编码器在氧定位控制系统中的运用

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【摘 要】对氧升降系统现有凸轮控制器方式存在的不足进行分析.结合控制系统的现状对编码器的优越性进行阐述,成功地将编码器运用到氧升降控制系统中.

【关 键 词 】氧;绝对值多圈编码器;定位

1.引言

氧是转炉炼钢的关键设备,其工艺复杂操作频繁,连锁和保护点多,因此氧安全、可靠稳定运行是转炉正常生产的保证.

在冶炼过程中,根据炉内化学反应状况需要频繁地调整氧位,同时还伴有速度的变化及氧气、氮气的开关信号等.这就要求氧的位移要有比较精确的检测,否则对其冶炼过程控制的失控,直接导致废品的产生.

2.原有系统存在的问题

长期以来昆钢第三炼钢厂转炉氧控制中的位置检测全部采用LK系列节点式主令控制器,它依据一周内的凸轮运动来定位.对于转炉氧其行程达到20.200m,凸轮轨迹的微小偏差将使氧位过高或者过低而造成氧被炉体折断.主令控制器在氧位置控制中的最大缺点是调整时间长,每次更换完钢绳或者生产过程中需要调整位置,都要对主令控制器的凸轮定位进行调整,调整时整个转炉都要停止运行,往往需要反复多次才能将位置定准,每次调整少则十几分钟多则几十分钟以上.此外,主令控制器的节点接触不良故障时有发生,转炉因氧主令控制器故障造成的停炉事故也时有发生.

主令控制器已不能满足氧的控制要求,必须增加一种可靠易行和技术先进的定位装置来作为氧位的主要控制,同时凸轮控制器作为氧位控制的辅助控制.

3.编码器在氧控制中的实现

根据转炉系统电气控制系统的现状(采用西门子S7―400系列PLC组成工业以太网、DP网,传动部分采用西门子6RA70系列直流调速装置,操作站组态软件采用WinCC6.0SP2),选用德国P+F(倍加福)公司的多圈绝对值编码器能够完全地融合到现有的电气控制系统中.

3.1 绝对值旋转编码器

在自动化领域旋转编码器是用来检测角度、位置、速度和加速度的传感器,依靠轴杆、齿轮,测量轮或线缆的控制,线性的移动距离能被检测.

绝对值编码器为每一个轴的位置提供一个独一无二的编码数值.在定位控制应用中,无须增加昂贵的输入装置就能完成检测任务.并且当设备或电源故障后再接通电源,不需要回到位置参考点,就可得到当前的位置值.

P+F(倍加福)的PVM58N―011AGR0BN―1213多圈绝对值编码器,不仅能在一圈内测量角位移,而且能利用多步齿轮测量圈数.P+F(倍加福)的PVM58N―011AGR0BN―1213多圈绝对值编码器采用的是Profibus数据通讯方式与西门子的Profibus现场工业总线标准相符,能很好的融入到现有的电气控制系统框架中.编码方向既可以选顺时针递增也可以选顺时针递减,编码器有计数清零功能,以及有设定DP网络地址用的DIP拔码开关和终端电阻.

PVM58N―011AGR0BN―1213多圈绝对值编码器 “1213”含义为:“12”为多圈编码器,最多为12位,即最大转动4096圈可识别;“13”为最大分辨率,最多为13位,即在轴转一圈可以分辨出8192个位置.总的测量步可达到25位即33554432个测量步数.

3.2 DP网络连接

(1)编码器通过总线连接在PLC的输入口.总线的A(绿色),B(红色)分别连接在编码器DP口的两个输入端子上.

(2)供电电源+24VDC,最好用单独的稳压电源供电,不要用PLC模块电源供电,以防干扰.

(3)不能在编码器带电的情况下,将编码器的主体与接线部分拔出和插入,编码器不支持热拔插.

(4)DP网络铺设应尽量缩短通讯距离,DP电缆最好不要有中间接头;铺设时不与动力电缆一起传输;屏蔽层必须可靠接地;在有强干扰环境下,需额外增加干扰预置设备.

3.3 机械连接

(1)编码器装于减速机的低速轴上,为减小误差,须采用弹性软连接,避免因轴的串动、跳动造成编码器损坏.

(2)编码器安装要确保环境温度、湿度在要求的范围内,最好加上防漏保护罩,确保编码器正常工作.

如不遵循上述规定,将会损坏编码器,同时亦会对整个DP网络通讯产生影响.

3.4 编码器调试

(1)编码器后部端盖有2个旋转DIP开关,分别是“TOP×10”和“TOP×1”.旋转DIP开关用于设定编码器的DP网络地址,每一个旋转DIP开关有0~9共10个位置,两个旋转DIP开关组合起来使用可设定0~99的DP网络地址.另外,还有一个终端电阻开关“R”,如果编码器位于整个DP网络总线的头或尾的位置,那么需要把终端电阻投入.


(2)硬件组态时需先安装编码器的GDS文件,将编码器对应的工作方式及站点号选择后存储编译,下传至PLC.

(3)编码器后部有2个指示灯,绿灯为电源指示灯,编码器供电后保持长亮.红灯为站号报警灯,在编码器故障、组态错误时或者DP网络中断时红灯亮,在编码器正常工作后,红灯会自动熄灭.

3.5 PLC程序的修改

由于程序量太大,这里只列出部分程序.编码器定位程序(图1),编码器和主令程序(图2).

图1 编码器定位程序

图2 编码器和主令程序

从程序可以看出编码器可以通过精确定位计量到毫米级,对现场工艺及设备的所有定位点进行精确定位,而且对于经常出现更换氧及钢丝绳的情况或者因其它原因造成的位移检测误差,只需在操作画面上对编码器进行校工作即可.大大减轻了原来调试凸轮控制器带来的劳动强度以及种种不利因素,缩短了调试时间.根据现场的需要,在对氧新增了绝对值编码器的同时,仍然保留了原有的凸轮控制器控制程序以保证故障时两者可以互相切换,确保了氧升降定位的可靠、准确及安全.

4.效果

使用编码器控制氧升降系统后,氧定位精度与以前相比大大提高,原有氧经常出现故障冲顶,以及定位紊乱等各种故障现象也大大减少,设备的可靠性以及安全性得到确实的保障,大大提高了吹炼终点的命中率,提高了生产效率,降低了原材、物料的消耗,钢水质量得到大幅提高,为提高企业的核心竞争力奠定了坚实的技术基础.

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