CN112415944A - 基于plc的光栅尺数据采集系统及方法 - Google Patents

基于plc的光栅尺数据采集系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112415944A
CN112415944A CN202011347598.3A CN202011347598A CN112415944A CN 112415944 A CN112415944 A CN 112415944A CN 202011347598 A CN202011347598 A CN 202011347598A CN 112415944 A CN112415944 A CN 112415944A
Authority
CN
China
Prior art keywords
grating ruler
plc
grating
length
speed counter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011347598.3A
Other languages
English (en)
Inventor
赵米锋
丁国
邓鹏波
杨曦
朱锴
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Measuring And Testing Institute Under Xi'an Aerospace Corp
Original Assignee
Measuring And Testing Institute Under Xi'an Aerospace Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Measuring And Testing Institute Under Xi'an Aerospace Corp filed Critical Measuring And Testing Institute Under Xi'an Aerospace Corp
Priority to CN202011347598.3A priority Critical patent/CN112415944A/zh
Publication of CN112415944A publication Critical patent/CN112415944A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/05—Programmable logic controllers, e.g. simulating logic interconnections of signals according to ladder diagrams or function charts
    • G05B19/058—Safety, monitoring
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/10—Plc systems
    • G05B2219/14—Plc safety
    • G05B2219/14006—Safety, monitoring in general

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明涉及一种光栅尺数据采集系统及方法，具体涉及一种基于PLC的光栅尺数据采集系统及方法。解决现有通过计算机专用板卡实现数据采集存在的成本高以及采用专用数显表实现数据采集存在的频率过高数据易丢失及功能单一的技术问题。包括PLC、触摸屏及开关电源；PLC自带高速计数器；光栅尺输出信号与高速计数器的采集端口连接；PLC用于将光栅尺输出信号处理后上传至触摸屏；上述触摸屏用于接收PLC输出信号并进行人机交互；PLC内存储数据处理程序，PLC对光栅尺输出信号进行处理，将光栅尺的脉冲信号转换为实际长度。本发明采用PLC高速计数器计数功能读取光栅尺信号，通过编程实现数据处理，无需采用计算机就可完成，可直接将数据上传触摸屏实现人机交互。

Description

基于PLC的光栅尺数据采集系统及方法
技术领域
本发明涉及一种光栅尺数据采集系统及方法，具体涉及一种基于PLC的光栅尺数据采集系统及方法。
背景技术
