絕對值編碼器在推焦車中的應用

摘 要：文章通過工程應用實際，從設(shè)備原理、選型和工程實際調(diào)試應用幾個方面闡述了絕對值編碼器在焦爐推焦車推焦桿行程和速度控制中的應用。首先從工藝和安全性方面說明了設(shè)備造型時考慮的幾個因素，通過對增量型編碼器和絕對值編碼器的原理特點進行比較，最終得出選擇絕對值編碼器的理由。然后通過作者親歷的工程實例，對德國庫伯勒一款具體的絕對值編碼器的應用進行了詳細的介紹，包括硬件組態(tài)，軟件編寫和使用中的注意事項，還對使用中的某些細節(jié)進行了說明。較為全面的闡述了絕對值編碼器在焦爐推焦車中的應用。

關(guān)鍵詞：推焦車；編碼器；行程與速度控制

7.63m焦爐是大型的、高度自動化的現(xiàn)代化環(huán)保焦爐，焦爐移動機械采用先進技術(shù)，自動化水平高，爐號自動識別，一點定位停車，定位精度±5mm。推焦車在7.63m焦爐生產(chǎn)的四大車中體積最大，控制最復雜，控制精度最高。它的最主要功能一是通過推焦桿把成熟的焦炭從炭化室中推出，二是將按2-1串序工藝生產(chǎn)中裝煤車裝入的煤通過平煤桿平整。完成這兩項工作的推焦桿和平煤桿及其控制系統(tǒng)就成為了推焦車中兩個最重要的設(shè)備系統(tǒng)。它們的驅(qū)動是由變頻器拖動電機來完成，行程和精度控制的位置檢測是通過編碼器來實現(xiàn)。文章就編碼器的設(shè)備選型、工程實際應用作簡單論述。

1 設(shè)備選型

1.1 為什么選擇編碼器，工業(yè)控制中的定位系統(tǒng)中，接近開關(guān)、光電開關(guān)的應用已經(jīng)相當成熟了，而且在一定條件下很好用。 但是推焦桿和平煤桿的控制不是簡單的位置控制，在整個行程中有較復雜的算法，根據(jù)不同的行程要求有不同的速度。同時現(xiàn)場的高溫環(huán)境使一般的接近開關(guān)類設(shè)備的安裝位置無法保證可靠的使用，且會增加系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和接線的復雜性，日常維護工作量也會大大增加，而可靠性卻遠達不到要求。編碼器的特點是除了定位，還可知道具體位置，換算運動速度，與變頻器配合控制相當方便。同時多個控制位置只要一個編碼器就可以解決，完全可以選擇在安全位置來安裝。解決了接近開關(guān)類設(shè)備在現(xiàn)場安裝麻煩，容易被應力撞壞和受安裝環(huán)境約束等問題，對日常的維護、使用、和降低運行成本都具有優(yōu)勢。因而在工程實際中選擇編碼器來作為位置檢測設(shè)備。

1.2 為什么選擇絕對值編碼器而沒有選用價格相對便宜的增量型編碼器。這是從工藝和安全方面考慮并由絕對值編碼器和增量型編碼器的工作特性決定的。增量型編碼器 （旋轉(zhuǎn)型）由一個中心有軸的刻有環(huán)形通、暗刻線的光電碼盤，通過光電發(fā)射和接收轉(zhuǎn)換成電脈沖信號輸出，并通過計數(shù)器對脈沖信號進行處理得到相應的位置信息。優(yōu)點是原理構(gòu)造簡單，抗干擾能力強，缺點是無法輸出行程的絕對位置，電源切除后位置信息會丟失，一般不能保持掉電前的位置信息。絕對值編碼器與增量式編碼器不同，它可以直接輸出數(shù)字量的編碼值。在圓形碼盤上有透光和不透光的扇形區(qū)相間組成若干同心碼道，碼盤處于不同位置時產(chǎn)生相應的電平信號形成二進制編碼，輸出絕對位置信號。絕對值編碼器的特點是不用計數(shù)器，在轉(zhuǎn)軸的任意位置都可讀出（或換算出）絕對行程位置值，更重要的是絕對值編碼器在電源切除后位置信息不會丟失，能保持掉電前的位置信息。

