CN111252673A - 一种旋转编码器的角度-长度转换装置与方法 - Google Patents

一种旋转编码器的角度-长度转换装置与方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供给了一种转编码器的角度‑长度转换装置与方法，其中一种旋转编码器的角度‑长度转换装置，包括编码器、PLC以及触摸屏，所述编码器安装于起重机钢丝绳卷筒轴承座上并与PLC通讯连接，所述PLC与触摸屏通讯连接；所述触摸屏的界面上预设有可视化按钮和可视化输入输出框，所述PLC内装载有将编码器的角度‑长度转换的线性转化模块，所述线性转化模块内设有与可视化按钮关联的按钮地址存储区、与可视化输入输出框关联的输入输出地址存储区。本发明采用可视化的触摸屏与PLC进行关联来实现实时检测起吊设备位置进行实时动态调整，可视化程度高，通用性强。同时使用简单，便于维护人员操作维修护理。

Description

一种旋转编码器的角度-长度转换装置与方法
技术领域
本发明属于工控技术领域，涉及一种旋转编码器的角度-长度转换装置与方法。
背景技术
在起重行业，为了监测起吊设备相对具体位置，一般通过借助安装在钢丝绳卷筒轴承座上的编码器来检测。方法一为将编码器变化的旋转角度信号输入至开度仪，通过在开度仪内部将编码器角度信号转换为设备运行长度后在开度仪上显示以及输出若干个位置控制点。方法二为编码器信号直接输入至PLC且知道卷筒直径、钢丝绳滑轮倍率后换算出编码器旋转角度到长度的线性比例因子，通过由PLC内部程序中将编码器角度直接换算为设备运行长度以及PLC内部输出若干个软控制点。当两台及两台以上起重机或者双小车桥式起重机(如图1所示)、门式起重机共同抬吊超大设备时，为了保证所起吊设备顺利安装就位，需要实时检测起吊设备位置进行实时动态调整，这时就要借助编码器动态检测吊钩实时位置形成闭环控制，所有吊钩位置都在实时动态对比调整中。如采用方法一监测起吊物体，仪表输出控制点难以满足系统实现动态实时控制，如采用方法二，可以实现系统动态实时调整，但存在更换编码器后需要通过修改PLC程序来重新设定或者手动旋转编码器以对应实际吊钩位置的问题，而设备现场的维护人员往往不具备修改PLC程序的能力。因此，这两种方法操作繁琐、更换维修困难，不能满足系统使用要求。
发明内容
本发明主要针对上述通过开度仪和PLC程序内部直接换算两种方式存在的不足，提供了一种使用简单，调试方法简洁方便，可视化程度高，通用性强的旋转编码器的角度-长度转换装置与方法。
本发明采用的技术方案是：
一种旋转编码器的角度-长度转换装置，其特征在于：包括编码器、PLC以及触摸屏，所述编码器安装于起重机钢丝绳卷筒轴承座上并与PLC通讯连接，所述PLC与触摸屏通讯连接；所述触摸屏的界面上预设有可视化按钮和可视化输入输出框，所述PLC内装载有将编码器的角度-长度转换的线性转化模块，所述线性转化模块内设有与可视化按钮关联的按钮地址存储区、与可视化输入输出框关联的输入输出地址存储区。本发明采用可视化的触摸屏于PLC进行关联来实现实时检测起吊设备位置进行实时动态调整，可视化程度高，通用性强。同时使用简单，便于维护人员操作维修护理。
进一步，所述可视化按钮包括零位初始值设定按钮、满值标定按钮、实际行程按钮、零点标定按钮、编码器模数值按钮、限位一设定按钮、限位二设定按钮、限位三设定按钮、编码器旋转方向按钮。
进一步，所述零位初始值设定按钮、满值标定按钮、实际行程按钮、编码器模数值按钮、限位一设定按钮、限位二设定按钮、限位三设定按钮、编码器旋转方向按钮均对应设置有可视化输入输出框。
进一步，所述可视化输入输出框的数字格式为带符号十进制格式。
进一步，所述编码器通过硬线与PLC连接。
进一步，所述PLC与触摸屏通过MPI通讯电缆连接。
进一步，所述PLC采用西门子S7-315 2DP带SM338模块系列。
