高爐主卷揚料車編碼器換型改造

邵曉明

(山鋼萊鋼集團設(shè)備檢修中心,山東萊蕪 271104)

高爐主卷揚料車編碼器換型改造

邵曉明

(山鋼萊鋼集團設(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料車控制系統(tǒng)中存在的問題與不足,并進行了絕對值型編碼器的換型改造。改造后,主卷揚料車運行的可靠性和穩(wěn)定性得到了本質(zhì)性的提高。

高爐 主卷揚 編碼器

主卷揚上料系統(tǒng)是高爐生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，主卷揚料車停車位置的穩(wěn)定性是主卷揚上料系統(tǒng)可靠運行的根本保證。主卷揚編碼器是一種光電式旋轉(zhuǎn)測量裝置，用來檢測主卷揚料車運行位置及運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)進入PLC系統(tǒng)，其運行性能的穩(wěn)定性及精確性決定著整個主卷揚上料系統(tǒng)運行的可靠性及連續(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)備的停機需斷電記憶、開機應(yīng)找零或參考位等缺陷，造成主卷揚料車停車位置不穩(wěn)定、不精確，影響料車運行的穩(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，必須去尋找零位標記。具有抗干擾特性強、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、可靠地控制主卷揚料車的停車位置及實現(xiàn)各項保護功能。由于主卷揚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械位置決定的，它不受停電、干擾的影響。絕對型編碼器由機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料車停車位置不穩(wěn)定、不精確、保護功能不可靠等缺陷。

(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，可以直接進行插拔更換。

4 實施過程

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

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

(3)根據(jù)所更換的主卷揚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料車運行了一個行程，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料車運行全行程，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行，在線觀測主卷揚料車控制程序的運行情況，必要時對控制參數(shù)及程序作適當(dāng)?shù)卣{(diào)整和修改。這個運行過程要進行多次，然后進行空車全程手動高速的料車運行。

(8)其次分別進行空車全程自動低速、高速的料車運行，進一步在線觀察主卷揚料車控制程序的運行情況，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荷料車運行中料車停車位置及各項保護功能都能可靠實現(xiàn)后，再先后分別進行帶負荷全程自動低速、高速的料車運行，進一步在線觀察主卷揚料車控制程序的運行情況。

5 實施效果

改造實施后，從現(xiàn)場實際運行情況看，能精確、可靠地控制主卷揚料車的停車位置及保證各項保護功能的可靠實現(xiàn)，使高爐上料主卷揚料車運行系統(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[J].光機電信息,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。