1.3 從工藝和安全上來考慮，如果因某種原因造成電源突然中斷，采用增量型編碼器則勢必會停止工作，而重新上電后需要再次標定或賦予一個相對的計數(shù)零位。這對于推焦桿或平煤桿工作過程中是絕對不允許的，因為在1000攝氏度左右的炭化室內(nèi)，推焦桿和平煤桿因故障原因的炭化室多停留一分鐘，就多十分危險。時間長了會使推焦桿和平煤桿因高溫變形造成設(shè)備損壞，甚至引發(fā)更嚴重的事故。因些必須在電源恢復后知道推焦桿和平煤桿的實際位置，使控制系統(tǒng)能根據(jù)實際位置執(zhí)行安全的控制。當然，通過程序控制等手段可以實現(xiàn)對當前故障的位置信息進行保持或作一個替代值進行故障情況下的特殊處理和控制，但可靠性尤其是安全性會降低。所以選用絕對值編碼器作為推焦桿和平煤桿的位置信號檢測設(shè)備。

2 工程實際應用

2.1 在工程實際應用中，采用的是德國庫伯勒的絕對值編碼器，型號為KCN8.B000.6832.3112.9083。由于設(shè)備使用環(huán)境中有較大的粉塵且為戶外，在采購編碼器時還另外增加了防護等級為IP65外殼，加強對其的保護，以保證編碼器的可靠使用，增加使用壽命。工程實際中編碼器與PLC控制系統(tǒng)進行DP通訊，作為PLC系統(tǒng)的一個子站。

實際操作是通過安裝GSD文件，在西門子S7系統(tǒng)中進行硬件的相應配置，（需要STEP7 V5.4及以上的版本）。在硬件組態(tài)中主要是配置設(shè)備的DP地址、輸入輸出通道地址及某些必要的參數(shù)。而在此之前應該將編碼器地址撥碼開關(guān)設(shè)置與組態(tài)中的DP地址一致，打開編碼器的防護外殼及端蓋，通過二進制地址撥碼開關(guān)設(shè)置。

2.2 完成現(xiàn)場安裝接線并連接測試成功后，就需要對編碼器進行初始化。根據(jù)該編碼器初始化的規(guī)則：在數(shù)據(jù)交換的模式下，首先將的數(shù)據(jù)最高位置0，然后將數(shù)據(jù)最高位置1，剩下其它位寫入需要賦給編碼器二進制形式的值，這樣就將數(shù)值初始化到編碼器中。賦值成功后再將數(shù)據(jù)最高位改回0。這里有一點需要注意，在寫入計數(shù)零點時，按理是可以寫入包括0在內(nèi)的任何一個數(shù)值的，但實際應用中對于往返式運動的推焦桿和平煤桿應避免給機械位置起點寫入0值，而最好輸入一個比0大的偏移量。這樣可以防止由于機械慣性等原因在回退過程中超過零點而出現(xiàn)負值帶來的數(shù)據(jù)處理上的麻煩。

2.3 調(diào)試中為了確定編碼值與直行程的換算對應關(guān)系，需要確定一個校正計算系數(shù)。實際操作過程是慢速將推焦桿和平煤桿在試驗位置運動一確定的距離，通過測定實際的距離，然后與通過編碼器讀出的數(shù)碼值對比計算，并經(jīng)多次測試調(diào)整消除誤差，不斷修正，最終得出一個準確的系數(shù)。這樣調(diào)試之后，編碼器的值與實際的推焦桿和平煤桿的行程就一一對應了。以下程序為就是實際的由編碼器的編碼值經(jīng)換算系數(shù)換算成推焦桿直行程的部分：

L #IN1

L 11111111111111111111111111111111

AD

DTR

L 8.467000e-001

/R

RND

T #OUT2

在這里還有一個問題需要說明的是，按操作習慣和工藝要求前進時編碼器的值是增加的，后退時編碼器的值是減小的。如果因為安裝或硬件組態(tài)的原因造成計數(shù)方向與實際不一致，可以在組態(tài)中進行修改設(shè)置，使計數(shù)方向與實際一致。

工程應用中，編碼器作為位置信號檢測設(shè)備參與控制，實現(xiàn)不同位置條件下不同速度的精確控制。在安全上還采用了相對簡單和經(jīng)濟的光電接近開關(guān)作為限位保護，安裝在推焦桿和平煤桿裝置的尾部，這樣不僅避開了高溫區(qū)，也避開了高速區(qū)。同時在軟件中還編寫了在特殊情況下自動和手動操作讓編碼器回初始值的程序，與其它措施一道保障設(shè)備的安全、可靠、穩(wěn)定的運行。

參考文獻

[1]張志君.現(xiàn)代檢測與控制技術(shù)[M].化學工業(yè)出版社，2007.

[2]廖常初.S7-300/400PLC應用技術(shù)[M].機械工業(yè)出版社，2005.

作者簡介：雷甲軍（1984，1-），男，大學本科，自動化專業(yè)，學士學位，助理工程師。