进一步，所述触摸屏采用西门子SMART屏幕，
进一步，所述编码器采用倍加福AVM58N-011K1ROGN-1213多圈绝对值系列。
一种旋转编码器的角度-长度转换方法，其吊钩实际距离获取如下：
(1)吊钩以及编码器位于相对初始零位，长按零点标定按钮后松开，通过此操作将PLC采集到的编码器模数值通过触摸屏送入PLC断电保持存储区，设此时PLC采集到的编码器模数值为X1；
(2)吊钩上升或下降一定距离，将此距离数值填入满值标定按钮对应的输入框中，然后长按满值标定按钮后松开，通过此操作将PLC采集到的编码器模数值以及编码器变化后对应的吊钩上升或下降的具体距离通过触摸屏送入PLC断电保持存储区，设此时PLC采集到的编码器模数值为X2(X1≠X2)，吊钩变化的距离为D1；
(3)如果吊钩升降方向与编码器采样值变化方向不一致，则将1数值写入编码器旋转方向按钮对应的输入框中，长按编码器旋转方向按钮后松开，通过此操作将编码器变化方向与吊钩升降方向设置为一致；
(4)将吊钩相对位置初始数值填入零位初始值设定按钮对应的输入框中，再长按零位初始值设定按钮后松开，此时实际行程按钮对应的输出框中显示吊钩实际相对位置数值，通过此操作计算出此时吊钩相对零点的距离，设吊钩相对零点的距离为D2，吊钩实际相对位置为D；
(5)吊钩继续上升或下降，此时对应PLC采集的编码器模数值为X；
(6)将需要控制的限位数值分别填入限位一设定按钮、限位二设定按钮、以及限位三设定按钮对应的输入框中后分别长按限位一设定按钮、限位二设定按钮、限位三设定按钮后松开，通过此操作将限位数值存入PLC相对应断电保存区后与吊钩实际位置D做比较，如果大于实际位置则分别输出一个控制点，
其中吊钩实际距离可按公式获得：
Figure BDA0002386156730000031
本发明的有益效果：具有实用性强、低成本、操作方便快捷、通用性强等特点，有很好的推广与使用价值。
附图说明
图1为双小车桥式起重机的结构示意图。
图2为本发明的整体结构示意图。
图3为本发明的编码器的安装结构示意图。
图4为本发明的触摸屏的界面上的设置示意图。
图5为本发明的PLC侧的与可视化输入输出框关联的地址存储区的设置示意图。
图6为本发明的PLC侧的与可视化按钮关联的按钮地址存储区的设置示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
实施例一
参见图2～6，本实施例提供了一种旋转编码器的角度-长度转换装置，包括编码器3、PLC 2以及触摸屏1，所述编码器3安装于起重机钢丝绳卷筒轴承座4上并与PLC 2通讯连接，所述PLC 2与触摸屏1通讯连接；所述触摸屏1的界面上预设有可视化按钮①～⑨和可视化输入输出框⑩～
Figure BDA0002386156730000051
所述PLC 2内装载有将编码器的角度-长度转换的线性转化模块，所述PLC 2内设有与可视化按钮关联的按钮地址存储区、与可视化输入输出框关联的输入输出地址存储区。本发明在卷筒5旋转时带动编码器3同步旋转，同时收放钢丝绳，通过钢丝绳的收放达到吊钩上升或下降运动目的，与此同时编码器3旋转后产生角度变化信号，由PLC 2进行采集，通过触摸屏1预设可视化按钮①～⑨将吊钩高度变化数据通过可视化输入输出框⑩～
Figure BDA0002386156730000061
写入PLC 2对应的关联地址存储区，再由PLC 2内部预设程序计算出设备的相对位置。
具体的，本实施例所述PLC 2为西门子S7-315 2DP带SM338模块系列，触摸屏1为西门子SMART屏幕，编码器3采用倍加福AVM58N-011K1ROGN-1213多圈绝对值系列，其中编码器3通过硬线与PLC 2的SM338模块连接，而PLC 2与触摸屏1通过MPI通讯电缆连接。