光栅尺是一种高精度的位移标准装置，目前被广泛用于各种高精度的平移或转动装置中来计算位移。目前大部分光栅尺的输出信号主要是正弦波信号和方波信号，一般通过计算机专用板卡或专用数显表实现数据采集。
计算机专用板卡的成本相对较高，使得获取位移的成本提高。采用数显表采集数据，当设备运行速度过高时，光栅尺输出信号频率超过500k时出现丢失，损失光栅尺精度，无法满足一些用户的使用需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于PLC的光栅尺数据采集系统及方法，解决现有通过计算机专用板卡实现数据采集存在的成本高以及采用专用数显表实现数据采集存在的频率过高数据易丢失及功能单一的技术问题。
本发明的技术方案是提供一种基于PLC的光栅尺数据采集系统，其特殊之处在于：包括PLC、触摸屏及开关电源；
上述开关电源包括5V开关电源及24V开关电源，上述5V开关电源用于给光栅尺供电，上述24V开关电源用于给PLC和触摸屏供电；
上述PLC自带高速计数器；光栅尺输出信号与高速计数器的采集端口连接；
上述PLC用于将光栅尺输出信号处理后上传至触摸屏；上述触摸屏用于接收PLC输出信号并进行人机交互；
上述PLC内存储数据处理程序，用于对光栅尺输出信号进行处理，将光栅尺的脉冲信号转换为实际长度；上述数据处理程序包括暖启动程序、主程序及校准子程序；上述数据处理程序被执行时，执行以下步骤：
步骤1、运行暖启动程序，实现初始化；
PLC上电，对高速计数器数据存储地址以及其它数据存储地址清零初始化；
步骤2、运行主程序，计算光栅尺实际长度；
步骤2.1、PLC的数字量输入端口接收到光栅尺参考点的上升沿信号，触发高速计数器开始计数，并将脉冲数存储到高速计数器数据存储地址中；
步骤2.2、读取高速计数器数据存储地址中的脉冲数，若该地址中的脉冲数有不稳定或跳变现象，则在设定时间内连续存储n个脉冲数，取其平均值或者中位值作为该地址当前脉冲数；其中n为大于等于2的正整数；
步骤2.3、根据采集到的脉冲数及光栅尺本身出厂时的栅距计算光栅尺实际长度；
步骤3、运行校准子程序，对光栅尺实际长度进行校准。
进一步地，为了可以空出PLC高速计数器的两个采集端口连接另外一个单端信号输出的光栅尺或者用户系统中别的信号的接收，该系统还包括差分信号转单端信号调理电路；上述差分信号转单端信号调理电路的输入端及输出端分别与光栅尺输出端及PLC高速计数器的其中两路采集端口连接，用于将光栅尺输出的5V差分信号转换为24V单端信号后输入至PLC高速计数器的两路采集端口。该方式一般用于现场环境较好并且没有其他干扰信号时，可以节约PLC两个高速采集端口用于其它数据处理。若光栅尺使用环境相对比较恶劣可以不用该调理电路直接将光栅尺输出的差分信号连接至PLC高速计数器的四路采集端口，可以消除干扰信号，有效的提高光栅尺的测量精度。
进一步地，为了获得精确的测量数据，上述校准子程序被执行时，执行以下步骤：
步骤01、根据实际使用的光栅尺长度以及实际使用对设备的精度要求判断采用哪种方式进行校准，若采用线性校准，执行步骤02；否则执行步骤04，采用非线性校准；
步骤02、线性校准，PLC和激光干涉仪同时测量光栅尺长度；
步骤a1、PLC计算光栅尺长度；
首先，PLC的数字量输入端口接收到光栅尺参考点上升沿信号触发高速计数器开始计数，并将脉冲数存储到高速计数器数据存储地址中；
其次，读取高速计数器数据存储地址中的脉冲数，若该地址中的脉冲数有不稳定或跳变现象，则在设定时间内连续存储n个脉冲数，取其平均值或者中位值作为该地址当前脉冲数；其中n为大于等于2的正整数；
最后，根据采集到的脉冲数及光栅尺本身出厂时的栅距计算光栅尺实际长度；
步骤b1、激光干涉仪测量光栅尺，得出标准长度，进入步骤03；
步骤03、根据步骤a1PLC计算出的光栅尺长度以及步骤b1中激光干涉仪测量得到的标准长度，进行计算得出补偿系数；
将该补偿系数与步骤2计算出的光栅尺实际长度相乘即可得到校准后的光栅尺长度数据；
步骤04、非线性校准；
将光栅尺划分为若干区段，PLC和激光干涉仪同时测量每一区段的光栅尺长度；
步骤a2、PLC测量每一区段的光栅尺长度；
首先，PLC的数字量输入端口接收到光栅尺每一区段参考点上升沿信号触发高速计数器开始计数，并将脉冲数存储到高速计数器数据存储地址中；
其次，读取高速计数器数据存储地址中的脉冲数，若该地址中的脉冲数有不稳定或跳变现象，则在设定时间内连续存储n个脉冲数，取其平均值或者中位值作为该地址当前脉冲数；其中n为大于等于2的正整数；
