絕對(duì)值編碼器在推焦車中的應(yīng)用

摘 要：文章通過(guò)工程應(yīng)用實(shí)際，從設(shè)備原理、選型和工程實(shí)際調(diào)試應(yīng)用幾個(gè)方面闡述了絕對(duì)值編碼器在焦?fàn)t推焦車推焦桿行程和速度控制中的應(yīng)用。首先從工藝和安全性方面說(shuō)明了設(shè)備造型時(shí)考慮的幾個(gè)因素，通過(guò)對(duì)增量型編碼器和絕對(duì)值編碼器的原理特點(diǎn)進(jìn)行比較，最終得出選擇絕對(duì)值編碼器的理由。然后通過(guò)作者親歷的工程實(shí)例，對(duì)德國(guó)庫(kù)伯勒一款具體的絕對(duì)值編碼器的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，包括硬件組態(tài)，軟件編寫和使用中的注意事項(xiàng)，還對(duì)使用中的某些細(xì)節(jié)進(jìn)行了說(shuō)明。較為全面的闡述了絕對(duì)值編碼器在焦?fàn)t推焦車中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：推焦車；編碼器；行程與速度控制

7.63m焦?fàn)t是大型的、高度自動(dòng)化的現(xiàn)代化環(huán)保焦?fàn)t，焦?fàn)t移動(dòng)機(jī)械采用先進(jìn)技術(shù)，自動(dòng)化水平高，爐號(hào)自動(dòng)識(shí)別，一點(diǎn)定位停車，定位精度±5mm。推焦車在7.63m焦?fàn)t生產(chǎn)的四大車中體積最大，控制最復(fù)雜，控制精度最高。它的最主要功能一是通過(guò)推焦桿把成熟的焦炭從炭化室中推出，二是將按2-1串序工藝生產(chǎn)中裝煤車裝入的煤通過(guò)平煤桿平整。完成這兩項(xiàng)工作的推焦桿和平煤桿及其控制系統(tǒng)就成為了推焦車中兩個(gè)最重要的設(shè)備系統(tǒng)。它們的驅(qū)動(dòng)是由變頻器拖動(dòng)電機(jī)來(lái)完成，行程和精度控制的位置檢測(cè)是通過(guò)編碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)。文章就編碼器的設(shè)備選型、工程實(shí)際應(yīng)用作簡(jiǎn)單論述。

1 設(shè)備選型

1.1 為什么選擇編碼器，工業(yè)控制中的定位系統(tǒng)中，接近開關(guān)、光電開關(guān)的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)成熟了，而且在一定條件下很好用。 但是推焦桿和平煤桿的控制不是簡(jiǎn)單的位置控制，在整個(gè)行程中有較復(fù)雜的算法，根據(jù)不同的行程要求有不同的速度。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的高溫環(huán)境使一般的接近開關(guān)類設(shè)備的安裝位置無(wú)法保證可靠的使用，且會(huì)增加系統(tǒng)的硬件構(gòu)成和接線的復(fù)雜性，日常維護(hù)工作量也會(huì)大大增加，而可靠性卻遠(yuǎn)達(dá)不到要求。編碼器的特點(diǎn)是除了定位，還可知道具體位置，換算運(yùn)動(dòng)速度，與變頻器配合控制相當(dāng)方便。同時(shí)多個(gè)控制位置只要一個(gè)編碼器就可以解決，完全可以選擇在安全位置來(lái)安裝。解決了接近開關(guān)類設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)安裝麻煩，容易被應(yīng)力撞壞和受安裝環(huán)境約束等問(wèn)題，對(duì)日常的維護(hù)、使用、和降低運(yùn)行成本都具有優(yōu)勢(shì)。因而在工程實(shí)際中選擇編碼器來(lái)作為位置檢測(cè)設(shè)備。

1.2 為什么選擇絕對(duì)值編碼器而沒(méi)有選用價(jià)格相對(duì)便宜的增量型編碼器。這是從工藝和安全方面考慮并由絕對(duì)值編碼器和增量型編碼器的工作特性決定的。增量型編碼器 （旋轉(zhuǎn)型）由一個(gè)中心有軸的刻有環(huán)形通、暗刻線的光電碼盤，通過(guò)光電發(fā)射和接收轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)輸出，并通過(guò)計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行處理得到相應(yīng)的位置信息。優(yōu)點(diǎn)是原理構(gòu)造簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，缺點(diǎn)是無(wú)法輸出行程的絕對(duì)位置，電源切除后位置信息會(huì)丟失，一般不能保持掉電前的位置信息。絕對(duì)值編碼器與增量式編碼器不同，它可以直接輸出數(shù)字量的編碼值。在圓形碼盤上有透光和不透光的扇形區(qū)相間組成若干同心碼道，碼盤處于不同位置時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的電平信號(hào)形成二進(jìn)制編碼，輸出絕對(duì)位置信號(hào)。絕對(duì)值編碼器的特點(diǎn)是不用計(jì)數(shù)器，在轉(zhuǎn)軸的任意位置都可讀出（或換算出）絕對(duì)行程位置值，更重要的是絕對(duì)值編碼器在電源切除后位置信息不會(huì)丟失，能保持掉電前的位置信息。