本实施例利用触摸屏1开发可视化转换界面，可视化按钮与可视化输入输出框地址关联PLC 2侧相对应地址，见图5、图6所示。在PLC 2内部提前装载对应特定线性转化模块，利用MPI网将PLC 2与触摸屏1连成一体，通过触摸屏1内部开发的可视化按钮①～⑨将触摸屏1上写入的相对应数据通过MPI网络存入图5的PLC 2对应存储区中后由PLC 2内置程序进行计算转换。
本实施例所述可视化按钮①～⑨包括零位初始值设定按钮①、满值标定按钮②、实际行程按钮③、零点标定按钮④、编码器模数值按钮⑧、限位一设定按钮⑤、限位二设定按钮⑥、限位三设定按钮⑦、编码器旋转方向按钮⑨。
除了零点标定按钮④不关联输入输出区外，其余所述零位初始值设定按钮①、满值标定按钮②、实际行程按钮③、编码器模数值按钮⑧、限位一设定按钮⑤、限位二设定按钮⑥、限位三设定按钮⑦、编码器旋转方向按钮⑨各自对应设置有可视化输入输出框⑩～
Figure BDA0002386156730000062
该数字格式为带符号十进制格式。
同时在PLC 2侧，将触摸屏1中的按钮关联至PLC 2中的M位存储区，分别对应为M15.0(零点标定)
Figure BDA0002386156730000063
M15.1(满值标定)
Figure BDA0002386156730000064
M15.2(零位初始值设定)
Figure BDA0002386156730000065
M15.3(限位一设定)
Figure BDA0002386156730000066
M15.4(限位二设定)
Figure BDA0002386156730000067
M15.5(限位三设定)
Figure BDA0002386156730000068
M15.6(编码器旋转方向)
Figure BDA0002386156730000069
将触摸屏1中按钮下的输入输出框关联至PLC中的DB储存区(断电保存区)，分别对应为DB1.DBD0(实际行程)
Figure BDA0002386156730000071
DB1.DBD4(满值标定)
Figure BDA0002386156730000072
DB1.DBD8(零位初始值设定)
Figure BDA0002386156730000073
DB1.DBD12(限位一设定)
Figure BDA0002386156730000074
DB1.DBD16(限位二设定)
Figure BDA0002386156730000075
DB1.DBD20(限位三设定)
Figure BDA0002386156730000076
DB1.DBD24(编码器模数值)
Figure BDA0002386156730000077
DB1.DBD28(编码器旋转方向)
Figure BDA0002386156730000078
触摸屏1中各按钮功能如下：
零点标定按钮④：按下该按钮后实际行程按钮③对应的输出框
Figure BDA0002386156730000079
中的十进制数字直接变为零；
满值标定按钮②：将吊钩上升或下降至一定高度使编码器发生角度变化，此时将吊钩高度实际变化的高度数值输入至满值标定按钮②对应的输入框
Figure BDA00023861567300000710
中，再按下满值标定按钮②，数据传送至PLC 2内部，编码器角度-长度换算比例因子由PLC 2程序直接计算完成，此时实际行程按钮③对应的输出框
Figure BDA00023861567300000711
中显示满值标定按钮②对应的输入框
Figure BDA00023861567300000712
数据；
零位初始值设定按钮①：将吊钩相对零位数值写入零位初始值设定按钮①对应的输入框⑩后，再按下“零位初始值设定按钮①，数据传送至PLC 2内部后，经过PLC 2内部计算，实际行程按钮③对应的输出框
Figure BDA00023861567300000713
显示满值标定按钮②对应的输入框
