冗余編碼器技術在氧槍控制中的應用

唐繼剛

摘 要：描述了氧槍高度檢測技術的發(fā)展歷程，分析了多種檢測技術的應用差異，研究了冗余編碼器的硬件系統(tǒng)，改進了冗余編碼器的網絡拓撲結構，優(yōu)化了冗余編碼器的軟件控制程序，并成功應用在了煉鋼廠的轉爐生產系統(tǒng)中。

關鍵詞：冗余編碼器；硬件系統(tǒng)；網絡結構；PLC

中圖分類號：TF345 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.20.143

自20世紀90年代以來，隨著檢測手段的不斷提高和PLC技術的不斷發(fā)展，冶金自動化技術得到了迅速發(fā)展和不斷提高。在轉爐煉鋼生產中，氧槍設備的穩(wěn)定運行對提高轉爐生產作業(yè)率、降低運行維護成本等起到了重要作用。

氧槍高度檢測儀器隨著檢測技術的發(fā)展在不斷變化——從最初的行程開關發(fā)展到主令控制器、旋轉編碼器，再從行程開關、主令控制器與旋轉編碼器的組合發(fā)展到采用雙編碼器技術。采用雙編碼器定位后，提高了系統(tǒng)的抗干擾和糾錯能力，特別適用于轉爐自動化程度高、現(xiàn)場比較惡劣的場合，可防止因某個編碼故障而引發(fā)設備事故。本文擬從硬件系統(tǒng)的設計、網絡路由的改進和軟件方案的優(yōu)化等多個方面進行剖析和論述，旨在促進氧槍系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

1 編碼器硬件系統(tǒng)

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

為了能連續(xù)檢測物體在不同位置的變化情況，編碼器被應用到了工程中。在編碼器應用之初，考慮到編碼器的運行不穩(wěn)定，常加設一些行程開關或主令控制器配合使用，因此，降低了傾動和氧槍設備故障高鋁。隨著編碼器技術的不斷成熟，與行程開關和主令控制器相比，編碼器的故障率更低、穩(wěn)定性更高、維護更方便。通過對設備的研究發(fā)現(xiàn)，可在傾動和氧槍設備兩側各安裝一臺編碼器，從而可實現(xiàn)2套編碼器的冗余運行，縮短設備的運維時間。圖1為氧槍位置檢測系統(tǒng)的發(fā)展歷程。

2 編碼器的網絡結構

在以往的設計過程中，雖然在硬件設備上設計了2套編碼器系統(tǒng)，但常忽略網絡路由的冗余設計。為了節(jié)省網絡電纜投資，通常將氧槍的4個編碼器串聯(lián)在一起。然而，在生產過程中，網絡路線最易遭受干擾或出現(xiàn)斷線等情況，導致氧槍位置檢測系統(tǒng)陷入癱瘓，進而停產檢修，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，新設計了網絡路由方案，不但從設備上考慮了冗余系統(tǒng)，還對網絡路由方案進行了優(yōu)化設計，具體如圖2所示。

圖2中的網絡結構從物理路線上將傾動和氧槍的編碼器系統(tǒng)完全設計成了獨立的2套路由方案，彌補了因網絡路由斷線、更換單側編碼器設備等造成的生產故障停機。同時，提高了網絡系統(tǒng)的穩(wěn)定性，也為在線維護編碼器系統(tǒng)提供了便利。

編碼器的網絡方案大多采用了網絡總線結構，由于敷設線路較長、周圍大型變頻設備多，導致網絡易受到干擾，進而造成編碼器故障。因此，在網絡敷設過程中，應注意信號的干擾問題，并采取穿管敷設等措施，從而遠離強電流干擾，使網絡結構更為穩(wěn)定。

3 編碼器軟件設計方案

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算值清零，以便于操作工觀察，從而及時消除編碼器產生的累積誤差。②動態(tài)報警法。在各個重要位置，比如在換槍位、等待位等比較編碼器計算值與位置高度值，發(fā)現(xiàn)誤差超出設定范圍時會報警，以免引發(fā)事故。③采用差值比較法。比較兩個編碼器的計算差值，發(fā)現(xiàn)誤差超出設定范圍時會報警，以便操作工選用誤差較小的編碼器。

4 應用實踐

本文設計的方案已成功應用在幾個鋼鐵廠的轉爐系統(tǒng)中，已穩(wěn)定運行多年，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

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[2]鄧洪輝.絕對值編碼器在40t轉爐氧槍控制中的應用[J].工業(yè)計量，2010（S2）.

〔編輯：張思楠〕