最后，根据采集到的脉冲数及光栅尺每一区段本身出厂时的栅距计算光栅尺每一区段的实际长度；
步骤b2、激光干涉仪测量光栅尺每一区段，得出每一区段的标准长度，进入步骤05；
步骤05、根据步骤a2 PLC计算出的每一区段的光栅尺长度以及步骤b2中激光干涉仪测量得到的每一区段标准长度，进行计算得出每一区段光栅尺对应的补偿系数；
根据每一区段光栅尺上对应的补偿系数，与步骤2计算出的相应区段光栅尺长度相乘，即可得到校准后的每一区段光栅尺长度数据，最终完成光栅尺长度数据校准。
进一步地，为了保证测量精度，上述PLC为西门子S71217cCPU模块。
进一步地，上述高速计数器为配置的高速计数器HSC1，计数类型设置为计数，工作模式设置为AB高速计数器四倍频。
进一步地，上述PLC的数字量输入端口I0.0为参考点信号输入口,采集光栅尺参考点的上升沿信号；
步骤2.2中PLC的数字量输入端口I0.0接收到上升沿信号之后触发高速计数器开始计数。
进一步地，步骤2.2中，上述设定时间为50ms，n等于10。
进一步地，上述触摸屏为昆仑通态TPC1061触摸屏。
本发明还提供一种基于PLC的光栅尺数据采集方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
步骤1、根据PLC的型号在编程计算机中进行组态；
步骤1.1、配置PLC的PROFINET接口的IP地址：该IP地址与编程计算机的IP地址及触摸屏的IP地址位于同一网段内；
步骤1.2、配置高速计数器：配置高速计数器HSC1，计数类型为计数，工作模式为AB高速计数器四倍频，计数初始方向为加计数，时钟发生器A的输入端口为I1.2，时钟发生器B的输入端口为I1.3；
步骤1.3、定义变量数据类型和名称；
步骤1.4、添加暖启动程序和校准子程序，同时分配背景数据块；主程序默认已添加；
步骤2、运行暖启动程序，实现初始化；
PLC上电，对高速计数器数据存储地址以及其它数据存储地址清零初始化；
步骤3、运行主程序，计算光栅尺实际长度；
步骤3.1、PLC的数字量输入端口接收到光栅尺参考点的上升沿信号触发高速计数器开始计数，并将脉冲数存储到高速计数器数据存储地址中；
步骤3.2、读取高速计数器数据存储地址中的脉冲数，若该地址中的脉冲数有不稳定或跳变现象，则在设定时间内连续存储n个脉冲数，取其平均值或者中位值作为该地址当前脉冲数；其中n为大于等于2的正整数；
步骤3.3、根据采集到的脉冲数及光栅尺本身出厂时的栅距计算光栅尺实际长度；
步骤4、运行校准子程序，对光栅尺实际长度进行校准。
进一步地，步骤4具体包括以下步骤：
步骤01、根据实际使用的光栅尺长度以及实际使用对设备的精度要求判断采用哪种方式进行校准，若采用线性校准，执行步骤02；否则执行步骤04，采用非线性校准；
步骤02、线性校准，PLC和激光干涉仪同时测量光栅尺长度；
步骤a1、PLC计算光栅尺长度；
首先，PLC的数字量输入端口接收到光栅尺参考点上升沿信号触发高速计数器开始计数，并将脉冲数存储到高速计数器数据存储地址中；
其次，读取高速计数器数据存储地址中的脉冲数，若该地址中的脉冲数有不稳定或跳变现象，则在设定时间内连续存储n个脉冲数，取其平均值或者中位值作为该地址当前脉冲数；其中n为大于等于2的正整数；
最后，根据采集到的脉冲数及光栅尺本身出厂时的栅距计算光栅尺实际长度；
步骤b1、激光干涉仪测量光栅尺，得出标准长度，进入步骤03；
步骤03、根据步骤a1PLC计算出的光栅尺长度以及步骤b1中激光干涉仪测量得到的标准长度，进行计算得出补偿系数；
将该补偿系数与步骤2计算出的光栅尺实际长度相乘即可得到校准后的光栅尺长度数据；
步骤04、非线性校准；
将光栅尺划分为若干区段，PLC和激光干涉仪同时测量每一区段的光栅尺长度；
步骤a2、PLC测量每一区段的光栅尺长度；
首先，PLC的数字量输入端口接收到光栅尺每一区段参考点上升沿信号触发高速计数器开始计数，并将脉冲数存储到高速计数器数据存储地址中；
其次，读取高速计数器数据存储地址中的脉冲数，若该地址中的脉冲数有不稳定或跳变现象，则在设定时间内连续存储n个脉冲数，取其平均值或者中位值作为该地址当前脉冲数；其中n为大于等于2的正整数；
最后，根据采集到的脉冲数及光栅尺每一区段本身出厂时的栅距计算光栅尺每一区段的实际长度；
步骤b2、激光干涉仪测量光栅尺每一区段，得出每一区段的标准长度，进入步骤05；
步骤05、根据步骤a2PLC计算出的每一区段的光栅尺长度以及步骤b2中激光干涉仪测量得到的每一区段标准长度，进行计算得出每一区段光栅尺对应的补偿系数；
