一种基于PLC高速脉冲控制往复伺服运动的高精度定位装置的制作方法

一种基于plc高速脉冲控制往复伺服运动的高精度定位装置
技术领域
1.本实用新型涉及电子控制技术领域，更具体地，涉及一种基于plc高速脉冲控制往复伺服运动的高精度定位装置。

背景技术：

2.当前，在搬运机械手设备、口罩机生产设备以及能应用到伺服往复定位的设备中，为了考虑设备的造价成本，电气控制系统通常使用plc+pto 高速脉冲输出方式来控制伺服的往复定位，但由于此种控制方式为开环控制，由于设备的机械加工精度和现场电气磁场、温度、噪音等因素干扰，造成伺服出现往复定位精度差，无法保证设备正常运行，设备故障停机等现象。
3.目前现有的解决方式主要是2种：
4.1.通过增加外部原点接近开关，在设备运行过程中手动回原点，重新确定参考点的方式进行解决，此种解决方法，造价低，实现简单；但由于各种设备工况不同，干扰源的干扰程度不同，设备回原点的时间需根据现场实际工况来决定，由于回原点过程占用生产时间过长，会造成设备生产节拍加长，生产效率降低，维护维护频率高的问题。
5.2.通过采用特殊款plc和控制器，通过工业网络通信的方式控制伺服，实现半闭环，减少现场电气磁场、温度、噪音等因素干扰，提供设备的加工精度，以此来消除伺服往复定位精度差的现象，此种解决方法，造价太高，电气程序复杂，并且此种解决办法，虽然精度提高了，但是由于此控制方式是半闭环，累计误差仍无法完全消除，仍要增加原点检测开关，第二种方法较第一种办法，只是较低了回原点的频率，但是没有在根本上解决。
6.因此，如何提供一种基于plc高速脉冲控制往复伺服运动的高精度定位装置成为本领域亟需解决的技术难题。

