邵曉明

(山鋼萊鋼集團(tuán)設(shè)備檢修中心,山東萊蕪 271104)

高爐主卷揚(yáng)料車編碼器換型改造

邵曉明

(山鋼萊鋼集團(tuán)設(shè)備檢修中心,山東萊蕪 271104)

本文主要分析了增量型編碼器在高爐主卷揚(yáng)料車控制系統(tǒng)中存在的問題與不足,并進(jìn)行了絕對值型編碼器的換型改造。改造后,主卷揚(yáng)料車運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性得到了本質(zhì)性的提高。

高爐 主卷揚(yáng) 編碼器

主卷揚(yáng)上料系統(tǒng)是高爐生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，主卷揚(yáng)料車停車位置的穩(wěn)定性是主卷揚(yáng)上料系統(tǒng)可靠運(yùn)行的根本保證。主卷揚(yáng)編碼器是一種光電式旋轉(zhuǎn)測量裝置，用來檢測主卷揚(yáng)料車運(yùn)行位置及運(yùn)行速度的精密電子檢測元件，將被測的角位移直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(高速脈沖信號)進(jìn)入PLC系統(tǒng)，其運(yùn)行性能的穩(wěn)定性及精確性決定著整個主卷揚(yáng)上料系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性及連續(xù)性。

1 存在的問題與分析

3#高爐主卷揚(yáng)電控系統(tǒng)中所用的編碼器原設(shè)計是增量型編碼器，將旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出脈沖信號直接輸入給PLC，利用PLC的高速計數(shù)器對其脈沖信號進(jìn)行計數(shù)。該編碼器一般給出兩種方波(它們的相位差是90度，通常稱為通道A和通道B)和一個用于給出編碼器軸的絕對零位的零通道(此信號也是一個方波，其相位與A通道在同一中心線上，寬度與A通道相同)。由于其光柵分度誤差、光盤偏心、軸承偏心、電子讀數(shù)裝置引入的誤差以及光學(xué)部分的不精確性等因素，導(dǎo)致存在零點累計誤差、抗干擾能力較差、接收設(shè)備的停機(jī)需斷電記憶、開機(jī)應(yīng)找零或參考位等缺陷，造成主卷揚(yáng)料車停車位置不穩(wěn)定、不精確，影響料車運(yùn)行的穩(wěn)定性。

2 改造思路

編碼器按信號原理來分，有增量型與絕對型，它們存著最大的區(qū)別：在增量編碼器的情況下，增量式編碼器以轉(zhuǎn)動時輸出脈沖，通過計數(shù)設(shè)備來知道其位置，當(dāng)編碼器不動或停電時，依靠計數(shù)設(shè)備的內(nèi)部記憶來記住位置。這樣，當(dāng)停電后，編碼器不能有任何的移動，當(dāng)來電工作時，編碼器輸出脈沖過程中，也不能有干擾而丟失脈沖，不然，計數(shù)設(shè)備記憶的零點就會偏移。絕對型編碼器的位置是由輸出代碼的讀數(shù)確定的。在一圈里，每個位置的輸出代碼的讀數(shù)是唯一的；因此，當(dāng)電源斷開時，絕對型編碼器并不與實際的位置分離。如果電源再次接通，那么位置讀數(shù)仍是當(dāng)前的，有效的；不像增量編碼器那樣，必須去尋找零位標(biāo)記。具有抗干擾特性強(qiáng)、數(shù)據(jù)傳輸可靠性高等優(yōu)點。

因此我們考慮將正在使用的增量型編碼器改造為絕對型編碼器，這樣能精確、可靠地控制主卷揚(yáng)料車的停車位置及實現(xiàn)各項保護(hù)功能。由于主卷揚(yáng)卷筒在一個料車行程中要旋轉(zhuǎn)十幾圈，需選擇多圈絕對值編碼器。

3 可行性分析

(1)絕對型旋轉(zhuǎn)編碼器光碼盤上有許多道光通道刻線，每道刻線依次以2線、4線、8線、16 線……編排，這樣，在編碼器的每一個位置，通過讀取每道刻線的通、暗，獲得一組從2的零次方到2的n-1次方的唯一的2進(jìn)制編碼(格雷碼)，這就稱為n位絕對編碼器。這樣的編碼器是由光電碼盤的機(jī)械位置決定的，它不受停電、干擾的影響。絕對型編碼器由機(jī)械位置決定的每個位置是唯一的，它無需記憶，無需找參考點。因而它的抗干擾特性、數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃源蟠筇岣?，能有效解決原主卷揚(yáng)料車停車位置不穩(wěn)定、不精確、保護(hù)功能不可靠等缺陷。

