1引言

主要用于石油管路鋪設的φ1100mm大口徑鋼管由板材經(jīng)焊接后，其它輔助工藝與設備包括管內(nèi)清渣機用于管內(nèi)焊接后殘留的焊渣的清理；鋼管內(nèi)壁除塵機、外焊清渣機等。本系統(tǒng)是最后一道工序，主要是對鋼管的總重量的測量以及長度的測量，并形成數(shù)據(jù)存貯起來。

2原理設計

2.1工藝概述

測量系統(tǒng)首先由橫移車將鋼管放到輸送輥道，然后由檢測開關發(fā)出鋼管到位信號傳送給本系統(tǒng)，由稱重裝置進行重量檢測，稱重裝置位于鋼管的底部，由液壓油缸頂起稱重裝置，這樣鋼管的重量完全由稱重裝置來承擔，左、右兩側(cè)各安裝一個稱重傳感器，通過rs232串行口與工控機通訊，將重量值傳給上位機。稱重完成后測量長度小車分別由兩側(cè)起始點同時啟動且相向而行，當快接近鋼管端面時（由接近開關發(fā)信號）小車減速運行，當行至鋼管端面時，小車停止運行，同時將鋼管長度計算出來傳至上位機。

2.2系統(tǒng)組成

控制系統(tǒng)由接近開關采集現(xiàn)場信號送入西門子plcs7-216內(nèi)，完成邏輯關系的運算，其結(jié)果輸出到安川sgdm-04ada驅(qū)動控制器，由sgmah-04a電機經(jīng)齒輪、齒條傳動驅(qū)動測量小車，驅(qū)動系統(tǒng)由兩套組成，分別位于鋼管的兩側(cè)，工作時小車相向而行。液壓系統(tǒng)驅(qū)動稱重裝置，plc和稱重裝置分別與上位機組成串行通訊，上位機軟件采用visualbasic編制，通過編制的畫面發(fā)出指令并時實顯示鋼管重量及測量長度。系統(tǒng)硬件由西門子plc6es7216-2bd22-0xb0，通訊模塊6es7277-0aa22-0xba，擴展模塊6es7223-1hf22-0xa0組成。

2.3工作方式

控制系統(tǒng)具有手動/半自動/自動三種工作方式。手動工作方式下，可以分別對測量小車、稱重裝置進行單獨調(diào)整；半自動工作方式可以對鋼管進行單循環(huán)測量，即按啟動則開始稱重與測量，結(jié)束后等待下一啟動指令；自動工作方式則對鋼管連續(xù)測量，直到按下自動停止按鈕，方可停止。

3系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1傳感器通訊編程

稱重傳感器采用的是美國zemic公司bm8h-5t，它通過信號分配器gm-jx-v與深圳市杰曼科技有限公司稱重管理器gm8803a連接，gm8803a最終與上位機進行rs232串通訊，其通訊協(xié)議尊循使用說明書中規(guī)定波率為9600kbty，奇偶校驗位為奇校驗，數(shù)據(jù)位為8位，站地址為2，停止位為1。按此規(guī)定用vb編寫上位機部分通訊協(xié)議程序如下：

3.2信號調(diào)理

小車行走的距離通過旋轉(zhuǎn)編碼器反饋回來的脈沖接入plc的高數(shù)計數(shù)端子，通過計數(shù)值可以知道小車行走的長度，計算精度可達0.01mm。由于項目所用的高數(shù)計數(shù)器是ab正交輸入方式，只需將a+、b+及公共端接入plc即可，而伺服控制器脈沖輸出為a+a-b+b-z+z-，在調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，plc的高數(shù)計數(shù)值不穩(wěn)定，誤差很大，感覺有干擾存在，經(jīng)分析認為是a-b-是干擾源，因此我們采用以上電路（如圖1所示），用比較器將a+a-進行比較后經(jīng)三極管開關接入plc，問題得了解決，則即提升了電壓又抑制了干擾，取得了良好的效果：

3.3編碼設計

伺服電機后端的旋轉(zhuǎn)編碼器的分辯率為13比特，即2048脈沖/轉(zhuǎn)，而電機轉(zhuǎn)速為3000r/min，plc最大捕捉頻率為20khz，為達到匹配，將驅(qū)動器的參數(shù)pn201分頻比設定為400，即達到400脈沖/轉(zhuǎn)，為進一步提高精度在plc中采用4倍分辨率，即為1600脈沖/轉(zhuǎn)，由此根據(jù)電機驅(qū)動齒輪、齒條轉(zhuǎn)一圈所走的距離計算出每個脈沖所走的距離，得出位移值。伺服系統(tǒng)采用多段速控制方式，p-son、n-cn、p-cl三端組合且設置以下參數(shù)：

pn000.1設為３設為多段速控制方式

pn201設為400設置倍頻

pn50c設為8fea４１端子速度１；４５端子速度２；４６端子速度３

pn50a設為2801cn140端子輸入on;p-con無效；cn14２端子禁止正轉(zhuǎn)

pn50b設為8843cn14３端子禁止反轉(zhuǎn)；cn14４端子警報解除；p-cl\p-nl為無效；

pn50e設為0000對應端子無效

pn50f設為0001２５、２６端子為扭矩限制檢測

3.4plc通訊編程

plc與上位機通訊方式設為自由口方式，初始化程序設置sm30為05意義為：每個字符為８位，無校驗，波特率為19200，自由口方式。通訊協(xié)議規(guī)定為：