Figure BDA00023861567300000714
与零位初始值设定按钮①对应的输入框⑩的相加或相减数据，也就是吊钩的实际相对位置；
实际行程按钮③对应的输出框
Figure BDA00023861567300000715
该输出框中显示吊钩的实际相对位置；
编码器模数值按钮⑧对应的输出框
Figure BDA00023861567300000716
通过PLC 2采集编码器信号，该输出框中显示编码器输入至PLC 2中的实时动态采样值，通过此变化值可以判断编码器旋转方向以及编码器旋转的圈数；
限位一设定按钮⑤对应的输入框
Figure BDA00023861567300000717
当在该输入框中输入十进制数据后，按下该按钮后，数据传送至PLC 2内部，经过PLC 2内部计算，PLC 2中产生一个位置限制点，同理限位二设定按钮⑥对应的输入框
Figure BDA00023861567300000718
限位三设定按钮⑦对应的输入框
Figure BDA0002386156730000081
编码器旋转方向按钮⑨对应的输入框
Figure BDA0002386156730000082
通过在此输入框中输入0或1，按下该按钮后数据被传送至PLC 2中，则可改变编码器旋转方向。
本发明采用可视化的触摸屏于PLC 2进行关联来实现实时检测起吊设备位置进行实时动态调整，可视化程度高，通用性强。同时使用简单，便于维护人员操作维修护理。
实施例二
本实施例提供一种实施例一所述的一种旋转编码器的角度-长度转换方法，其吊钩实际距离获取如下：
(1)吊钩以及编码器位于相对初始零位，长按零点标定按钮④后松开，通过此操作将PLC采集到的编码器模数值通过触摸屏送入PLC断电保持存储区，设此时PLC采集到的编码器模数值为X1；
(2)吊钩上升或下降一定距离，将此距离数值填入满值标定按钮②对应的输入框
Figure BDA0002386156730000083
中，然后长按满值标定按钮②后松开，通过此操作将PLC采集到的编码器模数值以及编码器变化后对应的吊钩上升或下降的具体距离通过触摸屏送入PLC断电保持存储区，设此时PLC采集到的编码器模数值为X2(X1≠X2)，吊钩变化的距离为D1；
(3)如果吊钩升降方向与编码器采样值变化方向不一致，则将1数值写入编码器旋转方向按钮⑨对应的输入框
Figure BDA0002386156730000084
中，长按编码器旋转方向按钮⑨后松开，通过此操作将编码器变化方向与吊钩升降方向设置为一致；
(4)将吊钩相对位置初始数值填入零位初始值设定按钮①对应的输入框⑩中，再长按零位初始值设定按钮①后松开，此时实际行程按钮③对应的输出框
Figure BDA0002386156730000091
中显示吊钩实际相对位置数值，通过此操作计算出此时吊钩相对零点的距离，设吊钩相对零点的距离为D2，吊钩实际相对位置为D；
(5)吊钩继续上升或下降，此时对应PLC采集的编码器模数值为X；
(6)将需要控制的限位数值分别填入限位一设定按钮⑤、限位二设定按钮⑥、以及限位三设定按钮⑦对应的输入框
Figure BDA0002386156730000092
中后分别长按限位一设定按钮⑤、限位二设定按钮⑥、限位三设定按钮⑦后松开，通过此操作将限位数值存入PLC相对应断电保存区后与吊钩实际位置D做比较，如果大于实际位置则分别输出一个控制点，其中吊钩实际距离可按公式获得：
Figure BDA0002386156730000093
本发明采用可视化的触摸屏于PLC进行关联来实现实时检测起吊设备位置进行实时动态调整，调试方法简洁方便。
本说明书实施例子所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例子所陈述的具体形式，也涉及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (10)

