。

图3 算法控制

4 结束语

本文所述方法在我公司P2H系列闭式高速压力机上得到应用，EtherCAT总线传输速率快速、稳定，配合选用的Kubler编码器高分辨率，使得机床模高调整精确度达到0.1mm。同时可将不同的封闭高度值存储在触摸屏配方内，当需要时只要根据触摸屏内的不同配方名称来提取相应的数值，确认调模后，自动完成滑块高度的调整，提升了设备的自动化程度。同时本文所述方法，使单圈编码器实现多圈编码器的功能，极大地扩展了编码器的检测范围，使产品成本降低，竞争力增加。

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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，工程师，从事检测技术与自动化装置研究。E-mail：304596735@qq.com