倍加福（P+F）光电编码器在起重机纠偏中的应用案例

一、光电编码器简单介绍

    光电编码器是利用光栅衍射原理实现位移-数字变换，通过光电转换，将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲数字量的传感器。

    常见的光电编码器由光栅盘，发光元件和光敏元件组成。光栅实际上是一个刻有规则透光和不透光线条的圆盘，光敏元件接收的光通量随透光线条同步变化，光敏元件输出波形经整形后，变为脉冲信号，每转一圈，输出一个脉冲。根据脉冲的变化，可以精确测量和控制设备位移量。

    根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种

    增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相;A、B两组脉冲相位差90，从而可方便地判断出旋转方向，而Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。

    绝对编码器是直接输出数字量的传感器，在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件;当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。这种编码器的特点是不要计数器，在转轴的任意位置都可 读出一个固定的与位置相对应的数字码。显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有 N位二进制分辨率的编码器，其码盘必须有N条码道。

    绝对式编码器是利用自然二进制或循环二进制(葛莱码)方式进行光电转换的。绝对式编码器与增量式编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的线条图形，绝对编码器可有若干编码，根据读出码盘上的编码，检测绝对位置。编码的设计可采用二进制码、循环码、二进制补码等。它的特点是:

1、可以直接读出角度坐标的绝对值;

2、没有累积误差;

3、电源切除后位置信息不会丢失。但是分辨率是由二进制的位数来决定的，也就是说精度取决于位数，目前有10位、14位等多种。

    混合式绝对值编码器，它输出两组信息:一组信息用于检测磁极位置，带有绝对信息功能;另一组则完全同增量式编码器的输出信息。

    光电编码器是一种角度(角速度)检测装置，它将输入给轴的角度量，利用光电转换原理 转换成相应的电脉冲或数字量，具有体积小，精度高，工作可靠,接口数字化等优点。它广泛应用于数控机床、回转台、伺服传动、机器人、雷达、军事目标测定等需要检测角度的装置和设备中。

二、起重机纠偏的实施

1、下纠偏的实施(大车运行纠偏)

    为了提高大车的测量精度和控制精度，大车在控制方案上也可以在刚性腿和柔性腿上各安装一个直径600mm的检测轮,在检测轮上也安装单圈绝对值编码器，其信号也进入PLC进行读取、转换、差值计算、偏差调整控制。该方案测量精度高、不怕掉电。

下纠偏的实施分为手动纠偏和自动纠偏两种情况，当刚退、揉腿编码器测量计算误差在±3%S（跨度长度为S）范围内，PLC通过实时计算并自动纠偏。

    当刚退、揉腿编码器测量计算误差大于±3%S（跨度长度为S）时，PLC通过实时计算并自动停止大车运行机构并发出报警讯号。此时司机是操作人员可以依据触摸屏显示信息，单独操作刚退移动（或揉腿移动），直到报警讯号消除。

2、上纠偏的实施

    为了更进步一步精确控制和纠偏运行机构，一般大跨度起重机都采取上纠偏和下纠偏同步执行，一是更精确纠偏控制，二是防止一套纠偏系统失灵而造成机械损坏，甚至发生大的事故。

    为了提高该双主梁门式起重机大车运行的可靠性及安全性，防止柔性铰支座转动角度过大，造成钢结构的损伤，因此必须实时测量铰支座的转动角度，实时判断每一时刻的转动角度是否在允许范围之内，(通常只允许钢性腿和柔性腿行走的距离之差在±3‰跨度内)并实时纠偏。此角度的测量值应是绝对角度值，而不是角度变化量，不会因停电而丟失角度值，因此必须安装绝对值编码器。

    上纠偏的实施也是通过编码器信号输入到PLC，通过PLC实时计算、分析，然后做出判断，具体原理和下纠偏类似。

三、光电编码器的选择和纠偏系统实施框图

    为了保证电气控制系统的可靠性，上下两套纠偏系统，我们采用倍加福（P+F）绝对值光电编码器。具体要求：能实时记录大车行走位置，和欧姆龙PLC建立信号连接。上纠偏选用单圈绝对值编码器，具有Profibus-DP接口信号输出，电源电压为交流220V，防护等级须符合室外使用标准。

    为了更好地编写纠偏控制PLC程序，我们先编制一下纠偏控制流程框图，从流程图，我们可以清晰看出纠偏系统工作过程。

图1：纠偏系统流程图

四、纠偏系统PLC简单程序