膠印機(jī)印刷速度計(jì)算方式剖析論文
絕對型編碼器一般在通電狀態(tài)下與旋轉(zhuǎn)的有無沒有關(guān)系。以格雷碼形式并行輸出與旋轉(zhuǎn)角度對應(yīng)的數(shù)字碼，無需計(jì)數(shù)器，也沒有累積誤差，其機(jī)械位置決定了數(shù)據(jù)輸出的唯一性，即使失電后其原有位置信息仍然保持而不會丟失。絕對型編碼器主要可作為機(jī)械位置（特別是角度位置）反饋的檢測元件。絕對型編碼器的分辨率是由二進(jìn)制的位數(shù)所決定的，相當(dāng)于把一圈360°等分成多少份，分辨率的單位是B（比特）。格雷碼從任一數(shù)到下一數(shù)變化時(shí)，只有一個(gè)數(shù)據(jù)位變化，彌補(bǔ)了自然二進(jìn)制碼的缺陷，避免了因位讀取時(shí)序上的差異而可能造成的數(shù)字碼讀出錯(cuò)誤。當(dāng)絕對型編碼器用作膠印機(jī)主機(jī)實(shí)際位置反饋時(shí)，其輸出信號通過PLC程序代碼轉(zhuǎn)換處理可以很直觀地得出主機(jī)的當(dāng)前角度位置。主機(jī)當(dāng)前角度和再經(jīng)過PLC算術(shù)邏輯運(yùn)算處理而得出的當(dāng)前印刷速度都可以通過PLC與HMI交互信號接口在人機(jī)界面上直接顯示出來。
增量型編碼器輸出信號形式通常為A相、B相（相位相差90°）以及Z相（碼盤一圈內(nèi)僅輸出一次零位）三種信號。增量型編碼器在通電狀態(tài)轉(zhuǎn)動時(shí)將旋轉(zhuǎn)位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號，連續(xù)輸出與旋轉(zhuǎn)位移對應(yīng)的脈沖數(shù)，靜止?fàn)顟B(tài)脈沖信號不輸出。輸出的A相和B相脈沖光電信號可以通過PLC系統(tǒng)內(nèi)置高速計(jì)數(shù)器或高速計(jì)數(shù)模塊進(jìn)行計(jì)數(shù)，讀取其旋轉(zhuǎn)位移的大小，失電后它的原有位置信息將會丟失。增量型編碼器常可作為速度反饋或機(jī)械位置反饋的檢測元件。增量型編碼器的分辨率是由脈沖數(shù)決定的，相當(dāng)于編碼器軸旋轉(zhuǎn)一圈所輸出的脈沖個(gè)數(shù)。當(dāng)增量型編碼器用作膠印機(jī)主機(jī)實(shí)際位置反饋時(shí)，其輸出的脈沖信號經(jīng)過PLC系統(tǒng)采集運(yùn)算處理之后可以很直觀地得出主機(jī)的當(dāng)前角度位置。主機(jī)當(dāng)前角度和再經(jīng)過PLC算術(shù)邏輯運(yùn)算處理而得出的當(dāng)前印刷速度都可以通過PLC與HMI交互信號接口在人機(jī)界面上直接顯示出來。
接近開關(guān)是一種非接觸型檢測元件，在工業(yè)自動化控制中作為高性能和快速響應(yīng)的傳感器而得到廣泛應(yīng)用。在一些膠印機(jī)產(chǎn)品中，它也常作為測速的采樣元件得到使用。其主要特點(diǎn)是使用簡單、工作可靠、壽命長、成本相對低，適應(yīng)較為惡劣的工作環(huán)境。通過PLC系統(tǒng)內(nèi)部計(jì)時(shí)器并利用PLC程序讀取位于遞紙手處接近開關(guān)輸出的狀態(tài)信號作為PLC程序采樣中斷信號，這樣就可以較易得到主機(jī)每轉(zhuǎn)一圈所需的時(shí)間，然后經(jīng)過PLC程序算術(shù)邏輯運(yùn)算處理，得出當(dāng)前印刷速度，并可通過PLC與HMI交互信號接口在人機(jī)界面上直接顯示出來。
