多转绝对型编码器在高炉探尺系统中的应用

1高炉探尺系统高炉探尺工艺高炉探尺是由一台交流电动机拖动一重锤，随高炉炉内的矿石或焦炭料面的移动来检测炉料的高低和炉料的分布情况；当探尺检测炉内的物料下放到设定的料面时,探尺自动提升到顶部,矿石与焦碳等物料依据工艺设定值向高炉炉内排放,物料排放完毕，探尺自顶部按设定的速度开始自动下放,下放到炉内物料的料面后，探尺被物料支撑,探尺速度减至为零，随后跟随物料下放,直到再次检测到炉内的物料下放到设定的料面时,探尺自动提升。如此循环往复。高炉探尺是高炉冶炼的眼睛,是用来检测高炉内矿石与焦碳等物料的料面，供冶炼操作人员以视觉观测炉内物料下放的情况，同时控制矿石与焦碳等物料向炉内的排放；是关系到高炉炉况能否顺行的重要设备,为了提高控制精度,准确测量控制对象的位置是十分重要的,所以,用多转绝对型编码器来提高高炉探尺测量的精确度,替代探尺原老式检测装置是非常必要的。多转绝对型编码器的工作原理3.1多转绝对编型码器的工作原理,是在一个可转动的圆形码盘上沿径向有若干同心码道,每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成,相邻码道的扇区数目是双倍关系,码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数,在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位置时,各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号,形成二进制数,并发送出去。即多转绝对型编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成数字量的传感器。多转绝对型编码器原理示意图如图(2):光源透镜码盘透镜光敏元件电子输出电路2图(2)多转绝对型编码器原理示意图3.2多转绝对型编码器的特点：3.2.1具有体积小,量程大,旋转阻力小,跟踪测量准确；3.2.2它无需记忆,无需找参考点；3.2.3不用一直计数,没有累积误差；3.2.4电源切除后位置信息不会丢失；3.2.5分辨率是由二进制的位数来决定的,也就是说精度取决于位数；3.2.6不要计数器,由机械位置决定的每个位置的唯一性；在转轴的任意位置都可读出一个固定的与位置相对应的数字码等优点；多转绝对型编码器,是利用格雷码（又叫循环二进制码或反射二进制码方式进行光电转换的，这种编码方式属于可靠性编码，是一种错误最小的编码。3.3格雷码（又叫循环二进制码或反射二进制码）介绍在数字系统中能识别0和1,各种数据要转换为二进制代码才能进行处理,格雷码是一种无权码,采用绝对编码方式,典型格雷码是一种具有反射特性和循环特性的单步自补码,它的循环、单步特性消除了随机取数时出现重大误差的可能,它的反射、自补特性使得求反非常方便。格雷码属于可靠性编码,是一种错误最小化的编码,因为,自然二进制码可以直接由数/模转换器转换成模拟信号,但某些情况,例如从十进制的3转换成4时,二进制的每一位都要变,使数字电路产生很大的尖峰电流脉冲。而格雷码则没有这一缺点,它是一种数字排序系统,其中的所有相邻整数在它们的数字表示中只有一个数字不同。它在任意两个相邻的数之间转换时,只有一个数位发生变化。它大大地减少了由一个状态到下一个状态时逻辑的混淆。另外由于最大数与最小之间也仅一个数不同,故通常又叫格雷反射码或循环码。下表为几种自然二进制码与格雷码的对照表:见表(1)表(1)十进制数自然二进制数格雷码十进制数自然二进制数格雷码0000000008100011001000100019100111012001000111010101111300110010111011111040100011012110010105010101111311011011601100101141110100170111010015111110003.4二进制格雷码转换成自然二进制码二进制格雷码转换成自然二进制码,其法则是保留格雷码的最高位作为自然二进制码的最高位，而次高位自然二进制码为高位自然二进制码与次高位格雷码相异或，而自然二进制码的其余各位与次高位自然二进制码的求法相类似。