邵曉明

(山鋼萊鋼集團(tuán)設(shè)備檢修中心,山東萊蕪 271104)

高爐主卷?yè)P(yáng)料車編碼器換型改造

邵曉明

(山鋼萊鋼集團(tuán)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?yè)P(yáng)料車控制系統(tǒng)中存在的問(wèn)題與不足,并進(jìn)行了絕對(duì)值型編碼器的換型改造。改造后,主卷?yè)P(yáng)料車運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性得到了本質(zhì)性的提高。

高爐 主卷?yè)P(yáng) 編碼器

主卷?yè)P(yáng)上料系統(tǒng)是高爐生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，主卷?yè)P(yáng)料車停車位置的穩(wěn)定性是主卷?yè)P(yáng)上料系統(tǒng)可靠運(yùn)行的根本保證。主卷?yè)P(yáng)編碼器是一種光電式旋轉(zhuǎn)測(cè)量裝置，用來(lái)檢測(cè)主卷?yè)P(yáng)料車運(yùn)行位置及運(yùn)行速度的精密電子檢測(cè)元件，將被測(cè)的角位移直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)(高速脈沖信號(hào))進(jìn)入PLC系統(tǒng)，其運(yùn)行性能的穩(wěn)定性及精確性決定著整個(gè)主卷?yè)P(yáng)上料系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性及連續(xù)性。

1 存在的問(wèn)題與分析

3#高爐主卷?yè)P(yáng)電控系統(tǒng)中所用的編碼器原設(shè)計(jì)是增量型編碼器，將旋轉(zhuǎn)編碼器的輸出脈沖信號(hào)直接輸入給PLC，利用PLC的高速計(jì)數(shù)器對(duì)其脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)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(gè)用于給出編碼器軸的絕對(duì)零位的零通道(此信號(hào)也是一個(gè)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(diǎn)累計(jì)誤差、抗干擾能力較差、接收設(shè)備的停機(jī)需斷電記憶、開機(jī)應(yīng)找零或參考位等缺陷，造成主卷?yè)P(yáng)料車停車位置不穩(wěn)定、不精確，影響料車運(yùn)行的穩(wěn)定性。

2 改造思路

編碼器按信號(hào)原理來(lái)分，有增量型與絕對(duì)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(dòng)時(shí)輸出脈沖，通過(guò)計(jì)數(shù)設(shè)備來(lái)知道其位置，當(dāng)編碼器不動(dòng)或停電時(shí)，依靠計(jì)數(shù)設(shè)備的內(nèi)部記憶來(lái)記住位置。這樣，當(dāng)停電后，編碼器不能有任何的移動(dòng)，當(dāng)來(lái)電工作時(shí)，編碼器輸出脈沖過(guò)程中，也不能有干擾而丟失脈沖，不然，計(jì)數(shù)設(shè)備記憶的零點(diǎn)就會(huì)偏移。絕對(duì)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(gè)位置的輸出代碼的讀數(shù)是唯一的；因此，當(dāng)電源斷開時(shí)，絕對(duì)型編碼器并不與實(shí)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(biāo)記。具有抗干擾特性強(qiáng)、數(shù)據(jù)傳輸可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

因此我們考慮將正在使用的增量型編碼器改造為絕對(duì)型編碼器，這樣能精確、可靠地控制主卷?yè)P(yáng)料車的停車位置及實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)保護(hù)功能。由于主卷?yè)P(yáng)卷筒在一個(gè)料車行程中要旋轉(zhuǎn)十幾圈，需選擇多圈絕對(duì)值編碼器。

3 可行性分析

(1)絕對(duì)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(gè)位置，通過(guò)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(jìn)制編碼(格雷碼)，這就稱為n位絕對(duì)編碼器。這樣的編碼器是由光電碼盤的機(jī)械位置決定的，它不受停電、干擾的影響。絕對(duì)型編碼器由機(jī)械位置決定的每個(gè)位置是唯一的，它無(wú)需記憶，無(wú)需找參考點(diǎn)。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?yè)P(yáng)料車停車位置不穩(wěn)定、不精確、保護(hù)功能不可靠等缺陷。

(2)絕對(duì)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(xì)一點(diǎn)，這可以通過(guò)更換彈性連接器或另外加工連接接手來(lái)實(shí)現(xiàn)與主卷?yè)P(yáng)卷筒輸出軸的可靠連接。

