光栅编码器在定尺剪切中的应用

毛昀 杨峰 夏洁

摘要：在液压浮动剪控制系统中，轧件长度的精确测量是实现定尺剪切的重要基础，是提高产品合格率的重要因素。安装在轧件进给端的测量胶轮测量轧件的进给长度并通过光栅编码器转换为脉冲信号，通过PLC高速计数器实现轧件长度的精确计算，为实现液压浮动剪对运动中进给的轧件进行精确的定尺分断提供依据。

关键词：光栅编码器;定尺剪切;液压浮动剪

中图分类号：TP212  文献标识码：A  文章编号：1007-9416（2020）04-0000-00

0 引言

液压浮动剪可以按照相关尺寸需求对运动中的轧件进行剪切，在长材生产过程中起到切头、定尺剪切的作用，是轧件生产企业的重要生产装置，应用非常广泛。早期的液压浮动剪采用人工判断切头位置和切料长度，生产效率不高，产品合格率低。为了提高效益大多数企业都采用了自动控制，通过光栅编码器实现轧件长度测量，根据生产要求规格进行切头，达到规定数值进行定尺分断。

1 工艺流程

在生产过程中实现精准测量轧件长度是当前液压浮动剪自动控制系统的重要要求。浮动剪定长切料工艺装置结构如图1所示，轧件通过前级传送装置自动传送，光栅编码器检测胶轮随轧件转动发出脉冲信号，通过s7-200plc的高速计数器功能计算脉冲个数，根据脉冲信号个数和轧件长度对应关系实现对轧件长度的计算。漫反射开关检测轧件上开孔的位置，实现浮动剪剪切过程中的定位。在正常剪切时，为了顺利进行分断剪切，避免出现堆钢和拉钢现象，通常要求剪刃在进入剪切时在轧件运动方向的速度分量应该与此处的物料行进速度相等或稍稍大一点，即以同步速度完成剪切^[1]，本系統通过夹紧气缸使剪刃和轧件在剪切过程中同步运动。浮动剪完成剪切后夹紧气缸松开，型材继续向前传送，浮动剪在重锤作用下自动返回原点位置。液压浮动剪对运动中的进给轧件按照设定的长度进行剪切，被剪切轧件保持连续进给，不需要剪切时停顿，从而提高功效^[2]。

图1 浮动剪定长切料工艺装置结构

2 轧件长度测量

轧件长度测量通过光栅编码器实现，光栅编码器是一种通过光电转换将输出轴的机械几何位移量转换为脉冲或数字量的传感器，主要由码盘和光电检测装置构成，码盘上有均匀刻制的光栅，按工作原理的不同可分为光学型、磁型、感应型和电容型，按刻度方法和信号输出形式的不同可分为增量型、绝对型和混合型。

本系统中采用增量式光栅编码器，在轧件进给方向安装一个与光栅编码器相连的测量胶轮，测量胶轮的周长为200mm。测量胶轮与轧件表面直接接触，在弹簧压力作用下随着轧件进给转动，可以较为精确的反应轧件进给的长度和速度，随着测量胶轮转动，光栅编码器输出脉冲信号，输出脉冲数选用1000p/r。将光栅编码器输出的脉冲信号传送到控制器中进行运算，可以得到轧件进给的长度。

3 S7-200PLC高速计数器

S7-200采用循环扫描的工作模式，普通计数器受CPU扫描周期的影响，每个扫描周期中对计数脉冲只进行一次累加，当脉冲信号的频率高于PLC的扫描频率时，如果仍然采用普通计数器会造成输入脉冲丢失，计数不准确，S7-200提供梯形图或语句中的“高速计数器”指令（HSC）用于控制速率超过PLC扫描速率的事件^[3]。HSC操作十分灵活，有多种确定计数器行为方式的初始化选项。使用时需要在SM存储区中设置几个参数，配置HSC为一个具体的操作模式，将中断程序连接在具体的计数器事件上，最后使能计数器操作。S7-200编程软件中提供了HSC指令向导，HSC向导询问初始化选项，然后为指定的配置生成程序代码和数据块代码。完成HSC参数配置后，可以检查计数器使用的子程序/中断程序列表，要使能计数器操作，必须从主程序中调用包含初始化代码的子程序。在主程序中使用SM0.1确保该子程序仅被调用一次。

4 轧件长度计算

将光栅编码器的输出脉冲信号送入S7-200PLC的输入点I0.0，通过高速计数器指令计算脉冲个数并存储在VD260中。将设定的定尺剪切的长度值换算成脉冲数存储在VD210中，比较VD260和VD210的值，当VD260>VD210时，系统判断达到规定剪切长度，液压浮动剪执行剪切动作，完成剪切动作后VD260的值被清零重新开始记录轧件进给长度，计算程序如图2所示。

5 结语

该系统采用PLC实现自动控制，满足了自动化生产的要求，可以实现任意长度、任意数量的不同订单要求，大幅度的提高了生产的效率。同时采用光电编码器实现轧件长度的测量，提高了测量的精度从而使产品的合格率大幅度提高。

参考文献

[1] 田海，韩强.ABB飞剪自动控制系统研究与改进[J].包钢科技，2016，42（3）：76-79.

[2] 卫永锋.飞剪长度精度控制分析与改进[J].机械管理开发，2015（5）：26-28+31.

[3] 廖常初.S7-200PLC基础教程（第3版）[M].北京：机械工业出版社，2016.

收稿日期：2020-03-14

作者简介：毛昀（1983—），女，湖南长沙人，学士，讲师，研究方向：测控技术与仪器，自动化。

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