所有的發(fā)送數(shù)據(jù)格式為：

00h，總字節(jié)數(shù)，（數(shù)據(jù)），校驗碼，ffh

其中總字節(jié)數(shù)是包括00h到ffh在內(nèi)的總數(shù)，占一個字節(jié)，校驗碼是包括00h和總字節(jié)數(shù)在內(nèi)的校驗碼之前的所有數(shù)據(jù)的異或值，占一個字節(jié)。以下只對數(shù)據(jù)位格式進行說明。

數(shù)據(jù)位所占字節(jié)數(shù)不確定，格式如下：

a，（發(fā)送數(shù)）

其中a是對數(shù)據(jù)的說明，如果是命令，則a=07h，如果是數(shù)據(jù)，則a=15h，a占一個字節(jié)。

當a=07h時，發(fā)送數(shù)占一個字節(jié)，發(fā)送數(shù)的數(shù)據(jù)說明如下：

01h——與電腦連機

設備啟動后，在工作過程中，每次測量前向電腦發(fā)送一次此命令，電腦發(fā)回的回復信息與plc發(fā)出的數(shù)據(jù)相同，即：

00h，06h，07h，01h，00h，ffh

plc發(fā)送此命令后，如果在2秒內(nèi)不能收到回復信息，再發(fā)送一次，如果2秒內(nèi)還不能收到回復信息，則plc自動轉(zhuǎn)為自存儲方式，把本次測量的長度順序記錄在plc內(nèi)存中，并不再發(fā)送稱重命令。如果在5秒內(nèi)收到回復信息，plc首先把內(nèi)存中的記錄發(fā)送給電腦，然后再正常工作，（即plc不再自存儲，直接把長度數(shù)據(jù)發(fā)送到電腦，并在每次工作都發(fā)送稱重命令）；

02h——稱重命令

電腦發(fā)回的回復信息與plc發(fā)出的數(shù)據(jù)相同，如果發(fā)出此命令后2秒內(nèi)收不到回復信息，再發(fā)送一次，如果2秒內(nèi)還不能收到回復信息，則放棄。

03h——通知來料

無回復信息

當a=15h時，發(fā)送數(shù)占字節(jié)數(shù)未定，發(fā)送數(shù)的數(shù)據(jù)說明如下：

b，（bd1，bd2，bd3，…）

其中bd1，bd2，bd3，…為bcd碼，即每個字節(jié)都為0～9的數(shù)字，高位在前。

b說明如圖2所示。

回復信息：

00h，06h，15h，04h，17h，ffh

如果發(fā)出此數(shù)據(jù)后2秒內(nèi)收不到回復信息，再發(fā)送一次，如果2秒內(nèi)還不能收到回復信息，則放棄。

西門子s7-200自由口部分編碼通訊plc程序如下：

sbr1子程序１將接收到的字符依次放入接收緩沖區(qū)

network1網(wǎng)絡１

ldsm0.0

incbvb100接收字節(jié)數(shù)加１

incdvd86接收緩沖區(qū)指針加１

movbsmb2，*vd86將接收到的字符存入vd８６指向的地址

int0

network1

ldb《》smb2，0若不是起始字符０

creti中斷返回

network2

ldsm0.0movb0，vb100將接收字節(jié)計數(shù)器vb100清零

movd&vb100，vd86指針vd86指向接收緩沖區(qū)首地址vb100

callsbr1將起始字符存入接收緩存區(qū)的vb101

atchint1，8接收字符中斷連到int-1

int1

network1

ldsm0.0

callsbr1存放接收到的報文數(shù)據(jù)區(qū)字節(jié)數(shù)

movbsmb2，vb99將報文數(shù)據(jù)區(qū)字節(jié)數(shù)存于vb99

movbvb99，vb90校驗碼字節(jié)vb90初始化

atchint2，8字符中斷事件連接以中斷程序２

int2接收數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)的中斷程序２

network1

ldsm0.0

callsbr1將收到的數(shù)據(jù)存入接收緩沖區(qū)

xorbsmb2，vb90將數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)逐字節(jié)異或，計算校驗碼

decbvb99數(shù)據(jù)字節(jié)計數(shù)器減１

network2

ldsm1.0零標志sm1.0＝1，表示vb99＝0，接收已完成

atchint3，8字符中斷事件連接到中斷程序３

int3

network1

ldb《》vb90，smb2如果校驗錯誤

atchint0，8重新啟動接收

creti中斷返回

not報文結(jié)束且校驗正確

callsbr1

callsbr6

4結(jié)束語

本項目采用plc與visualbasic工具設計和開發(fā)了大口徑鋼管的稱重與測量系統(tǒng)，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，稱重準確度高，測長精度可達0.01mm，完全滿足工藝要求，使系統(tǒng)即有控制又有完整的人機界面，在使用過程受到了用戶的認可，且受到好評。