技术实现要素：

7.本实用新型的目的是提供一种基于plc高速脉冲控制往复伺服运动的高精度定位装置。
8.根据本实用新型提供了一种基于plc高速脉冲控制往复伺服运动的高精度定位装置，包括，拉绳式绝对值编码器、plc、伺服电机、变速箱、转轴、工件、伺服编码器、工作装置以及电机支架；
9.所述伺服电机通过变速箱与转轴连接，所述转轴上安装有工作装置，所述工作装置用于加工工件；所述伺服电机安装在所述电机支架上，所述转轴架设在电机支架上；
10.所述拉绳式绝对值编码器的拉绳端与工件连接，所述拉绳式绝对值编码器的编码器端安装在电机支架上；
11.所述拉绳式绝对值编码器与所述plc电连接；
12.所述伺服编码器与所述plc电连接；所述伺服编码器安装在所述伺服电机上；所述plc控制所述伺服电机工作。
13.可选地，所述高精度定位装置还包括伺服驱动器，所述plc通过驱动器与伺服电机电连接。
14.可选地，所述plc产生高速脉冲通过pto开环方式控制所述伺服电机往复运动。
15.可选地，所述plc产生高速脉冲通过通讯半闭环形式控制所述伺服电机往复运动。
16.可选地，所述拉绳式绝对值编码器通过rs485通讯协议与plc通讯。
17.可选地，所述变速箱为齿轮结构的变速箱。
18.可选地，所述工作装置为丝杠或者齿轮机构。
19.可选地，所述高精度定位装置还包括原点开关，所述原点开关与plc 电连接。
20.根据本实用新型公开的技术内容，具有如下有益效果：解决设备在使用plc通过pto高速脉冲输出方式控制伺服在往复定位的工况中，由于机械反向间隙和现场磁场脉冲干扰，造成的累计误差，致使伺服往复定位精度低，无法保证设备正常定位的稳定性，通过外部拉绳绝对值编码器对累计误差进行消除，保证往复定位的精度，节省设备的造价成本，保证设备运行的稳定性。
21.通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
22.被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本实用新型的实施例，并且连同其说明一起用于解释本实用新型的原理。
23.图1为根据实施例提供的一种基于plc高速脉冲控制往复伺服运动的高精度定位装置示意图；
24.图2为根据实施例提供的一种基于plc高速脉冲控制往复伺服运动的电路原理示意图；
25.附图标记说明：1-工件，2-原点开关，3-伺服驱动器，4-拉绳式绝对值编码器，5-伺服编码器，6-伺服电机，7-丝杠，8-plc，9-转轴。
具体实施方式
26.现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。
27.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。
28.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
29.在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
30.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
31.在现有技术中，采用增加原点检测开关、特殊款plc和控制器的方式，虽然能够在
一定程度上解决由于设备的机械加工精度和现场电气磁场、温度、噪音等因素干扰，造成伺服出现往复定位精度差的问题，但仍存在一定的缺陷。
32.a.设备生产过程，通过回原点的方式，会占用设备的生产节拍，造成设备节拍时间加大，造成设备的产能降低。
33.b.若通过采用特殊款plc和控制器的方式来解决，会造成设备造价高，电气程序编程复杂，设备后续维护复杂，并且此种方式由于机械传动本身就存在间隙，仍需根据设备工况在生产过程中回原点，仍会占用设备的生产节拍，造成设备节拍时间加大，造成设备的产能降低，只是这种方式比第一种处理方式回原点频率低而已，仍无法再根本上解决问题。
34.c.针对于a、b的现象和原因，随着目前设备使用商对自动化的要求越来越高，对设备产能要求越来越高，对设备采购成本控制也越来越高，现有两种解决方式，已经不能满足使用者的需求，本发明可以采用常规plc 通过高速脉冲pto的方式+外部拉绳绝对值编码器方式实现全闭环的方式，既能控制设备造价成本，并且还能消除机械间隙带来的影响，在根本上解决问题。
35.机械间隙(也称为间隙或反向间隙)，是指当旋转方向开始反转，直至轴沿反转后的方向实际产生了运动时，电机必须行进的距离或角度。轴的反向间隙由变速箱和转轴的反向间隙共同构成。
36.此类设备通常采用安装在伺服上编码器将记录电机的位置作为工件实际运行位置。从电机位置开始计算轴的位置，计算时将机械因素(齿轮机构、丝杠螺距)考虑在内。轴上有反向间隙，则在反转点进行的反向运动期间，将行进此反向间隙。行进反向间隙时，轴的实际机械位置不变，但电机位置发生变化。这意味着，轴在反向运动作业期间未移动到正确的轴位置，至此电机的位置与工件的相对位置就发生偏移，随着伺服往复运动的次数增加，相对位置的偏差也会越来越大，累计误差也会越来越大。
37.根据本实用新型提供了一种基于plc高速脉冲控制往复伺服运动的高精度定位装置，如图1和图2所示，高精度定位装置包括，拉绳式绝对值编码器4、plc8、伺服电机6、变速箱、转轴9、工件1、伺服编码器5、工作装置以及电机支架；所述伺服电机6通过变速箱与转轴9连接，所述转轴9上安装有工作装置，所述工作装置用于加工工件1；所述伺服电机安装在所述电机支架上，所述转轴架设在电机支架上；所述拉绳式绝对值编码器的拉绳端与工件连接，所述拉绳式绝对值编码器的编码器端安装在电机支架上；所述拉绳式绝对值编码器与plc电连接；所述伺服编码器与所述plc电连接；所述伺服编码器安装在所述伺服电机上；所述plc控制所述伺服电机工作。拉绳式绝对值编码器拉绳侧与移动的工件连接在一起，拉绳式绝对值编码器的编码器侧固定在电机支架上，这样拉绳式绝对值编码器的数值就能跟随移动工件同时进行左右往复运动，拉绳式绝对值编码器的数据即为工件的移动位置数据。将拉绳式绝对值编码器数据通过485 接口modbus_rtu的形式读取到plc中。设备在进行往复运动时，plc通过pto高速脉冲的方式控制伺服的往复运动，同时plc通过485通讯实时读取拉绳式绝对值编码器的数据，由于机械间隙和现场磁场的干扰，伺服在定位完毕后会发现，拉绳式绝对值编码器的数据即工件的位置，与伺服电机编码器的数据会有偏移，假设伺服编码器的数据为a,拉绳式绝对值编码器数据为b,则此时定位精度误差c＝|a-b|,检测出数据偏差后，在下次定位时，将此偏差收据累加到高速脉冲输出的数据上，以此来消除机械间隙而造成的累计误差，由于拉绳式绝对值编码器是安装在最终的移动工件上的，这种