根据每一区段光栅尺上对应的补偿系数，与步骤2计算出的相应区段光栅尺长度相乘，即可得到校准后的每一区段光栅尺长度数据，最终完成光栅尺长度数据校准。
本发明的有益效果是：
1、本发明针对输出方波信号的光栅尺采用PLC高速计数器计数功能读取光栅尺信号，通过编程实现数据处理，无需采用计算机就可完成，可直接将数据上传触摸屏实现人机交互。该方法PLC的采集频率可以达到1MHz以上，不会在设备运行速度快时丢失脉冲，计数精度高，不会引起光栅尺由于数据采集损失精度，所有的通讯都是直接可以通过以太网进行连接，传输速度快，成本相抵较低。
2、PLC可以在复杂的工业环境中稳定运行，体积小，功能强大，支持的通讯模式多样化，可以长期工作在恶劣的工业环境中。随着光栅尺技术的进步，抗干扰、抗油污能力强的光栅尺已经大量运用在工业现场，采用PLC来采集光栅尺信号能进一步满足使用者的需求。
附图说明
图1为本发明实施例中基于PLC的光栅尺数据采集系统示意图；
图2为本发明实施例中暖启动程序流程图；
图3为本发明实施例中主程序流程图；
图4为本发明实施例中校准程序流程图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步地描述。
本实施例基于PLC的光栅尺数据采集系统硬件搭建如下：
光栅尺：市面上所有5V输出的方波信号输出的光栅尺，栅距大于等于0.02微米；
PLC：西门子S71217cCPU模块，自带四路高速计数器；
触摸屏：昆仑通态TPC1061；
开关电源：明纬EDR-120-24V，明纬MDR-60-5V；
差分信号转单端信号调理电路。若光栅尺使用环境相对比较恶劣可以不用该调理电路直接将光栅尺输出的差分信号连接至PLC高速计数器的四路采集端口，可以消除干扰信号，有效的提高光栅尺的测量精度。
如图1，光栅尺的信号输出端与差分信号转单端信号调理电路的输入端连接，差分信号转单端信号调理电路的输出端与PLC高速计数器的采集端口连接，PLC的信号输出端与触摸屏连接，还可以直接与计算机连接。本实施例中采用5V的开关电源给光栅尺供电，24V电源给PLC和触摸屏供电。光栅尺输出差分信号通过差分信号转换器转换为24V单端信号后接到PLC的高速计数器口，PLC将光栅尺信号处理后上传至触摸屏，触摸屏接收到PLC信号后进行人机交互。
本实施例基于PLC的光栅尺数据采集系统的软件设计如下：
首先根据PLC的型号在编程计算机中进行硬件组态；
以太网地址设置：配置PLC的PROFINET接口的IP地址，保证PLC的PROFINET接口的IP地址与编程计算机的IP地址及触摸屏的IP地址在一个一网段内，才能实现以太网通讯。
高速计数器配置：配置高速计数器HSC1S71217的四路采集端口I1.2～I1.5，采样频率可以达到1MHz，防止光栅尺信号丢失。也可根据设备运行速度配置其他相应的采集端口。配置高速计数器HSC1，I/O端口为I1.2和I1.3,计数类型设置为计数，工作模式设置为AB高速计数器四倍频，计数方向默认加计数，数据存储地址为ID1000。
参考点设置：设置数字量输入端口I0.0为参考点信号输入,采集光栅尺的参考点信号。
其次，进行软件程序设计；
软件程序设计采用西门子公司的专用软件PORTAL进行程序设计。
①暖启动程序
暖启动程序每次PLC上电只运行一次，每次PLC上电之后要经对数据块清零初始化，同时对高速计数器的存储地址进行清零，防止上次数据干扰本次开机PLC计数。程序流程图见图2所示。
②主程序
主程序是PLC一直循环扫描执行的程序块。高速计数器在使用时需要配置背景数据块，主程序开始运行首先要对高速计数器分配背景数据块，PLC的数字量输入端口I0.0接收到光栅尺参考点上升沿信号触发之后高速计数器开始计数，此时存储在ID1000地址里的数据为脉冲数。读取高速计数器数据存储地址中的脉冲数，若该地址中的脉冲数有不稳定或跳变现象，可以采用相应的滤波方式，对脉冲数进行滤波。在短时间内，如50ms内，连续采集多个脉冲数据取其算数平均值或中位值，作为当前光栅尺脉冲数。脉冲数乘以光栅尺相应的栅距就可以得出具体的光栅尺长度值。至此，光栅尺的信号就读入到PLC中。程序流程图如图3所示。
③校准子程序