(2)絕對型編碼器與原增量型編碼器安裝孔及安裝孔直徑完全相同、外型尺寸基本一致，只是連接軸直徑較增量型編碼器的直徑稍細(xì)一點，這可以通過更換彈性連接器或另外加工連接接手來實現(xiàn)與主卷揚(yáng)卷筒輸出軸的可靠連接。

(3)絕對型編碼器所需用的數(shù)據(jù)傳輸通訊電纜與原來所用的屏蔽電纜型號一致，無需再進(jìn)行電纜敷設(shè)。

(4)更換PLC高速計數(shù)模塊。 PLC主板的連接端口與原來增量型編碼器的完全相同，可以直接進(jìn)行插拔更換。

4 實施過程

(1)參照原運(yùn)行程序提前設(shè)計、編制主卷揚(yáng)料車運(yùn)行控制程序，并對所編制程序進(jìn)行邏輯檢測，以排除語法及邏輯錯誤。

(2)將絕對型編碼器PLC高速計數(shù)模塊連接進(jìn)試驗專用的PLC系統(tǒng)(與現(xiàn)場主卷揚(yáng)PLC系統(tǒng)完全相同)中，接入絕對型編碼器，并進(jìn)行PLC的相關(guān)配置。

(3)根據(jù)所更換的主卷揚(yáng)卷筒直徑計算出料車一個行程中卷筒所旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)，人為轉(zhuǎn)動絕對型編碼器來模擬主卷揚(yáng)料車運(yùn)行了一個行程，觀察絕對型編碼器所統(tǒng)計的碼數(shù)(格雷碼)，如此多模擬幾次取其平均值，計算出每個格雷碼所對應(yīng)的長度(厘米/碼)。

(4)多次人為轉(zhuǎn)動編碼器模擬主卷揚(yáng)料車運(yùn)行全行程，觀察料車停車時經(jīng)過絕對型編碼器所統(tǒng)計的格雷碼數(shù)計算出的具體長度，看與料車行程是否相符。

(5)分別模擬絕對型編碼器分別計數(shù)到減速、定點檢查、到位、過卷等位置時各輸出繼電器所對應(yīng)的輸出端口的得電動作情況。

(6)將絕對型編碼器PLC高速計數(shù)模塊插入PLC系統(tǒng)中，并進(jìn)行相關(guān)配置。

編碼器有4條引線，其中2條是脈沖輸出線(A1，B1)，兩根電源線，直接使用PLC的DC24V電源。A1、B1兩相脈沖輸出線直接與PLC的輸入端(X1、X3)連接，旋轉(zhuǎn)編碼器還有一條屏蔽線，直接接地，提高抗干擾性。

(7)首先空車全程手動低速使料車運(yùn)行，在線觀測主卷揚(yáng)料車控制程序的運(yùn)行情況，必要時對控制參數(shù)及程序作適當(dāng)?shù)卣{(diào)整和修改。這個運(yùn)行過程要進(jìn)行多次，然后進(jìn)行空車全程手動高速的料車運(yùn)行。

(8)其次分別進(jìn)行空車全程自動低速、高速的料車運(yùn)行，進(jìn)一步在線觀察主卷揚(yáng)料車控制程序的運(yùn)行情況，必要時對控制參數(shù)及程序作適當(dāng)?shù)卣{(diào)整和修改。

(9)在多次觀察手動帶負(fù)荷料車運(yùn)行中料車停車位置及各項保護(hù)功能都能可靠實現(xiàn)后，再先后分別進(jìn)行帶負(fù)荷全程自動低速、高速的料車運(yùn)行，進(jìn)一步在線觀察主卷揚(yáng)料車控制程序的運(yùn)行情況。

5 實施效果

改造實施后，從現(xiàn)場實際運(yùn)行情況看，能精確、可靠地控制主卷揚(yáng)料車的停車位置及保證各項保護(hù)功能的可靠實現(xiàn)，使高爐上料主卷揚(yáng)料車運(yùn)行系統(tǒng)整體有了一個本質(zhì)性的優(yōu)化、提高。

[1]于潤偉.EDA基礎(chǔ)與應(yīng)用.北京.機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

[2]王顯軍.光電編碼器的應(yīng)用——分類源于角度測量基準(zhǔn)[J].光機(jī)電信息,2010.

[3]潘明東.光電編碼器輸出脈沖的幾種計數(shù)方法[J].電子工程師,2004.

邵曉明,男,1970年9月出生,湖北鄂州人,大學(xué)學(xué)歷,工程師,現(xiàn)從事電氣技術(shù)管理工作。