膠印機(jī)每小時(shí)印刷的紙張數(shù)即印刷速度，可被認(rèn)為是每小時(shí)遞紙滾筒所轉(zhuǎn)過的總?cè)?shù)。安裝于遞紙滾筒軸上的編碼器一般作為主機(jī)角度位置反饋的檢測元件。絕對型編碼器輸出信號接入到數(shù)字輸入模塊并經(jīng)過PLC程序代碼轉(zhuǎn)換處理后，或增量型編碼器輸出信號通過PLC系統(tǒng)內(nèi)置高速計(jì)數(shù)器或高速計(jì)數(shù)模塊計(jì)數(shù)運(yùn)算處理后，都能比較直觀地直接得到主機(jī)實(shí)際角度位置。這些數(shù)據(jù)可以作為實(shí)現(xiàn)對膠印機(jī)色組的離合壓角度時(shí)序、自動換版的印版滾筒定位角度、前規(guī)的角度時(shí)序等控制的必要條件。對一些依靠機(jī)械凸輪實(shí)現(xiàn)膠印機(jī)色組離合壓且無自動換版要求的膠印機(jī)，則可以選用接近開關(guān)檢測元件作為主機(jī)印刷速度的采樣對象。這樣的采樣方法在能滿足膠印機(jī)設(shè)計(jì)要求的前提下比較經(jīng)濟(jì)、簡單和實(shí)用。
絕對型編碼器輸出的格雷碼信號是一種數(shù)字排序，不是權(quán)重碼，每一位沒有確定的大小，不能直接進(jìn)行大小比較和算術(shù)運(yùn)算，也不能直接轉(zhuǎn)換成其他信號。要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，必須先將格雷碼轉(zhuǎn)換為自然二進(jìn)制碼，但是并非所有PLC系統(tǒng)（如SIEMENS和FUJI可編程控制器）都具有標(biāo)準(zhǔn)的代碼轉(zhuǎn)換功能指令。因此，為了使不同PLC系統(tǒng)的控制程序都具互通性、易讀性和借鑒性，利用PLC系統(tǒng)都具有的基本指令，比較容易實(shí)現(xiàn)格雷碼轉(zhuǎn)換成自然二進(jìn)制碼的代碼轉(zhuǎn)換程序的處理。在PLC程序代碼轉(zhuǎn)換處理過程中可以先將端口格雷碼信號由PLC系統(tǒng)基本指令執(zhí)行異或操作處理，實(shí)現(xiàn)格雷碼轉(zhuǎn)換為自然二進(jìn)制碼的代碼轉(zhuǎn)換；然后利用邏輯與的特點(diǎn)，對端口信號之外的信號位完成屏蔽；根據(jù)格雷碼從尾代碼到頭代碼轉(zhuǎn)變時(shí)只變一位的循環(huán)特點(diǎn)，還需進(jìn)行減去格雷余碼的減法運(yùn)算（凡是分辨率不是2的n次方的，都采用格雷余碼形式），最后得出主機(jī)實(shí)際所轉(zhuǎn)過的角度（可以通過HMI直接顯示）。筆者針對分辨率為9位的絕對型編碼器輸出信號，選用不同PLC系統(tǒng)都具有的基本指令編制了代碼轉(zhuǎn)換處理和算術(shù)運(yùn)算處理的主機(jī)實(shí)際角度顯示程序（如圖2所示），實(shí)現(xiàn)了控制程序的互通性、借鑒性。
對絕對型編碼器而言，利用PLC中斷處理方式執(zhí)行采樣中斷程序，完成輸出信號的代碼轉(zhuǎn)換以及一系列算術(shù)邏輯運(yùn)算，從主機(jī)當(dāng)前角度與主機(jī)前次角度發(fā)生的變化量，可以通過算術(shù)計(jì)算得出近似的主機(jī)印刷速度。在計(jì)算流程中必須注意考慮編碼器信號的響應(yīng)時(shí)間和采樣中斷的時(shí)間。定時(shí)采樣中斷的時(shí)間可以在PLC系統(tǒng)設(shè)定參數(shù)中進(jìn)行設(shè)定（如三菱Q系列）。