光栅尺测量的是否准确往往与安装的方式有关，比如读数头与尺身的平行度，安装块的刚性都有很大关系，因此光栅尺安装完之后要对光栅尺输出数据进行校准。本实施例在对光栅尺校准时采用两种方式，一种方式是线性校准，另外一种方式是非线性校准。校准子程序流程图如图4所示。线性校准一般适用于长度较短的光栅尺，操作时相对简单，PLC运行负荷相对较小；非线性校准一般适用于长度较长的光栅尺，操作相对较麻烦，有参考点的光栅尺才能进行非线性校准，PLC运行负荷相对较大。非线性校准的误差一般要比线性校准的误差小。
线性校准时根据把光栅尺实际输出长度以及激光干涉仪的实际长度进行计算得出补偿系数，在PLC中将该补偿系数与PLC测得的光栅尺实际数据相乘，完成光栅尺长度数据校准。
线性校准可具体包括以下步骤：
步骤a1、PLC计算光栅尺长度；
首先，PLC的数字量输入端口接收到光栅尺参考点上升沿信号触发高速计数器开始计数，并将脉冲数存储到高速计数器数据存储地址中；
其次，读取高速计数器数据存储地址中的脉冲数，若该地址中的脉冲数有不稳定或跳变现象，则在设定时间内连续存储n个脉冲数，取其平均值或者中位值作为该地址当前脉冲数；其中n为大于等于2的正整数；
最后，根据采集到的脉冲数及光栅尺本身出厂时的栅距计算光栅尺实际长度；
步骤b1、激光干涉仪测量光栅尺，得出标准长度；
根据步骤a1PLC计算出的光栅尺长度以及步骤b1中激光干涉仪测量得到的标准长度，进行计算得出补偿系数；
将该补偿系数与上述主程序测量过程中PLC计算出的光栅尺实际长度相乘即可得到校准后的光栅尺长度数据。
非线性校准是将光栅尺分为若干段，认为每一小段的是线性的，因此必须基于光栅尺的绝对位置，对于没有参考点的光栅尺无法采用此方法进行校准。
非线性校准可具体包括以下步骤：
将光栅尺划分为若干区段，PLC和激光干涉仪同时测量每一区段的光栅尺长度；
步骤a2、PLC测量每一区段的光栅尺长度；
首先，PLC的数字量输入端口接收到光栅尺每一区段参考点上升沿信号触发高速计数器开始计数，并将脉冲数存储到高速计数器数据存储地址中；
其次，读取高速计数器数据存储地址中的脉冲数，若该地址中的脉冲数有不稳定或跳变现象，则在设定时间内连续存储n个脉冲数，取其平均值或者中位值作为该地址当前脉冲数；其中n为大于等于2的正整数；
最后，根据采集到的脉冲数及光栅尺每一区段本身出厂时的栅距计算光栅尺每一区段的实际长度；
步骤b2、激光干涉仪测量光栅尺每一区段，得出每一区段的标准长度；
根据步骤a2PLC计算出的每一区段的光栅尺长度以及步骤b2中激光干涉仪测量得到的每一区段标准长度，进行计算得出每一区段光栅尺对应的补偿系数；
根据每一区段光栅尺上对应的补偿系数，与步骤2计算出的相应区段光栅尺长度相乘，即可得到校准后的每一区段光栅尺长度数据，最终完成光栅尺长度数据校准。
④触摸屏程序设计
昆仑通态TPC1061的触摸屏采用MCGS嵌入版进行软件设计。触摸屏要实现与PLC进行通讯，需将本地的IP地址与PLC中配置的IP地址在一个网段内，远端IP地址设置为PLC触摸屏的IP地址。在通道里面根据PLC的地址设置相应的地址并且与实时数据库里面的地址进行互联。至此PLC与触摸屏的数据地址已经完全对应，在用户窗口里可以根据自己的需要编写相应的人机交互界面，在构件属性里面添加脚本程序或者操作属性就可以给PLC发送相应的指令，完成人机交互。
通过该套系统能够将PLC的信号传输到触摸屏上，不用通过计算机，在触摸屏上可以实现复杂的人机交互。

Claims (10)

1.一种基于PLC的光栅尺数据采集系统，其特征在于：包括PLC、触摸屏及开关电源；
所述开关电源包括5V开关电源及24V开关电源，所述5V开关电源用于给光栅尺供电，所述24V开关电源用于给PLC和触摸屏供电；
所述PLC包括高速计数器；光栅尺输出信号与高速计数器的采集端口连接；
所述PLC用于将光栅尺输出信号处理后上传至触摸屏；所述触摸屏用于接收PLC输出信号并进行人机交互；
所述PLC内存储数据处理程序，用于对光栅尺输出信号进行处理，将光栅尺的脉冲信号转换为实际长度；所述数据处理程序包括暖启动程序、主程序及校准子程序；所述数据处理程序被执行时，执行以下步骤：
步骤1、运行暖启动程序，实现初始化；
PLC上电，对高速计数器数据存储地址以及其它数据存储地址清零，初始化；
步骤2、运行主程序，计算光栅尺实际长度；
步骤2.1、PLC的数字量输入端口接收到光栅尺参考点的上升沿信号触发高速计数器开始计数，并将脉冲数存储到高速计数器数据存储地址中；
步骤2.2、读取高速计数器数据存储地址中的脉冲数，若该地址中的脉冲数有不稳定或跳变现象，则在设定时间内连续存储n个脉冲数，取其平均值或者中位值作为该地址当前脉冲数；其中n为大于等于2的正整数；