(3)絕對(duì)型編碼器所需用的數(shù)據(jù)傳輸通訊電纜與原來(lái)所用的屏蔽電纜型號(hào)一致，無(wú)需再進(jìn)行電纜敷設(shè)。

(4)更換PLC高速計(jì)數(shù)模塊。 PLC主板的連接端口與原來(lái)增量型編碼器的完全相同，可以直接進(jìn)行插拔更換。

4 實(shí)施過(guò)程

(1)參照原運(yùn)行程序提前設(shè)計(jì)、編制主卷?yè)P(yáng)料車運(yùn)行控制程序，并對(duì)所編制程序進(jìn)行邏輯檢測(cè)，以排除語(yǔ)法及邏輯錯(cuò)誤。

(2)將絕對(duì)型編碼器PLC高速計(jì)數(shù)模塊連接進(jìn)試驗(yàn)專用的PLC系統(tǒng)(與現(xiàn)場(chǎng)主卷?yè)P(yáng)PLC系統(tǒng)完全相同)中，接入絕對(duì)型編碼器，并進(jìn)行PLC的相關(guān)配置。

(3)根據(jù)所更換的主卷?yè)P(yáng)卷筒直徑計(jì)算出料車一個(gè)行程中卷筒所旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)，人為轉(zhuǎn)動(dòng)絕對(duì)型編碼器來(lái)模擬主卷?yè)P(yáng)料車運(yùn)行了一個(gè)行程，觀察絕對(duì)型編碼器所統(tǒng)計(jì)的碼數(shù)(格雷碼)，如此多模擬幾次取其平均值，計(jì)算出每個(gè)格雷碼所對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度(厘米/碼)。

(4)多次人為轉(zhuǎn)動(dòng)編碼器模擬主卷?yè)P(yáng)料車運(yùn)行全行程，觀察料車停車時(shí)經(jīng)過(guò)絕對(duì)型編碼器所統(tǒng)計(jì)的格雷碼數(shù)計(jì)算出的具體長(zhǎng)度，看與料車行程是否相符。

(5)分別模擬絕對(duì)型編碼器分別計(jì)數(shù)到減速、定點(diǎn)檢查、到位、過(guò)卷等位置時(shí)各輸出繼電器所對(duì)應(yīng)的輸出端口的得電動(dòng)作情況。

(6)將絕對(duì)型編碼器PLC高速計(jì)數(shù)模塊插入PLC系統(tǒng)中，并進(jìn)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(dòng)低速使料車運(yùn)行，在線觀測(cè)主卷?yè)P(yáng)料車控制程序的運(yùn)行情況，必要時(shí)對(duì)控制參數(shù)及程序作適當(dāng)?shù)卣{(diào)整和修改。這個(gè)運(yùn)行過(guò)程要進(jìn)行多次，然后進(jìn)行空車全程手動(dòng)高速的料車運(yùn)行。

(8)其次分別進(jìn)行空車全程自動(dòng)低速、高速的料車運(yùn)行，進(jìn)一步在線觀察主卷?yè)P(yáng)料車控制程序的運(yùn)行情況，必要時(shí)對(duì)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(dòng)帶負(fù)荷料車運(yùn)行中料車停車位置及各項(xiàng)保護(hù)功能都能可靠實(shí)現(xiàn)后，再先后分別進(jìn)行帶負(fù)荷全程自動(dòng)低速、高速的料車運(yùn)行，進(jìn)一步在線觀察主卷?yè)P(yáng)料車控制程序的運(yùn)行情況。

5 實(shí)施效果

改造實(shí)施后，從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況看，能精確、可靠地控制主卷?yè)P(yáng)料車的停車位置及保證各項(xiàng)保護(hù)功能的可靠實(shí)現(xiàn)，使高爐上料主卷?yè)P(yáng)料車運(yùn)行系統(tǒng)整體有了一個(gè)本質(zhì)性的優(yōu)化、提高。

[1]于潤(rùn)偉.EDA基礎(chǔ)與應(yīng)用.北京.機(jī)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(cè)量基準(zhǔn)[J].光機(jī)電信息,2010.

[3]潘明東.光電編碼器輸出脈沖的幾種計(jì)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。