3某二进制格雷码为…其对应的自然二进制码为…其中:最高位保留——＝其他各位——＝⊕＝1,2,…,例:二进制格雷码为10110⊕⊕⊕⊕自然二进制码为11011根据二进制格雷码转换成自然二进制码的法则，可以得到以下电路图图(3)；下列图(3)所示电路图即可用异或集成电路实现，也可以利用可编程序控制器PLC中的异或功能块等编程实现。图(3)二进制格雷码转换成自然二进制码的电路图：(四)多转绝对型编码器在高炉探尺中的应用及效果4.1随着现代工业的发展，企业的设备也在不但地更新换代，高炉探尺的行程检测装置也在不但的更新，从过去的有触点控制器、无触点的控制器到现在高精度的光电编码器，这是一个发展的必然过程。(以武钢炼铁厂1﹟高炉西探尺为例)依据高炉探尺的工艺要求,探尺正常工作时,测量下限为4米,停炉检修时,下异或运算:相同为0相异为14机械传动绝对编码器PLC控制器探尺控制系统操作界面限为16米；现采用并行输出多转绝对型编码器EAM90A32/512G8/28PPX10X3MER,作为探尺行程电气测量设备,其性能为32转、分辨率为512、供电电压8～28Vdc,精确度+/-1/2LSB，它适用于精度要求高和线性位移的应用场所,每转分辨率可达9位,也就是512位置/转,转数的分辨率可达5位,也就是转数记录可达32转，每转16个脉冲,输出类型为格雷码,输出电路为推挽方式,此型号多转绝对型编码器能够满足高炉探尺的要求。多转绝对型编码器具备良好的使用性能，体积小，测量范围大，实际使用往往富裕较多，这样在安装时不必要费劲找零点，将某一中间位置作为起始点就可以了，而大大简化了安装调试难度；4.2将多转绝对型编码器与探尺减速机低速轴端用齿接手相联接，编码器的编码输出用双绞屏蔽电缆，把信号传送到PLC控制器；然后经PLC译码、转换成探尺的数据与所设定的参数进行运算、分析，以产生不同的控制信号和各种保护输出到探尺的控制系统，来控制探尺的提尺、放尺。检修和维护人员可以通过操作界面对参数进行设定和修改，操作人员可以对探尺的料面进行设定和修改；其控制过程框图如下图(4)：图(4)探尺控制过程框图PLC控制器处理数据的过程是将绝对型编码器的编码信号,信号经通讯总线进PLC，从PLC控制器的输入端口采集编码信号,利用PLC控制器中的异或功能块,用上图(3)电路进行二进制格雷码转换成自然二进制码，再将自然二进制码转换成探尺的行程数据，将这些数据与设定数据进行程序运算,计算出各极限数据,读出探尺的高度，作为检测值及探尺的操作信号，经PLC控制器的输出端口,发出指令给探尺控制系统和显示部分；探尺控制系统是由西门子公司的交流变频器6SE70来构成探尺交流调速控制系统。图(5)是PLC控制器处理数据的过程图:图(5)PLC控制器处理数据的过程电机信号采集G/B转换编码转换成探尺行程数据程序运算各极限数据运算结果探尺控制系统编码器5武钢炼铁厂高炉探尺采用多转绝对型编码器,经过2年多时间的应用，其性能良好,精确度高,运行稳定可靠,实现了设备的“零”故障；调试安装方便,提高了高炉探尺的测量精度,为高炉操作提供了可靠准确的数据，减轻了维护人员的劳动强度,很好地满足了高炉生产的需要,取得了满意的使用效果和显著的经济效益。(5)结束语多转绝对型编码器,是一种能够适应现代工业自动化中的位移检测设备,该设备可以很方便地实现高炉探尺的位置测量,满足高炉探尺的测量要求,运行稳定可靠,在武钢炼铁厂高炉探尺、主卷扬等重要设备上得到了广泛的应用；但随着科学的发展，技术的不断更新，更加先进的设备将会越来越为满足高炉生产需要而产生。