唐繼剛

摘 要：描述了氧槍高度檢測技術(shù)的發(fā)展歷程，分析了多種檢測技術(shù)的應(yīng)用差異，研究了冗余編碼器的硬件系統(tǒng)，改進(jìn)了冗余編碼器的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，優(yōu)化了冗余編碼器的軟件控制程序，并成功應(yīng)用在了煉鋼廠的轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)系統(tǒng)中。

關(guān)鍵詞：冗余編碼器；硬件系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；PLC

中圖分類號：TF345 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.20.143

自20世紀(jì)90年代以來，隨著檢測手段的不斷提高和PLC技術(shù)的不斷發(fā)展，冶金自動(dòng)化技術(shù)得到了迅速發(fā)展和不斷提高。在轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)中，氧槍設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行對提高轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)作業(yè)率、降低運(yùn)行維護(hù)成本等起到了重要作用。

氧槍高度檢測儀器隨著檢測技術(shù)的發(fā)展在不斷變化——從最初的行程開關(guān)發(fā)展到主令控制器、旋轉(zhuǎn)編碼器，再從行程開關(guān)、主令控制器與旋轉(zhuǎn)編碼器的組合發(fā)展到采用雙編碼器技術(shù)。采用雙編碼器定位后，提高了系統(tǒng)的抗干擾和糾錯(cuò)能力，特別適用于轉(zhuǎn)爐自動(dòng)化程度高、現(xiàn)場比較惡劣的場合，可防止因某個(gè)編碼故障而引發(fā)設(shè)備事故。本文擬從硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)路由的改進(jìn)和軟件方案的優(yōu)化等多個(gè)方面進(jìn)行剖析和論述，旨在促進(jìn)氧槍系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

1 編碼器硬件系統(tǒng)

近年來，氧槍高度的位置檢測設(shè)備發(fā)生了很大的變化。最初，在氧槍設(shè)備的運(yùn)行區(qū)域安裝了多個(gè)行程開關(guān)，檢測設(shè)備在不同位置的變化情況；之后，為了減少行程開關(guān)的安裝數(shù)量，又改為使用主令控制器。主令控制器在氧槍中應(yīng)用的最大缺點(diǎn)為調(diào)整時(shí)間過長，每次更換完鋼絲繩或在生產(chǎn)過程中需要調(diào)整位置時(shí)，都需要對主令控制器的凸輪定位進(jìn)行調(diào)整，且這些位置的檢測都是離散的，常造成設(shè)備不穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)而增加了設(shè)備的運(yùn)維成本。

為了能連續(xù)檢測物體在不同位置的變化情況，編碼器被應(yīng)用到了工程中。在編碼器應(yīng)用之初，考慮到編碼器的運(yùn)行不穩(wěn)定，常加設(shè)一些行程開關(guān)或主令控制器配合使用，因此，降低了傾動(dòng)和氧槍設(shè)備故障高鋁。隨著編碼器技術(shù)的不斷成熟，與行程開關(guān)和主令控制器相比，編碼器的故障率更低、穩(wěn)定性更高、維護(hù)更方便。通過對設(shè)備的研究發(fā)現(xiàn)，可在傾動(dòng)和氧槍設(shè)備兩側(cè)各安裝一臺(tái)編碼器，從而可實(shí)現(xiàn)2套編碼器的冗余運(yùn)行，縮短設(shè)備的運(yùn)維時(shí)間。圖1為氧槍位置檢測系統(tǒng)的發(fā)展歷程。

2 編碼器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

在以往的設(shè)計(jì)過程中，雖然在硬件設(shè)備上設(shè)計(jì)了2套編碼器系統(tǒng)，但常忽略網(wǎng)絡(luò)路由的冗余設(shè)計(jì)。為了節(jié)省網(wǎng)絡(luò)電纜投資，通常將氧槍的4個(gè)編碼器串聯(lián)在一起。然而，在生產(chǎn)過程中，網(wǎng)絡(luò)路線最易遭受干擾或出現(xiàn)斷線等情況，導(dǎo)致氧槍位置檢測系統(tǒng)陷入癱瘓，進(jìn)而停產(chǎn)檢修，降低了氧槍的作業(yè)率。

本文針對上述易發(fā)生的故障情況，新設(shè)計(jì)了網(wǎng)絡(luò)路由方案，不但從設(shè)備上考慮了冗余系統(tǒng)，還對網(wǎng)絡(luò)路由方案進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，具體如圖2所示。

圖2中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從物理路線上將傾動(dòng)和氧槍的編碼器系統(tǒng)完全設(shè)計(jì)成了獨(dú)立的2套路由方案，彌補(bǔ)了因網(wǎng)絡(luò)路由斷線、更換單側(cè)編碼器設(shè)備等造成的生產(chǎn)故障停機(jī)。同時(shí)，提高了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，也為在線維護(hù)編碼器系統(tǒng)提供了便利。

編碼器的網(wǎng)絡(luò)方案大多采用了網(wǎng)絡(luò)總線結(jié)構(gòu)，由于敷設(shè)線路較長、周圍大型變頻設(shè)備多，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)易受到干擾，進(jìn)而造成編碼器故障。因此，在網(wǎng)絡(luò)敷設(shè)過程中，應(yīng)注意信號的干擾問題，并采取穿管敷設(shè)等措施，從而遠(yuǎn)離強(qiáng)電流干擾，使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定。

3 編碼器軟件設(shè)計(jì)方案

為了提高硬件系統(tǒng)的性能，完善的軟件控制系統(tǒng)是不可或缺的。為了使整個(gè)冗余編碼器系統(tǒng)更加穩(wěn)定，可采取以下3種處理方法：①靜態(tài)清零法。在換槍位對編碼器計(jì)算值清零，以便于操作工觀察，從而及時(shí)消除編碼器產(chǎn)生的累積誤差。②動(dòng)態(tài)報(bào)警法。在各個(gè)重要位置，比如在換槍位、等待位等比較編碼器計(jì)算值與位置高度值，發(fā)現(xiàn)誤差超出設(shè)定范圍時(shí)會(huì)報(bào)警，以免引發(fā)事故。③采用差值比較法。比較兩個(gè)編碼器的計(jì)算差值，發(fā)現(xiàn)誤差超出設(shè)定范圍時(shí)會(huì)報(bào)警，以便操作工選用誤差較小的編碼器。

4 應(yīng)用實(shí)踐

本文設(shè)計(jì)的方案已成功應(yīng)用在幾個(gè)鋼鐵廠的轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)中，已穩(wěn)定運(yùn)行多年，在這些鋼鐵廠的降本增效中發(fā)揮了一定的積極作用。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：張思楠〕