配置将plc与最终的移动工件形成了一个闭环控制，可完全不考虑plc8与伺服驱动器3之间的磁场干扰以及机械的间隙误差。
38.在一些实施例中，所述高精度定位装置还包括伺服驱动器3，所述plc 通过驱动器与伺服电机电连接，并控制伺服电机工作。所述plc产生高速脉冲通过pto开环方式控制所述伺服电机往复运动；或者所述plc产生高速脉冲通过通讯半闭环形式控制所述伺服电机往复运动。所述拉绳式绝对值编码器通过rs485(modbus_rtu协议)通讯协议与plc通讯，所述变速箱为齿轮结构的变速箱。所述工作装置为丝杠7或者齿轮机构。所述高精度定位装置还包括原点开关2，所述原点开关2与plc8电连接。
39.具体地，编码器选型如下：
40.1、根据测量对象与测量环境确定编码器的类型
41.要进行一个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的编码器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的编码器可供选用，哪一种原理的编码器更为合适，则需要根据被测量的特点和编码器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对编码器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量；编码器的来源，产品质量如何，投入资金能否接受
42.在考虑上述问题之后，就能确定选用何种类型的编码器，然后再考虑编码器的具体性能指标。
43.2、灵敏度的选择
44.通常，在编码器的线性范围内，希望编码器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。但要注意的是，编码器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。因此，要求编码器本身应具有较高的信噪比，尽量减少从外界引入的干扰信号
45.编码器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量，而且对其方向性要求较高，则应选择其它方向灵敏度小的编码器；如果被测量是多维向量，则要求编码器的交叉灵敏度越小越好
46.3、稳定性
47.编码器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响编码器长期稳定性的因素除编码器本身结构外，主要是编码器的使用环境。因此，要使编码器具有良好的稳定性，编码器必须要有较强的环境适应能力。
48.在选择编码器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的编码器，或采取适当的措施，减小环境的影响。
49.4、线性范围
50.编码器的线性范围是指输出与输入成正比的范围。从理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。编码器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择编码器时，当编码器的种类确定之后，首先要看其量程能否满足要求。
51.但在实际上，任何编码器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的编码器近似看作线性的，这会给测量带来极大的方便。
52.5、频率响应特性
53.编码器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上编码器的响应总有一定延迟，希望延迟时间越短越好
54.编码器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因有频率低的编码器可测信号的频率较低。
55.在动态测量中，应根据信号的特点(稳态、瞬态、随机等)来确定所需编码器的频率响应特性，以免产生过大的误差。
56.6、精度
57.精度是编码器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。编码器的精度越高，其价格越昂贵，因此，编码器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多编码器中选择比较便宜和简单的编码器。
58.如果测量目的是定性分析的，选用重复精度高的编码器即可，不宜选用绝对量值精度高的；如果是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就需选用精度等级能满足要求的编码器。
59.7、电气接口形式
60.电气接口形式有很多种，如：电阻输出(默认10k)、0-5v、0-10v、 4-20ma二线制、4-20ma三线制、4-20ma四线制、rs485通讯(自由口协议)、 rs485通讯(modbus_rtu协议)、推挽脉冲输出、差动脉冲输出、iss协议、格雷码输出等，在选择时，需根据自己系统中接受编码器信号的上位元件来进行选择，因为不同的电控系统，能接受的信号也是不同的，要根据自己目前的电控系统元件进行选择，当然还要考虑此接口型号的在进行后续的数据处理方面的问题，因为有时编码器的进度足够了，但是由于选择的接口形式不匹配也会造成编码器后续测量精度降低。
61.综上，本实用新型，对纠偏光电传感器对膜或布等的位置进行了判断，并反映出膜或布等在输送中跑偏现象，提前做出预警便于人员观察。压辊压下后，纠偏控制过程是自动的，自动判断，自动启动，自动结束，无需人工干预，节省了人工。纠偏过程是在正常连续生产中进行的，无需专门进行停机调整，节省了物料，使双拉机可以长期连续运行，提高了生产效率。通过拉绳式绝对值编码器对最终移动工件的位置进行检测，实时与plc 的高速脉冲数据进行比较，实时监控设备的定位精度，实现设备的全闭环控制。通过数据的对比，将定位精度进行实时调整，消除累计误差，避免累计误差过大，需设备停机手动回原点的动作，提高设备节拍，增加设备的产能。本实用新型适用于所有通过plc高速脉冲pto开环方式控制伺服往复定位或plc通过通讯半闭环形式控制伺服往复定的场合，设备造价低，适用于设备广泛。
62.虽然已经通过例子对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。

