膠印機印刷速度計算方式剖析論文
絕對型編碼器一般在通電狀態(tài)下與旋轉的有無沒有關系。以格雷碼形式并行輸出與旋轉角度對應的數(shù)字碼，無需計數(shù)器，也沒有累積誤差，其機械位置決定了數(shù)據輸出的唯一性，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制的位數(shù)所決定的，相當于把一圈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，只有一個數(shù)據位變化，彌補了自然二進制碼的缺陷，避免了因位讀取時序上的差異而可能造成的數(shù)字碼讀出錯誤。當絕對型編碼器用作膠印機主機實際位置反饋時，其輸出信號通過PLC程序代碼轉換處理可以很直觀地得出主機的當前角度位置。主機當前角度和再經過PLC算術邏輯運算處理而得出的當前印刷速度都可以通過PLC與HMI交互信號接口在人機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（碼盤一圈內僅輸出一次零位）三種信號。增量型編碼器在通電狀態(tài)轉動時將旋轉位移轉換成周期性的電信號，連續(xù)輸出與旋轉位移對應的脈沖數(shù)，靜止狀態(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)內置高速計數(shù)器或高速計數(shù)模塊進行計數(shù)，讀取其旋轉位移的大小，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，相當于編碼器軸旋轉一圈所輸出的脈沖個數(shù)。當增量型編碼器用作膠印機主機實際位置反饋時，其輸出的脈沖信號經過PLC系統(tǒng)采集運算處理之后可以很直觀地得出主機的當前角度位置。主機當前角度和再經過PLC算術邏輯運算處理而得出的當前印刷速度都可以通過PLC與HMI交互信號接口在人機界面上直接顯示出來。
接近開關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的傳感器而得到廣泛應用。在一些膠印機產品中，它也常作為測速的采樣元件得到使用。其主要特點是使用簡單、工作可靠、壽命長、成本相對低，適應較為惡劣的工作環(huán)境。通過PLC系統(tǒng)內部計時器并利用PLC程序讀取位于遞紙手處接近開關輸出的狀態(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每轉一圈所需的時間，然后經過PLC程序算術邏輯運算處理，得出當前印刷速度，并可通過PLC與HMI交互信號接口在人機界面上直接顯示出來。
膠印機每小時印刷的紙張數(shù)即印刷速度，可被認為是每小時遞紙滾筒所轉過的總圈數(shù)。安裝于遞紙滾筒軸上的編碼器一般作為主機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)字輸入模塊并經過PLC程序代碼轉換處理后，或增量型編碼器輸出信號通過PLC系統(tǒng)內置高速計數(shù)器或高速計數(shù)模塊計數(shù)運算處理后，都能比較直觀地直接得到主機實際角度位置。這些數(shù)據可以作為實現(xiàn)對膠印機色組的離合壓角度時序、自動換版的印版滾筒定位角度、前規(guī)的角度時序等控制的必要條件。對一些依靠機械凸輪實現(xiàn)膠印機色組離合壓且無自動換版要求的膠印機，則可以選用接近開關檢測元件作為主機印刷速度的采樣對象。這樣的采樣方法在能滿足膠印機設計要求的前提下比較經濟、簡單和實用。
絕對型編碼器輸出的格雷碼信號是一種數(shù)字排序，不是權重碼，每一位沒有確定的大小，不能直接進行大小比較和算術運算，也不能直接轉換成其他信號。要進行數(shù)據處理，必須先將格雷碼轉換為自然二進制碼，但是并非所有PLC系統(tǒng)（如SIEMENS和FUJI可編程控制器）都具有標準的代碼轉換功能指令。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，比較容易實現(xiàn)格雷碼轉換成自然二進制碼的代碼轉換程序的處理。在PLC程序代碼轉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，實現(xiàn)格雷碼轉換為自然二進制碼的代碼轉換；然后利用邏輯與的特點，對端口信號之外的信號位完成屏蔽；根據格雷碼從尾代碼到頭代碼轉變時只變一位的循環(huán)特點，還需進行減去格雷余碼的減法運算（凡是分辨率不是2的n次方的，都采用格雷余碼形式），最后得出主機實際所轉過的角度（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換處理和算術運算處理的主機實際角度顯示程序（如圖2所示），實現(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換以及一系列算術邏輯運算，從主機當前角度與主機前次角度發(fā)生的變化量，可以通過算術計算得出近似的主機印刷速度。在計算流程中必須注意考慮編碼器信號的響應時間和采樣中斷的時間。定時采樣中斷的時間可以在PLC系統(tǒng)設定參數(shù)中進行設定（如三菱Q系列）。絕對型編碼器作為采樣對象的膠印機印刷速度計算流程如圖3a所示。假設采樣中斷時間設為100ms，那么在1秒時間內可以采樣中斷10次。也即1小時可采樣中斷36000次。而每次采樣所得編碼器轉過角度的變化量除以360即為每次采樣后主機編碼器的旋轉次數(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=當前角度值-前次角度值對位于遞紙手處的`接近開關而言，除了將其作為前規(guī)角度時序調整之用外，PLC系統(tǒng)所采集的接近開關狀態(tài)信號無法處理、獲取并顯示主機實際角度位置（由膠印機各色組機械凸輪來控制各色組離合壓的角度時序等），僅可將其上沿信號作為PLC程序運算處理印刷速度的采樣中斷信號。當主機運行時，利用PLC系統(tǒng)內部計時器進行計時。一旦系統(tǒng)得到接近開關輸出的上沿信號就執(zhí)行程序中斷處理，讀取系統(tǒng)當前計時器內數(shù)據并賦給系統(tǒng)數(shù)據塊，同時對計時器復位。從理論上講，賦給數(shù)據塊的數(shù)據（接近開關輸出2個上沿信號之間的時間）即可認為是主機轉動一圈所需的近似時間。那么，通過PLC程序運算處理就可以近似地得出膠印機的印刷速度了。接近開關為采樣對象的膠印機印刷速度計算流程如圖3b所示。注意：在實際程序編制過程中還需要進行一些必要的運算處理，以保證系統(tǒng)采集處理后的印刷速度數(shù)據更趨精確。計算印刷速度通常指膠印機在正向印刷過程中的速度，不存在膠印機反向印刷的可能性。因此，在實際計算印刷速度時，只需考慮主電機在正轉情況下的印刷速度；一旦主電機反轉，無需考慮印刷速度的計算。
本文在吸收、消化和理解不同膠印機部分控制程序的基礎上對膠印機印刷速度的計算方法進行了剖析，分析了三種不同采樣對象輸出信號的特點、適宜的場合以及對PLC系統(tǒng)模塊配置的要求；同時，將筆者對印刷速度計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際應用過程中更合理地選擇采樣對象，以滿足PLC系統(tǒng)和膠印機印刷速度的設計要求，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友好智能交互畫面的HMI，已成為未來膠印機向自動化、柔性化、智能化發(fā)展的一種必然趨勢。
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