絕對型編碼器作為采樣對象的膠印機(jī)印刷速度計(jì)算流程如圖3a所示。假設(shè)采樣中斷時(shí)間設(shè)為100ms，那么在1秒時(shí)間內(nèi)可以采樣中斷10次。也即1小時(shí)可采樣中斷36000次。而每次采樣所得編碼器轉(zhuǎn)過角度的變化量除以360即為每次采樣后主機(jī)編碼器的旋轉(zhuǎn)次數(shù)，也即紙張數(shù)。由此：印刷速度=（△角度÷360×10）×3600=△角度×100（張數(shù)/h）其中：△角度=當(dāng)前角度值-前次角度值對位于遞紙手處的`接近開關(guān)而言，除了將其作為前規(guī)角度時(shí)序調(diào)整之用外，PLC系統(tǒng)所采集的接近開關(guān)狀態(tài)信號無法處理、獲取并顯示主機(jī)實(shí)際角度位置（由膠印機(jī)各色組機(jī)械凸輪來控制各色組離合壓的角度時(shí)序等），僅可將其上沿信號作為PLC程序運(yùn)算處理印刷速度的采樣中斷信號。當(dāng)主機(jī)運(yùn)行時(shí)，利用PLC系統(tǒng)內(nèi)部計(jì)時(shí)器進(jìn)行計(jì)時(shí)。一旦系統(tǒng)得到接近開關(guān)輸出的上沿信號就執(zhí)行程序中斷處理，讀取系統(tǒng)當(dāng)前計(jì)時(shí)器內(nèi)數(shù)據(jù)并賦給系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊，同時(shí)對計(jì)時(shí)器復(fù)位。從理論上講，賦給數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)（接近開關(guān)輸出2個(gè)上沿信號之間的時(shí)間）即可認(rèn)為是主機(jī)轉(zhuǎn)動一圈所需的近似時(shí)間。那么，通過PLC程序運(yùn)算處理就可以近似地得出膠印機(jī)的印刷速度了。接近開關(guān)為采樣對象的膠印機(jī)印刷速度計(jì)算流程如圖3b所示。注意：在實(shí)際程序編制過程中還需要進(jìn)行一些必要的運(yùn)算處理，以保證系統(tǒng)采集處理后的印刷速度數(shù)據(jù)更趨精確。計(jì)算印刷速度通常指膠印機(jī)在正向印刷過程中的速度，不存在膠印機(jī)反向印刷的可能性。因此，在實(shí)際計(jì)算印刷速度時(shí)，只需考慮主電機(jī)在正轉(zhuǎn)情況下的印刷速度；一旦主電機(jī)反轉(zhuǎn)，無需考慮印刷速度的計(jì)算。
本文在吸收、消化和理解不同膠印機(jī)部分控制程序的基礎(chǔ)上對膠印機(jī)印刷速度的計(jì)算方法進(jìn)行了剖析，分析了三種不同采樣對象輸出信號的特點(diǎn)、適宜的場合以及對PLC系統(tǒng)模塊配置的要求；同時(shí)，將筆者對印刷速度計(jì)算的理解和分析思路與同行共享。本文希望能有助于同行在實(shí)際應(yīng)用過程中更合理地選擇采樣對象，以滿足PLC系統(tǒng)和膠印機(jī)印刷速度的設(shè)計(jì)要求，盡可能地使不同PLC系統(tǒng)控制程序更具互通性、易讀性和借鑒性。基于PLC為主控單元并輔以可編輯且具有人機(jī)友好智能交互畫面的HMI，已成為未來膠印機(jī)向自動化、柔性化、智能化發(fā)展的一種必然趨勢。
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