1.3 從工藝和安全上來(lái)考慮，如果因某種原因造成電源突然中斷，采用增量型編碼器則勢(shì)必會(huì)停止工作，而重新上電后需要再次標(biāo)定或賦予一個(gè)相對(duì)的計(jì)數(shù)零位。這對(duì)于推焦桿或平煤桿工作過(guò)程中是絕對(duì)不允許的，因?yàn)樵?000攝氏度左右的炭化室內(nèi)，推焦桿和平煤桿因故障原因的炭化室多停留一分鐘，就多十分危險(xiǎn)。時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)使推焦桿和平煤桿因高溫變形造成設(shè)備損壞，甚至引發(fā)更嚴(yán)重的事故。因些必須在電源恢復(fù)后知道推焦桿和平煤桿的實(shí)際位置，使控制系統(tǒng)能根據(jù)實(shí)際位置執(zhí)行安全的控制。當(dāng)然，通過(guò)程序控制等手段可以實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前故障的位置信息進(jìn)行保持或作一個(gè)替代值進(jìn)行故障情況下的特殊處理和控制，但可靠性尤其是安全性會(huì)降低。所以選用絕對(duì)值編碼器作為推焦桿和平煤桿的位置信號(hào)檢測(cè)設(shè)備。

2 工程實(shí)際應(yīng)用

2.1 在工程實(shí)際應(yīng)用中，采用的是德國(guó)庫(kù)伯勒的絕對(duì)值編碼器，型號(hào)為KCN8.B000.6832.3112.9083。由于設(shè)備使用環(huán)境中有較大的粉塵且為戶外，在采購(gòu)編碼器時(shí)還另外增加了防護(hù)等級(jí)為IP65外殼，加強(qiáng)對(duì)其的保護(hù)，以保證編碼器的可靠使用，增加使用壽命。工程實(shí)際中編碼器與PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行DP通訊，作為PLC系統(tǒng)的一個(gè)子站。

實(shí)際操作是通過(guò)安裝GSD文件，在西門子S7系統(tǒng)中進(jìn)行硬件的相應(yīng)配置，（需要STEP7 V5.4及以上的版本）。在硬件組態(tài)中主要是配置設(shè)備的DP地址、輸入輸出通道地址及某些必要的參數(shù)。而在此之前應(yīng)該將編碼器地址撥碼開關(guān)設(shè)置與組態(tài)中的DP地址一致，打開編碼器的防護(hù)外殼及端蓋，通過(guò)二進(jìn)制地址撥碼開關(guān)設(shè)置。

2.2 完成現(xiàn)場(chǎng)安裝接線并連接測(cè)試成功后，就需要對(duì)編碼器進(jìn)行初始化。根據(jù)該編碼器初始化的規(guī)則：在數(shù)據(jù)交換的模式下，首先將的數(shù)據(jù)最高位置0，然后將數(shù)據(jù)最高位置1，剩下其它位寫入需要賦給編碼器二進(jìn)制形式的值，這樣就將數(shù)值初始化到編碼器中。賦值成功后再將數(shù)據(jù)最高位改回0。這里有一點(diǎn)需要注意，在寫入計(jì)數(shù)零點(diǎn)時(shí)，按理是可以寫入包括0在內(nèi)的任何一個(gè)數(shù)值的，但實(shí)際應(yīng)用中對(duì)于往返式運(yùn)動(dòng)的推焦桿和平煤桿應(yīng)避免給機(jī)械位置起點(diǎn)寫入0值，而最好輸入一個(gè)比0大的偏移量。這樣可以防止由于機(jī)械慣性等原因在回退過(guò)程中超過(guò)零點(diǎn)而出現(xiàn)負(fù)值帶來(lái)的數(shù)據(jù)處理上的麻煩。

2.3 調(diào)試中為了確定編碼值與直行程的換算對(duì)應(yīng)關(guān)系，需要確定一個(gè)校正計(jì)算系數(shù)。實(shí)際操作過(guò)程是慢速將推焦桿和平煤桿在試驗(yàn)位置運(yùn)動(dòng)一確定的距離，通過(guò)測(cè)定實(shí)際的距離，然后與通過(guò)編碼器讀出的數(shù)碼值對(duì)比計(jì)算，并經(jīng)多次測(cè)試調(diào)整消除誤差，不斷修正，最終得出一個(gè)準(zhǔn)確的系數(shù)。這樣調(diào)試之后，編碼器的值與實(shí)際的推焦桿和平煤桿的行程就一一對(duì)應(yīng)了。以下程序?yàn)榫褪菍?shí)際的由編碼器的編碼值經(jīng)換算系數(shù)換算成推焦桿直行程的部分：

L #IN1

L 11111111111111111111111111111111

AD

DTR

L 8.467000e-001

/R

RND

T #OUT2

在這里還有一個(gè)問(wèn)題需要說(shuō)明的是，按操作習(xí)慣和工藝要求前進(jìn)時(shí)編碼器的值是增加的，后退時(shí)編碼器的值是減小的。如果因?yàn)榘惭b或硬件組態(tài)的原因造成計(jì)數(shù)方向與實(shí)際不一致，可以在組態(tài)中進(jìn)行修改設(shè)置，使計(jì)數(shù)方向與實(shí)際一致。

工程應(yīng)用中，編碼器作為位置信號(hào)檢測(cè)設(shè)備參與控制，實(shí)現(xiàn)不同位置條件下不同速度的精確控制。在安全上還采用了相對(duì)簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)的光電接近開關(guān)作為限位保護(hù)，安裝在推焦桿和平煤桿裝置的尾部，這樣不僅避開了高溫區(qū)，也避開了高速區(qū)。同時(shí)在軟件中還編寫了在特殊情況下自動(dòng)和手動(dòng)操作讓編碼器回初始值的程序，與其它措施一道保障設(shè)備的安全、可靠、穩(wěn)定的運(yùn)行。

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作者簡(jiǎn)介：雷甲軍（1984，1-），男，大學(xué)本科，自動(dòng)化專業(yè)，學(xué)士學(xué)位，助理工程師。