[发明专利]基于PLC的光栅尺数据采集系统及方法

权利要求书

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。