步骤2.3、根据采集到的脉冲数及光栅尺栅距计算光栅尺实际长度；
步骤3、运行校准子程序，对光栅尺实际长度进行校准。
2.根据权利要求1所述的基于PLC的光栅尺数据采集系统，其特征在于：还包括差分信号转单端信号调理电路；所述差分信号转单端信号调理电路的输入端及输出端分别与光栅尺输出端及PLC高速计数器的其中两路采集端口连接，用于将光栅尺输出的5V差分信号转换为24V单端信号后输入至PLC高速计数器的两路采集端口。
3.根据权利要求2所述的基于PLC的光栅尺数据采集系统，其特征在于：所述校准子程序被运行时，执行以下步骤：
步骤01、根据实际使用的光栅尺长度以及对设备的精度要求选取不同的校准方式，若采用线性校准，执行步骤02；否则执行步骤04，采用非线性校准；
步骤02、线性校准，PLC和激光干涉仪同时测量光栅尺长度；
步骤a1、PLC计算光栅尺长度；
首先，PLC的数字量输入端口接收到光栅尺参考点上升沿信号触发高速计数器开始计数，并将脉冲数存储到高速计数器数据存储地址中；
其次，读取高速计数器数据存储地址中的脉冲数，若该地址中的脉冲数有不稳定或跳变现象，则在设定时间内连续存储n个脉冲数，取其平均值或者中位值作为该地址当前脉冲数；其中n为大于等于2的正整数；
最后，根据采集到的脉冲数及光栅尺的栅距计算光栅尺实际长度；
步骤b1、激光干涉仪测量光栅尺，得出标准长度，进入步骤03；
步骤03、根据步骤a1PLC计算出的光栅尺实际长度以及步骤b1中激光干涉仪测量得到的标准长度，进行计算得出补偿系数；
将该补偿系数与步骤2计算出的光栅尺实际长度相乘即可得到校准后的光栅尺长度数据；
步骤04、非线性校准；
将光栅尺划分为若干区段，PLC和激光干涉仪同时测量每一区段的光栅尺长度；
步骤a2、PLC测量每一区段的光栅尺长度；
首先，PLC的数字量输入端口接收到光栅尺每一区段参考点上升沿信号触发高速计数器开始计数，并将脉冲数存储到高速计数器数据存储地址中；
其次，读取高速计数器数据存储地址中的脉冲数，若该地址中的脉冲数有不稳定或跳变现象，则在设定时间内连续存储n个脉冲数，取其平均值或者中位值作为该地址当前脉冲数；其中n为大于等于2的正整数；
最后，根据采集到的脉冲数及光栅尺每一区段本身出厂时的栅距计算光栅尺每一区段的实际长度；
步骤b2、激光干涉仪测量光栅尺每一区段，得出每一区段的标准长度，进入步骤05；
步骤05、根据步骤a2PLC计算出的每一区段的光栅尺长度以及步骤b2中激光干涉仪测量得到的每一区段标准长度，进行计算得出每一区段光栅尺对应的补偿系数；
根据每一区段光栅尺所对应的补偿系数，与步骤2计算出的相应区段光栅尺实际长度相乘，即可得到校准后的每一区段光栅尺长度数据，最终完成光栅尺长度数据校准。
4.根据权利要求3所述的基于PLC的光栅尺数据采集系统，其特征在于：所述PLC为西门子S71217cCPU模块。
5.根据权利要求2-4任一所述的基于PLC的光栅尺数据采集系统，其特征在于：所述高速计数器为配置的高速计数器HSC1，计数类型设置为计数，工作模式设置为AB高速计数器四倍频。
6.根据权利要求5所述的基于PLC的光栅尺数据采集系统，其特征在于：所述PLC的数字量输入端口I0.0为参考点信号输入口,采集光栅尺参考点的上升沿信号；
步骤2.2中PLC的数字量输入端口I0.0接收到上升沿信号之后触发高速计数器开始计数。
7.根据权利要求6所述的基于PLC的光栅尺数据采集系统，其特征在于：步骤2.2中，所述设定时间为50ms，n等于10。
8.根据权利要求7所述的基于PLC的光栅尺数据采集系统，其特征在于：所述触摸屏为昆仑通态TPC1061触摸屏。
9.一种基于PLC的光栅尺数据采集方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、根据PLC的型号在编程计算机中进行组态；
步骤1.1、配置PLC的PROFINET接口的IP地址：该IP地址与编程计算机的IP地址及触摸屏的IP地址位于同一网段内；
步骤1.2、配置高速计数器：配置高速计数器HSC1，计数类型为计数，工作模式为AB高速计数器四倍频，计数初始方向为加计数，时钟发生器A的输入端口为I1.2，时钟发生器B的输入端口为I1.3；
步骤1.3、定义变量数据类型和名称；
步骤1.4、添加暖启动程序和校准子程序，同时分配背景数据块；主程序默认已添加；
步骤2、运行暖启动程序，实现初始化；
PLC上电，对高速计数器数据存储地址以及其它数据存储地址清零初始化；
