絕對值編碼器在氣燒窯單斗提升機中的應用

陳永文 黃智堅

一、概述

韶鋼集團有限公司焙燒廠使用的氣燒石灰豎窯單斗提升機由斜橋、料車和卷揚機組成，負責將石灰石提升到窯頂并倒入窯內。要確保單斗提升機穩定運行、倒料干凈，必須準確控制料車在斜橋頂部位置，目前控制料車行程的主令控制器機械觸點易老化以及內部元件松動，時常出現翻斗、沖頂的惡性事故，增加檢修工作量，造成窯休風，影響石灰生產。

在主令控制器基礎上，采用編碼器對單斗提升機進行二次保護。編碼器檢測卷揚機卷筒軸的角位移，反映料車在斜橋的位置。在控制單斗提升機上升的接觸器梯形圖程序串聯1個比較指令，比較編碼器即時碼值和設定的高位極限值。一旦主令控制器失靈，編碼器即時值大于設定高位極限值時，比較指令輸出結果為0，梯形圖中控制接觸器的線圈輸出為0，斷開卷揚機電機上升接觸器，卷揚機立即停機，避免料車走過極限位置造成沖頂翻斗事故。

二、編碼器選型和安裝

1.選型

光電式絕對值編碼器是數字傳感器，精度高、靈敏性好，便于連接PLC系統，其連續碼值可直接反映物體實時位置。單斗提升機的料車從斜橋底到頂部，主卷揚機要運行約15圈，因此首先考慮多圈絕對值編碼器才能反映料車在斜橋上不同位置（多圈編碼器可將較長距離等分為較小的測量步），最終選用德國倍加福PVM58-AGROBN-1213型多圈絕對值編碼器。

2.固定

（1）機械安裝。使用專門的彈簧式聯軸器聯接主卷揚機卷筒軸和編碼器，編碼器通過檢測卷筒軸旋轉圈數進行精確定位。

（2）電氣連接（圖1）。編碼器端子說明見表1。①編碼器通過總線連接在PLC的DP輸入口。DP電纜從PG9電纜管進，總線的A（綠），B（紅）分別連接在編碼器DP口的兩個輸入端子上。對于中間的編碼器，DP電纜從1個PG9電纜管進，然后從另1條PG9電纜管導出。②為避免干擾，DC+24V供電電源最好不要由PLC的CPU電源供電。③通過可拆取端子接線盒中的DIP開關進行編址，用DIP開關固定地址和總線終端電阻。用DIP開關設定地址應與PCS7硬件組態中從站地址一致。若是最后1個編碼器，要將終端電阻接入，否則無法實現傳輸。④DP電纜屏蔽必須接到PG9的螺絲。

表1 編碼器端子說明

3.調試

（1）料車在斜橋底部是基準參考點，停機時，對編碼器清零。更換編碼器或因其他故障造成編碼器讀數錯誤時，均要在該位置清零。

（2）硬件組態時，選好編碼器對應的工作方式及站號后，存儲編譯，下載至PLC。

（3）不能帶電插拔編碼器主體（編碼器前端）和接線部分（編碼器后端），否則將損壞編碼器，并且影響整個DP網通信。

三、編碼器在控制系統的組態

1.控制系統

氣燒窯自動控制系統采用西門子S7-400PLC CPU414-3 DP作為控制主站，用于整個氣燒窯工藝及設備控制。AS414-3 DP主控制器通過標準化的PROFIBUS-DP現場總線連接擴展機架中的通信模塊IM153和獨立的智能從站，形成完整的集成分布式控制系統。根據控制設備數量和實際控制需要，氣燒窯自動控制系統的控制主站與現場設備采用兩條PROFIBUS總線連接。編碼器作為從站，PLC作為主站，兩者之間通過PROFIBUS（1）總線進行數據傳遞（圖2）。氣燒窯控制系統采用西門子PCS7控制系統，因此要增加編碼器從站還需在PCS7上對相應從站進行硬件組態和軟件組態。

2.硬件組態

（1）安裝編碼器的GSD文件。PCS7系統支持不屬于西門子公司但能提供符合其規范的GSD硬件識別驅動的硬件設備。該編碼器不屬于西門子公司，因此必須先安裝GSD文件，組態時才能在硬件目錄下找到該設備。應用倍加福公司提供的免費驅動支持或在網站下載驅動文件，得到P+F ENCODER GSD文件后，打開工程項目下SIMATIC 400 STATION的Hardware，進入HW Congfig組態管理器，顯示硬件圖（圖3）。在HW Config組態管理器option下拉菜單中選擇“Install GSD File”，安裝正確的GSD文件。此后即可在PCS7的HW config下找到已經安裝驅動的硬件模塊（圖4）。

（2）在Profibus（1）總線增加編碼器從站。在Hardware catalog的選單中選取Profibus下Encoders的rotary encoder拖入圖3的“Profibus（1）：DP master system（1）”中，出現對話框（圖5），其總線地址設定選擇為系統默認，確定后即成功插入倍加福旋轉編碼器模塊（圖6）。

3.軟件組態

在氣燒窯PCS7控制系統中，按照模塊化編程思路，將控制單斗提升機上升的程序定義為FC213，在CPU中的循環程序，通過OB1調用FC213控制單斗提升機。所有提升機的變量分別建立在相應的數據塊中，I/O在符號表說明。在FC213功能塊程序中插入CMP＜＝D指令，實現編碼器的保護，將單斗實際位置的雙精度整數碼值與設定的高位極限進行比較，IN2≥IN1時，CMP＜＝D有輸出，單斗提升機正常運行，反之，編碼器起保護作用，單斗提升機運行停止。圖7是插入CMP＜＝D指令后某臺單斗提升機上行主程序梯形圖，各變量說明見表2。

采用光電式絕對值編碼器對氣燒窯單斗提升機保護后，提升機運行安全性和穩定性提高，再未出現翻斗事故。

表2 梯形圖程序變量說明