技术特征：

1.一种基于plc高速脉冲控制往复伺服运动的高精度定位装置，其特征在于，包括：拉绳式绝对值编码器、plc、伺服电机、变速箱、转轴、工件、伺服编码器、工作装置以及电机支架；所述伺服电机通过变速箱与转轴连接，所述转轴上安装有工作装置，所述工作装置用于加工工件；所述伺服电机安装在所述电机支架上，所述转轴架设在电机支架上；所述拉绳式绝对值编码器的拉绳端与工件连接，所述拉绳式绝对值编码器的编码器端安装在电机支架上；所述拉绳式绝对值编码器与所述plc电连接；所述伺服编码器与所述plc电连接；所述伺服编码器安装在所述伺服电机上；所述plc控制所述伺服电机工作。2.根据权利要求1所述的基于plc高速脉冲控制往复伺服运动的高精度定位装置，其特征在于，所述高精度定位装置还包括伺服驱动器，所述plc通过所述伺服驱动器与伺服电机电连接。3.根据权利要求2所述的基于plc高速脉冲控制往复伺服运动的高精度定位装置，其特征在于，所述plc产生高速脉冲通过pto开环方式控制所述伺服电机往复运动。4.根据权利要求3所述的基于plc高速脉冲控制往复伺服运动的高精度定位装置，其特征在于，所述plc产生高速脉冲通过通讯半闭环形式控制所述伺服电机往复运动。5.根据权利要求4所述的基于plc高速脉冲控制往复伺服运动的高精度定位装置，其特征在于，所述拉绳式绝对值编码器通过rs485通讯协议与plc通讯。6.根据权利要求5所述的基于plc高速脉冲控制往复伺服运动的高精度定位装置，其特征在于，所述变速箱为齿轮结构的变速箱。7.根据权利要求6所述的基于plc高速脉冲控制往复伺服运动的高精度定位装置，其特征在于，所述工作装置为丝杠或者齿轮机构。8.根据权利要求7所述的基于plc高速脉冲控制往复伺服运动的高精度定位装置，其特征在于，所述高精度定位装置还包括原点开关，所述原点开关与plc电连接。

技术总结

本实用新型公开了一种基于PLC高速脉冲控制往复伺服运动的高精度定位装置，伺服电机通过变速箱与转轴连接，转轴上安装有工作装置，工作装置用于加工工件；伺服电机安装在电机支架上，转轴架设在电机支架上；拉绳式绝对值编码器的拉绳端与工件连接，拉绳式绝对值编码器的编码器端安装在电机支架上；拉绳式绝对值编码器与PLC电连接；伺服编码器与PLC电连接；伺服编码器安装在伺服电机上；PLC控制伺服电机工作。通过外部拉绳绝对值编码器对累计误差进行消除，保证往复定位的精度，节省设备的造价成本，保证设备运行的稳定性。保证设备运行的稳定性。保证设备运行的稳定性。