步骤3、运行主程序，计算光栅尺实际长度；
步骤3.1、PLC的数字量输入端口接收到光栅尺参考点的上升沿信号触发高速计数器开始计数，并将脉冲数存储到高速计数器数据存储地址中；
步骤3.2、读取高速计数器数据存储地址中的脉冲数，若该地址中的脉冲数有不稳定或跳变现象，则在设定时间内连续存储n个脉冲数，取其平均值或者中位值作为该地址当前脉冲数；其中n为大于等于2的正整数；
步骤3.3、根据采集到的脉冲数及光栅尺本身出厂时的栅距计算光栅尺实际长度；
步骤4、运行校准子程序，对光栅尺实际长度进行校准。
10.根据权利要求9所述的基于PLC的光栅尺数据采集方法，其特征在于：步骤4具体包括以下步骤：
步骤01、根据实际使用的光栅尺长度以及实际使用对设备的精度要求判断采用哪种方式进行校准，若采用线性校准，执行步骤02；否则执行步骤04，采用非线性校准；
步骤02、线性校准，PLC和激光干涉仪同时测量光栅尺长度；
步骤a1、PLC计算光栅尺长度；
首先，PLC的数字量输入端口接收到光栅尺参考点上升沿信号触发高速计数器开始计数，并将脉冲数存储到高速计数器数据存储地址中；
其次，读取高速计数器数据存储地址中的脉冲数，若该地址中的脉冲数有不稳定或跳变现象，则在设定时间内连续存储n个脉冲数，取其平均值或者中位值作为该地址当前脉冲数；其中n为大于等于2的正整数；
最后，根据采集到的脉冲数及光栅尺本身出厂时的栅距计算光栅尺实际长度；
步骤b1、激光干涉仪测量光栅尺，得出标准长度，进入步骤03；
步骤03、根据步骤a1PLC计算出的光栅尺长度以及步骤b1中激光干涉仪测量得到的标准长度，进行计算得出补偿系数；
将该补偿系数与步骤2计算出的光栅尺实际长度相乘即可得到校准后的光栅尺长度数据；
步骤04、非线性校准；
将光栅尺划分为若干区段，PLC和激光干涉仪同时测量每一区段的光栅尺长度；
步骤a2、PLC测量每一区段的光栅尺长度；
首先，PLC的数字量输入端口接收到光栅尺每一区段参考点上升沿信号触发高速计数器开始计数，并将脉冲数存储到高速计数器数据存储地址中；
其次，读取高速计数器数据存储地址中的脉冲数，若该地址中的脉冲数有不稳定或跳变现象，则在设定时间内连续存储n个脉冲数，取其平均值或者中位值作为该地址当前脉冲数；其中n为大于等于2的正整数；
最后，根据采集到的脉冲数及光栅尺每一区段本身出厂时的栅距计算光栅尺每一区段的实际长度；
步骤b2、激光干涉仪测量光栅尺每一区段，得出每一区段的标准长度，进入步骤05；
步骤05、根据步骤a2 PLC计算出的每一区段的光栅尺长度以及步骤b2中激光干涉仪测量得到的每一区段标准长度，进行计算得出每一区段光栅尺对应的补偿系数；
根据每一区段光栅尺所对应的补偿系数，与步骤2计算出的相应区段光栅尺长度相乘，即可得到校准后的每一区段光栅尺长度数据，最终完成光栅尺长度数据校准。
CN202011347598.3A 2020-11-26 2020-11-26 基于plc的光栅尺数据采集系统及方法 Pending CN112415944A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011347598.3A CN112415944A (zh) 2020-11-26 2020-11-26 基于plc的光栅尺数据采集系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011347598.3A CN112415944A (zh) 2020-11-26 2020-11-26 基于plc的光栅尺数据采集系统及方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112415944A true CN112415944A (zh) 2021-02-26

Family

ID=74843060

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011347598.3A Pending CN112415944A (zh) 2020-11-26 2020-11-26 基于plc的光栅尺数据采集系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112415944A (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101509753A (zh) * 2009-03-16 2009-08-19 杭州东信金融技术服务有限公司 一种用于纸张或纸币分发机构的双滚动测量装置