1.一种旋转编码器的角度-长度转换装置，其特征在于：包括编码器、PLC以及触摸屏，所述编码器安装于起重机钢丝绳卷筒轴承座上并与PLC通讯连接，所述PLC与触摸屏通讯连接；所述触摸屏的界面上预设有可视化按钮和可视化输入输出框，所述PLC内装载有将编码器的角度-长度转换的线性转化模块，所述线性转化模块内设有与可视化按钮关联的按钮地址存储区、与可视化输入输出框关联的输入输出地址存储区。
2.根据权利要求1所述的一种旋转编码器的角度-长度转换装置，其特征在于：所述可视化按钮包括零位初始值设定按钮、满值标定按钮、实际行程按钮、零点标定按钮、编码器模数值按钮、限位一设定按钮、限位二设定按钮、限位三设定按钮、编码器旋转方向按钮。
3.根据权利要求2所述的一种旋转编码器的角度-长度转换装置，其特征在于：所述零位初始值设定按钮、满值标定按钮、实际行程按钮、编码器模数值按钮、限位一设定按钮、限位二设定按钮、限位三设定按钮、编码器旋转方向按钮均对应设置有可视化输入输出框。
4.根据权利要求3所述的一种旋转编码器的角度-长度转换装置，其特征在于：所述可视化输入输出框的数字格式为带符号十进制格式。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的一种旋转编码器的角度-长度转换装置，其特征在于：所述编码器通过硬线与PLC连接。
6.根据权利要求5所述的一种旋转编码器的角度-长度转换装置，其特征在于：所述PLC与触摸屏通过MPI通讯电缆连接。
7.根据权利要求1所述的一种旋转编码器的角度-长度转换装置，其特征在于：所述PLC采用西门子S7-315 2DP带SM338模块系列。
8.根据权利要求1所述的一种旋转编码器的角度-长度转换装置，其特征在于：所述触摸屏采用西门子SMART屏幕。
9.根据权利要求1所述的一种旋转编码器的角度-长度转换装置，其特征在于：所述编码器采用倍加福AVM58N-011K1ROGN-1213多圈绝对值系列。
10.一种旋转编码器的角度-长度转换方法，其应用于权利要求1-9任意一项所述的一种旋转编码器的角度-长度转换装置，其吊钩实际距离获取如下：
(1)吊钩以及编码器位于相对初始零位，长按零点标定按钮后松开，通过此操作将PLC采集到的编码器模数值通过触摸屏送入PLC断电保持存储区，设此时PLC采集到的编码器模数值为X1；
(2)吊钩上升或下降一定距离，将此距离数值填入满值标定按钮对应的输入框中，然后长按满值标定按钮后松开，通过此操作将PLC采集到的编码器模数值以及编码器变化后对应的吊钩上升或下降的具体距离通过触摸屏送入PLC断电保持存储区，设此时PLC采集到的编码器模数值为X2，吊钩变化的距离为D1；
(3)如果吊钩升降方向与编码器采样值变化方向不一致，则将1数值写入编码器旋转方向按钮对应的输入框中，长按编码器旋转方向按钮后松开，通过此操作将编码器变化方向与吊钩升降方向设置为一致；
(4)将吊钩相对位置初始数值填入零位初始值设定按钮对应的输入框中，再长按零位初始值设定按钮后松开，此时实际行程按钮对应的输出框中显示吊钩实际相对位置数值，通过此操作计算出此时吊钩相对零点的距离，设吊钩相对零点的距离为D2，吊钩实际相对位置为D；
(5)吊钩继续上升或下降，此时对应PLC采集的编码器模数值为X；
(6)将需要控制的限位数值分别填入限位一设定按钮、限位二设定按钮、以及限位三设定按钮对应的输入框中后分别长按限位一设定按钮、限位二设定按钮、限位三设定按钮后松开，通过此操作将限位数值存入PLC相对应断电保存区后与吊钩实际位置D做比较，如果大于实际位置则分别输出一个控制点，
其中吊钩实际距离可按公式获得：
Figure FDA0002386156720000031
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