編碼器和變頻器在高爐卷揚調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用

李鵬

摘 要：介紹了變頻器和編碼器在高爐卷揚調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用情況，給出了系統(tǒng)對應(yīng)說明和部分軟件程序，設(shè)計出了高爐卷揚調(diào)速系統(tǒng)方案。

關(guān)鍵詞：編碼器;變頻器;上料機

高爐上料的形式主要有料車卷揚上料和傳送帶上料。料車卷揚上料結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、有足夠的上料能力，能實現(xiàn)半自動控制，但該系統(tǒng)的傳動調(diào)速控制方式是采用繞線式異步電動機串電阻啟動或正反轉(zhuǎn)直接啟動。這種啟動的缺點是線路復(fù)雜、能耗高、機械損耗大，電網(wǎng)電壓對速度的影響很大，可靠性差，用到的行程開關(guān)多，維護人員不便于檢查和維護。變頻器和編碼器引入高爐上料系統(tǒng)替代老式系統(tǒng)，簡化了線路，提高了系統(tǒng)的可靠性，改善了起動、制動及加減速的性能，用到的行程開關(guān)大大減少，減輕了維護人員的工作量。

1 編碼器

旋轉(zhuǎn)編碼器是通過光電轉(zhuǎn)換，將輸出至軸上的機械、幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字信號的傳感器，主要用于速度或位置（角度）的檢測。典型的旋轉(zhuǎn)編碼器是由光柵盤和光電檢測裝置組成。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形狹縫。由于光電碼盤與電動機同軸，電動機旋轉(zhuǎn)時，光柵盤與電動機同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號;通過計算每秒旋轉(zhuǎn)編碼器輸出脈沖的個數(shù)就能反映當(dāng)前電動機的轉(zhuǎn)速。

根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生脈沖的方式的不同，可以分為增量式、絕對式以及復(fù)合式三大類。本系統(tǒng)采用的是增量式旋轉(zhuǎn)編碼器。增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖A、B和Z相;A、B兩組脈沖相位差90，用于辯向：當(dāng)A相脈沖超前B相時為正轉(zhuǎn)方向，而當(dāng)B相脈沖超前A相時則為反轉(zhuǎn)方向。Z相為每轉(zhuǎn)一個脈沖，用于基準(zhǔn)點定位如圖1所示。傳送帶單元使用了這種具有A、B兩相90o相位差的通用型旋轉(zhuǎn)編碼器，用于計算工件在傳送帶上的位置。編碼器直接連接到傳送帶主動軸上。該旋轉(zhuǎn)編碼器的三相脈沖采用NPN型集電極開路輸出，分辨率500線，工作電源DC12～24V。本工作單元沒有使用Z相脈沖，A、B兩相輸出端直接連接到PLC的高速計數(shù)器輸入端。

2 卷揚上料系統(tǒng)運行過程

料車卷揚上料系統(tǒng)主要由斜橋、小車、卷揚機、鋼絲繩及電器設(shè)備組成。卷揚上料小車系統(tǒng)主要工作過程：各種原料經(jīng)過槽下配料放入料倉，料車到料坑后，料倉門自動打開，把原料放入料車，料倉閘門關(guān)到位，料車起動，經(jīng)過加速、勻速、減速、到達爐頂停止，然后利用卸料曲軌使小車后輪抬高自動傾斜至一定角度進行卸料，卸料后小車返回。小車返回時，將勢能轉(zhuǎn)化為電能，電動機處于發(fā)電狀態(tài)，利用制動模塊將發(fā)出來的電能消耗掉。另一種情況：在工作過程中，2個料車交替上料，當(dāng)裝滿爐料的料車上行時空料車下行，空車質(zhì)量相當(dāng)于一個平衡錘，平衡了重料車的車箱自重，這樣當(dāng)上行或下行2個料車用一個卷揚機拖動時，不但節(jié)省了電動機的功率，而且電動機運行時，不但節(jié)約了電動機的功率，而且電動機運行時總有一個重料車上行，沒有空行程，且拖動電動機總是處于電動狀態(tài)運行。

3 調(diào)速硬件系統(tǒng)的設(shè)計

根據(jù)電動機額定功率和變頻器的容量應(yīng)比變頻器說明書中的“配用電動機容量”加大一檔至二檔的原則，選擇臺達VFD450C43A，45KW變頻器。該變頻器隸屬于VFD-C2000系列，VFD-C2000是以FOC技術(shù)（磁場導(dǎo)向控制）為核心，根據(jù)不同的控制理論及實際需求，開發(fā)出了V/F控制、SVC控制、FOCPG控制和TQCPG控制等四種控制模式，控制性能優(yōu)異，特別是內(nèi)建了PLC功能。

按下“菜單”鍵選擇PLC功能，選擇啟動PLC功能，按下“回車”鍵，這樣變頻器就有了PLC功能。C2000所提供的指令包含階梯圖編輯工具WPLSoft、基本指令、應(yīng)用指令使用方法，主要均沿用臺達PLC DVP系列的操作方式。C2000提供了2個通訊的串口來上下載PLC程序，PLC的通訊格式默認為7，N，2，9600，站號2，如果想改PLC站號可在參數(shù)09-35中修改，但此地址不可與變頻器地址09-00設(shè)為一樣。上位機通過RS485與驅(qū)動器RJ-45通訊接口相連，可以同時變頻器和內(nèi)部PLC存取資料，實現(xiàn)方式是透過站號的識別。

在手動方式下，操作小車從上方越過參考點，專人觀察到達下限位位置時連續(xù)按三次停止按鈕，小車停止，同時上行和下行指示燈交替閃爍，表示下限位成功設(shè)定。如果沒有上行和下行指示燈交替閃爍，重復(fù)以上操作，直到出現(xiàn)上行和下行指示燈交替閃爍，表示成功設(shè)定了下限位。在手動方式下，操作小車從下方越過參考點，小車向上運行，專人觀察到達上限位后連續(xù)按三次停止按鈕，小車停止，同時上行和下行指示燈同時閃爍，表示上限位設(shè)置成功。然后將選擇開關(guān)撥到自動運行，按下下行按鈕，進入正常自動運行狀態(tài)。

編碼器需要DC24V電源才能工作，它的信號線必須接變頻器的MI8，MI8具有高速計數(shù)功能。變頻器一旦沒有輸出，KM1線圈就得電，KM1主觸頭閉合，抱閘電機工作，否則抱閘電機不工作。

制動單元為電機提供自動力矩，其型號BR1K5W013*4。制動電阻消耗電機動能，制動電阻為1KW、13Ω。制動單元進線接變頻器直流母線，出線接制動電阻。制動單元和制動電阻接線在電路圖中未有體現(xiàn)。

4 啟動/清零程序

C2000的MI8支持單向的Pulse counting，而最高速為100K，啟用方式很簡單，只需設(shè)定M1038就會開始計數(shù)，所計數(shù)的值以無符號數(shù)32位存放到D1054和D1055，而M1039則是可以把計數(shù)值歸零。啟動和清零部分程序如圖2所示。

5 結(jié)束語

卷揚控制系統(tǒng)是實現(xiàn)高爐生產(chǎn)過程自動控制的重要組成部分。采用變頻器和編碼器調(diào)速，提高了系統(tǒng)運行的平穩(wěn)性和可靠性，大大降低了建造成本，也便于操作和維護，減輕了工人的勞動強度，取得了較好的經(jīng)濟效益。