高炉上料系统中编码器的优化改造

1、高炉上料系统中编码器的优化改造 【摘 要】 本文主要介绍了光电编码器的种类、各自优缺点，及其在生产应用中的利与弊。通过技术改造使其在高炉炼铁生产中应用后，上料系统运行可靠、准确，生产稳定。 【关键词】 光电编码器 高炉炼铁 主卷扬 应用 1 概述 主卷扬上料系统是高炉生产的重要环节，主卷扬料车停车位置的稳定性是主卷扬上料系统可靠运行的根本保证。主卷扬编码器是用来检测主卷扬料车运行位置及运行速度的精密电子检测元件，其运行性能的稳定性及精确性决定着整个主卷扬上料系统运行的可靠性及连续性。旋转式编码器是一种采用光电扫描原理将角位移转换成一连串电数字脉冲的旋转式传感器。 2 编码器介绍 光电编码器分为

2、绝对式和增量式两种类型。 2.1 增量式编码器 增量式编码器是指随转轴旋转的码盘给出一系列脉冲，然后根据旋转方向用计数器对这些脉冲进行加减计数，以此来表示转过的角位移量。增量式光电编码器结构示意图如图1所示。 它由主码盘、鉴向盘、光学系统和光电变换器组成。在主码盘（光电盘）周边上刻有节距相等的辐射状窄缝，形成均匀分布的透明区和不透明区。鉴向盘与主码盘平行，并刻有a、b两组透明检测窄缝，它们彼此错开1/4节距，以使a、b两个光电变换器的输出信号在相位上相差90。工作时，鉴向盘静止不动，主码盘与转轴一起转动，光源发出的光投射到主码盘与鉴向盘上。当主码盘上的不透明区正好与鉴向盘上的透明窄缝对齐时，光

3、线被全部遮住，光电变换器输出电压为最小；当主码盘上的透明区正好与鉴向盘上的透明窄缝对齐时，光线全部通过，光电变换器输出电压为最大。主码盘每转过一个刻线周期，光电变换器将输出一个近似的正弦波电压，且光电变换器a、b的输出电压相位差为90。 光电编码器的输出波形如图2所示。为了得到码盘转动的绝对位置，还须设置一个基准点，“零位标志槽”。码盘每转一圈，零位标志槽对应的光敏元件产生一个脉冲，称为“一转脉冲”，见图2中的co脉冲。 当编码器正转时a信号的相位超前b信号90；反转时则b信号相位超前a信号90。a和b输出的脉冲个数与被测角位移变化量成线性关系，因此，通过对脉冲个数计数就能计算出相应的角位移。

4、根据a和b之间的这种关系正确地解调出被测机械的旋转方向和旋转角位移/速率，就是所谓的脉冲辨向和计数。 2.2 绝对式编码器 绝对式编码器是把被测转角通过读取码盘上的图案信息直接转换成相应代码的检测元件。编码盘有光电式、接触式和电磁式三种。 3 现状分析 之前，高炉所用的编码器是增量型编码器，该类型编码器一般给出两种方波（它们的相位差是90度，通常称为通道a和通道b）和一个用于给出编码器轴的绝对零位的零通道（此信号也是一个方波，其相位与a通道在同一中心线上，宽度与a通道相同）。由于增量式编码器制作工艺决定了其测量精度取决于机械和电气的因素（这些因素有：光栅分度误差、光盘偏心、轴承偏心、电子读数装

5、置引入的误差以及光学部分的不精确性，误差存在于任何编码器中，无法消除），因此，增量型编码器存在零点累计误差、抗干扰能力较差、接收设备的停机需断电记忆、开机应找零或参考位等缺陷，这就造成在此之前的主卷扬料车停车位置不稳定、不精确，从而使依据编码器测量数据所进行的各项保护功能得不到可靠实现。 4 改造思路 由于增量型编码器具有以上不可弥补的缺陷，因此不能实现对主卷扬料车位置的精确控制，给高炉生产带来极大的不便。绝对编码器具有由机械位置决定的每个位置的唯一性，它无需停电记忆，无需找参考点，并且具有抗干扰特性强、数据传输可靠性高等优点。因此我们考虑将正在使用的增量型编码器改造为绝对型编码器，这样能精确

6、、可靠地控制主卷扬料车的停车位置及实现各项保护功能。由于主卷扬卷筒在一个料车行程中要旋转十几圈，因此我们选择多圈绝对值编码器。 5 可行性分析 （1）绝对型旋转编码器光码盘上有许多道光通道刻线，每道刻线依次以2线、4线、8线、16 线编排，这样，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码，这就称为n位绝对编码器。这样的编码器是由光电码盘的机械位置决定的，它不受停电、干扰的影响。绝对型编码器由机械位置决定的每个位置是唯一的，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置。（2）多圈绝对型编码器

7、具有测量范围大的优点，实际应用中往往富裕较多， 这样在安装时不必要费劲找零点，将某一任意中间位置作为起始点就可以了，而且大大简化了安装调试难度，这样就能满足主卷扬卷筒旋转十几圈的计数要求。（3）绝对型编码器与原增量型编码器安装孔及安装孔直径完全相同、外型尺寸一致；所需用的数据传输通讯电缆与原来所用的屏蔽电缆型号一致，无需再进行电缆敷设。 6 科技创新点 本次改造使用了制造工艺先进、测量数据准确、传输数据可靠、抗干扰能力强的多圈绝对型编码器，它无需停电记忆，无需找参考点，并且具有由机械位置决定的每个位置的唯一性，这些优点决定了它能精确、可靠地控制主卷扬料车的停车位置及保证各项保护功能的可靠实现，使主卷扬料车运行程序控制的准确性、精确性和可靠性有了一个本质性的提高，使高炉上料主卷扬料车运行系统更为可靠、精确。 参考文献： 1王显军，杨晓