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        高速編碼器在流量計量中的應用

        發布時間:2019-09-15 15:45:35 瀏覽:

        高速編碼器可用于容積式流量計的流量計量,編碼器可以針對機械裝置的旋轉角度和圈數輸出準確的脈沖信號,并且具備A、B、Z信號輸出功能,可以通過判斷機械裝置的旋轉方向,進行正向和反向的流量計量。應用X2控制器對編碼器的數據信號進行采集處理,可以實現脈沖計量[1]。

        1 高速IO輸入

        X2控制一共具有4種輸入模式:1)累加計數模式,累計從對應的高速輸入端子輸入的脈沖,最大頻率為10k Hz;2)正交計數模式,測量從AB兩相高速輸入的脈沖,根據相位差來進行有方向的數值累計,最大頻率2.5k Hz;3)頻率計數模式,測量從對應的高速輸入端子輸入的脈沖頻率,最小分辨率1us;4)脈寬計數模式,測量從對應的高速輸入端子輸入的脈沖寬度,最小分辨率1us[2]。

        1.1 累加計數模式

        高速輸入的1~4通道都可以設置為累加計數模式,可以同時配置,并且可以選擇上升沿計數或者下降沿計數。同時可以配置每個通道的每圈數值,假設編碼器每圈有1024個脈沖,如果配置該參數為1024,則高速計數器中的數值將在0~1023之間變化。使用%Q17~%Q20對各個計數通道的計數值清零。當1通道和2通道被配置為累加計數模式時,3通道和4通道可以配置為對應1通道和2通道的高速計數復位信號通道,當收到上升或者下降沿信號時,可以清除1通道或者2通道的計數值。需要注意的是只有高速IO輸出設置為HSC Output模式,才可以啟用高速輸出的HSC Output功能[3]。

        圖1 高速IO輸入接線圖

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        Fig.1 High-speed IO input wiring diagram

        1.2 正交計數模式

        正交計數器中記錄的脈沖數會是AB相編碼器標稱每圈脈沖數的4倍。因此,在計數器中得到的結果需要除以4才能和編碼器標稱的每圈脈沖值相符,正交計數模式下,計數器的最大輸入頻率為10kHz/4=2.5kHz??刂破髯疃嘣试S配置2個正交計數器,可以選擇兩種計數模式(方向):1超前2,加計數;1滯后2,減計數。同樣可以配置每個通道的每圈數值,假設編碼器每圈有1024個脈沖,如果配置該參數為1024,則高速計數器中的數值將在0~1023之間變化。%Q17,%Q19可以對各計數通道的計數值清零,使用%Q18、%Q20把通道每圈的最大值賦給計數器。

        1.3 頻率計數模式

        高速輸入的1~4通道都可以配置為頻率計數模式,且可以多個通道同時配置??蛇x擇5種頻率測試刷新模式:10s、1s、100ms、10ms和每個掃描周期,刷新時間越快數值更新越快,響應也越快,但是準確度會有所下降。當脈沖數值持續1s不發生變化時,測量數值會自動清零。頻率測量的最小分辨率是1Hz,該模式不能測量較低頻率的脈沖信號,而且最大的測量頻率為5Hz,不能超限。

        1.4 脈寬計數模式

        高速輸入的1~4通道都可以配置為脈寬計數模式,且可以多個通道同時配置??梢赃x擇4種脈寬測量模式:測量高電平、測量低電平、測量兩次上升沿間隔和測量兩次下降沿間隔,測量的最小分辨率為1usㄢ

        2 編碼器

        歐姆龍E6B2-C型編碼器是一種常見的工業編碼器,其外徑40mm,最大分辨率3600P/R,對應電源DC5-24V(集電極開路輸出型),實現軸負重、徑向30N、軸向20N,附有逆接、負荷短路保護回路,可靠性強。根據現場的工況,選擇E6B2-CWZ5B型歐姆龍編碼器,供電電源電壓DC12V-10%~24V+15%紋波(p-p) 5%以下,消耗電流100mA以下,分辨率(脈沖/旋轉)100、200、360、500、600、1, 000、2, 000。輸出相包括A、B、Z[4]。

        圖2 歐姆龍編碼器接線圖

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        Fig.2 Omron encoder wiring diagram

        3 控制器編程

        3.1 寄存器配置

        在頻率計數模式、累加計數模式和脈寬計數模式下:寄存器AI5-DINT為HSC-1通道高速計數值,寄存器AI7-DINT為HSC-2通道高速計數值,寄存器AI9-DINT為HSC-3通道高速計數值,寄存器AI11-DINT為HSC-4通道高速計數值,AQ3-DINT為HSC-1通道高速輸出預設值,AQ5-DINT為HSC-2通道高速輸出預設值,Q17為HSC-1通道高速計數值清零,Q18為HSC-2通道高速計數值清零,Q19為HSC-3通道高速計數值清零,Q20為HSC-4通道高速計數值清零。而在正交計數模式下:寄存器AI5-DINT為正交計數器1計數值,寄存器AI9-DINT為正交計數器2計數值,Q17為正交計數器1計數值清零,Q18為設置正交計數器1計數值,Q19為正交計數器2計數值清零,Q20為設置正交計數器2計數值[5]。

        3.2 編碼器編程

        將歐姆龍E6B2-CWZ5B編碼器的A相連接I3通道,B相連接I4通道(A相超過B相時進行加計數),Z相連接I1通道,I2通道不使能。屏幕上的組態編程具體操作如下,%AI9有符合的雙整形數值對應3通道,%AI5對應圈數值,%Q19對應%AI9的數值清零[6]。

        程序用于HSC高速輸入的Totalize(累加計數),Quadrature(正交計數)模式,以及高速輸出模式。其數據值存放在%AI5-DINT中,通過控制%Q17計數。HSC3通道(實際接線接I3和I4)被配置為Quadrature(正交計數)模式,用于接收從AB相編碼器發來的脈沖,其數據值存放在%AI9-DINT中,通過控制%Q19可清零累加計數。當HSC1通道被配置為Totalize(累加計數)模式時,對應的%Q1輸出可以配置為HSC高速輸出,當%AI5-DINT的數值大于等于預設的數值%AQ3-DINT時,%Q1立即動作,不受X2邏輯即掃描周期限制。通過%Q17清零%AI5-DINT,可以把%Q1的輸出復位。判斷正反轉程序的編程思路為:如果本周期的值大于上一周期,則為正轉。預置%R5變量對應3個狀態:0-停止,1-正傳,2-反轉。將%AI9的數值賦給%R1變量,每次用新周期的%AI9數值減去上次周期的%R1變量,如果數值大于0則為正轉,如果數值小于0則為反轉,如果數值等于0則代表沒有轉動。

        圖3 控制器的液晶界面圖

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        Fig.3 LCD interface diagram of the controller

        4 結論

        通過X2控制器實現了歐姆龍E6B2-CWZ5B編碼器的脈沖采集、方向判斷和圈數計量。驗證了高速編碼器用于工業流量計量的可行性,由于其功能全,使用靈活,大大提升了容積式流量計的計量效率。

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