绝对值编码器在推焦车中的应用

摘 要：文章通过工程应用实际，从设备原理、选型和工程实际调试应用几个方面阐述了绝对值编码器在焦炉推焦车推焦杆行程和速度控制中的应用。首先从工艺和安全性方面说明了设备造型时考虑的几个因素，通过对增量型编码器和绝对值编码器的原理特点进行比较，最终得出选择绝对值编码器的理由。然后通过作者亲历的工程实例，对德国库伯勒一款具体的绝对值编码器的应用进行了详细的介绍，包括硬件组态，软件编写和使用中的注意事项，还对使用中的某些细节进行了说明。较为全面的阐述了绝对值编码器在焦炉推焦车中的应用。

关键词：推焦车；编码器；行程与速度控制

7.63m焦炉是大型的、高度自动化的现代化环保焦炉，焦炉移动机械采用先进技术，自动化水平高，炉号自动识别，一点定位停车，定位精度±5mm。推焦车在7.63m焦炉生产的四大车中体积最大，控制最复杂，控制精度最高。它的最主要功能一是通过推焦杆把成熟的焦炭从炭化室中推出，二是将按2-1串序工艺生产中装煤车装入的煤通过平煤杆平整。完成这两项工作的推焦杆和平煤杆及其控制系统就成为了推焦车中两个最重要的设备系统。它们的驱动是由变频器拖动电机来完成，行程和精度控制的位置检测是通过编码器来实现。文章就编码器的设备选型、工程实际应用作简单论述。

1 设备选型

1.1 为什么选择编码器，工业控制中的定位系统中，接近开关、光电开关的应用已经相当成熟了，而且在一定条件下很好用。 但是推焦杆和平煤杆的控制不是简单的位置控制，在整个行程中有较复杂的算法，根据不同的行程要求有不同的速度。同时现场的高温环境使一般的接近开关类设备的安装位置无法保证可靠的使用，且会增加系统的硬件构成和接线的复杂性，日常维护工作量也会大大增加，而可靠性却远达不到要求。编码器的特点是除了定位，还可知道具体位置，换算运动速度，与变频器配合控制相当方便。同时多个控制位置只要一个编码器就可以解决，完全可以选择在安全位置来安装。解决了接近开关类设备在现场安装麻烦，容易被应力撞坏和受安装环境约束等问题，对日常的维护、使用、和降低运行成本都具有优势。因而在工程实际中选择编码器来作为位置检测设备。

1.2 为什么选择绝对值编码器而没有选用价格相对便宜的增量型编码器。这是从工艺和安全方面考虑并由绝对值编码器和增量型编码器的工作特性决定的。增量型编码器 （旋转型）由一个中心有轴的刻有环形通、暗刻线的光电码盘，通过光电发射和接收转换成电脉冲信号输出，并通过计数器对脉冲信号进行处理得到相应的位置信息。优点是原理构造简单，抗干扰能力强，缺点是无法输出行程的绝对位置，电源切除后位置信息会丢失，一般不能保持掉电前的位置信息。绝对值编码器与增量式编码器不同，它可以直接输出数字量的编码值。在圆形码盘上有透光和不透光的扇形区相间组成若干同心码道，码盘处于不同位置时产生相应的电平信号形成二进制编码，输出绝对位置信号。绝对值编码器的特点是不用计数器，在转轴的任意位置都可读出（或换算出）绝对行程位置值，更重要的是绝对值编码器在电源切除后位置信息不会丢失，能保持掉电前的位置信息。

1.3 从工艺和安全上来考虑，如果因某种原因造成电源突然中断，采用增量型编码器则势必会停止工作，而重新上电后需要再次标定或赋予一个相对的计数零位。这对于推焦杆或平煤杆工作过程中是绝对不允许的，因为在1000摄氏度左右的炭化室内，推焦杆和平煤杆因故障原因的炭化室多停留一分钟，就多十分危险。时间长了会使推焦杆和平煤杆因高温变形造成设备损坏，甚至引发更严重的事故。因些必须在电源恢复后知道推焦杆和平煤杆的实际位置，使控制系统能根据实际位置执行安全的控制。当然，通过程序控制等手段可以实现对当前故障的位置信息进行保持或作一个替代值进行故障情况下的特殊处理和控制，但可靠性尤其是安全性会降低。所以选用绝对值编码器作为推焦杆和平煤杆的位置信号检测设备。

2 工程实际应用

2.1 在工程实际应用中，采用的是德国库伯勒的绝对值编码器，型号为KCN8.B000.6832.3112.9083。由于设备使用环境中有较大的粉尘且为户外，在采购编码器时还另外增加了防护等级为IP65外壳，加强对其的保护，以保证编码器的可靠使用，增加使用寿命。工程实际中编码器与PLC控制系统进行DP通讯，作为PLC系统的一个子站。

实际操作是通过安装GSD文件，在西门子S7系统中进行硬件的相应配置，（需要STEP7 V5.4及以上的版本）。在硬件组态中主要是配置设备的DP地址、输入输出通道地址及某些必要的参数。而在此之前应该将编码器地址拨码开关设置与组态中的DP地址一致，打开编码器的防护外壳及端盖，通过二进制地址拨码开关设置。

2.2 完成现场安装接线并连接测试成功后，就需要对编码器进行初始化。根据该编码器初始化的规则：在数据交换的模式下，首先将的数据最高位置0，然后将数据最高位置1，剩下其它位写入需要赋给编码器二进制形式的值，这样就将数值初始化到编码器中。赋值成功后再将数据最高位改回0。这里有一点需要注意，在写入计数零点时，按理是可以写入包括0在内的任何一个数值的，但实际应用中对于往返式运动的推焦杆和平煤杆应避免给机械位置起点写入0值，而最好输入一个比0大的偏移量。这样可以防止由于机械惯性等原因在回退过程中超过零点而出现负值带来的数据处理上的麻烦。

2.3 调试中为了确定编码值与直行程的换算对应关系，需要确定一个校正计算系数。实际操作过程是慢速将推焦杆和平煤杆在试验位置运动一确定的距离，通过测定实际的距离，然后与通过编码器读出的数码值对比计算，并经多次测试调整消除误差，不断修正，最终得出一个准确的系数。这样调试之后，编码器的值与实际的推焦杆和平煤杆的行程就一一对应了。以下程序为就是实际的由编码器的编码值经换算系数换算成推焦杆直行程的部分：

L #IN1

L 11111111111111111111111111111111

AD

DTR

L 8.467000e-001

/R

RND

T #OUT2

在这里还有一个问题需要说明的是，按操作习惯和工艺要求前进时编码器的值是增加的，后退时编码器的值是减小的。如果因为安装或硬件组态的原因造成计数方向与实际不一致，可以在组态中进行修改设置，使计数方向与实际一致。

工程应用中，编码器作为位置信号检测设备参与控制，实现不同位置条件下不同速度的精确控制。在安全上还采用了相对简单和经济的光电接近开关作为限位保护，安装在推焦杆和平煤杆装置的尾部，这样不仅避开了高温区，也避开了高速区。同时在软件中还编写了在特殊情况下自动和手动操作让编码器回初始值的程序，与其它措施一道保障设备的安全、可靠、稳定的运行。

参考文献

[1]张志君.现代检测与控制技术[M].化学工业出版社，2007.

[2]廖常初.S7-300/400PLC应用技术[M].机械工业出版社，2005.

作者简介：雷甲军（1984，1-），男，大学本科，自动化专业，学士学位，助理工程师。