CN103148876A (zh) * 2013-02-27 2013-06-12 西安交通大学 单码道绝对式线位移光栅尺虚拟增量式码道构造方法和解码方法
CN104482885A (zh) * 2014-12-04 2015-04-01 哈尔滨工业大学 四读数头增量式圆光栅耦合器
CN105783736A (zh) * 2016-05-18 2016-07-20 王帝 卧式智能长度基准仪
CN106839997A (zh) * 2017-03-16 2017-06-13 黑龙江省计量检定测试院 直线光栅尺的检测方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101509753A (zh) * 2009-03-16 2009-08-19 杭州东信金融技术服务有限公司 一种用于纸张或纸币分发机构的双滚动测量装置
CN103148876A (zh) * 2013-02-27 2013-06-12 西安交通大学 单码道绝对式线位移光栅尺虚拟增量式码道构造方法和解码方法
CN104482885A (zh) * 2014-12-04 2015-04-01 哈尔滨工业大学 四读数头增量式圆光栅耦合器
CN105783736A (zh) * 2016-05-18 2016-07-20 王帝 卧式智能长度基准仪
CN106839997A (zh) * 2017-03-16 2017-06-13 黑龙江省计量检定测试院 直线光栅尺的检测方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《仪表与自动化装置》: "基于PLC 和MCGS 的步进电动机监控系统设计", 《仪表与自动化装置》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104614593A (zh) 一种基于自校准的高精度智能仪表系统及其应用方法
CN105306056A (zh) 一种电流频率转换电路的标度因数温度补偿方法
CN103177551A (zh) 具有自校准功能的数据采集卡及其数据采集装置
CN103063321B (zh) 一种铂电阻测温装置及其测温方法
CN105680860A (zh) 提高单片机模数转换精度的电路和方法
CN101738593A (zh) 一种标准电能表及其采样信号的修正方法
CN103532550A (zh) 一种基于虚拟仪器的电流频率转换器测试方法
CN102928805B (zh) 多表位数字化电能表校验仪
CN103383443B (zh) 智能电网用模块化三相仪表检定装置
CN112415944A (zh) 基于plc的光栅尺数据采集系统及方法
CN201886059U (zh) 正负电压测量装置
CN101109638B (zh) 具有调零功能的光纤陀螺模拟量角速度输出电路
CN109308006A (zh) 一种位标器用分体式旋转变压器精度补偿系统及方法
CN102854376A (zh) 一种数字电压表及其测量方法
CN202421332U (zh) 高精度电参量分析仪
CN109855661A (zh) 一种增量式编码器信号处理方法和系统
CN114894344A (zh) 温度传感器校准电路、装置及系统
CN203672963U (zh) 一种基于单片机的数字电压表
CN103616086B (zh) 热电阻温度变送器
CN208270654U (zh) 一种电阻在线测量系统
CN110967548A (zh) 一种带有电流检测功能的程控可变电阻装置和工作方法
Natu et al. Industrial measurement system with LoRa interface
CN114034487B (zh) 基于数字板卡的发动机转子叶片动态信号输出方法和设备
CN109901459B (zh) 一种伺服等效器的校准系统
CN210721072U (zh) 一种基于LabVIEW和串口通讯的传感器数据采集系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20210226

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication