基于光纤传输的接口电路在AGC系统中的应用

田 刚

(洛阳有色金属加工设计研究院，河南洛阳471039)



基于光纤传输的接口电路在AGC系统中的应用

田 刚

(洛阳有色金属加工设计研究院，河南洛阳471039)

文章介绍了一种基于光纤传输的接口电路的工作原理及其特点，现场实际应用证明，该接口电路稳定可靠，解决了现有AGC系统中，位置传感器信号长距离传输所带来的信号干扰和信号衰减等系列难题。

AGC；SONY磁尺；光电转换；电光转换；光纤传输，位置传感器

在金属板带箔轧机厚度自动控制(AGC)系统中，常用的油缸位置传感器包括线性可变差动变送器(LVDT)、磁尺、磁感应位置开关等。由于场地和工艺布局限制，AGC油缸位置传感器往往与控制系统的PLC或计算机距离较远，这就造成了传感器信号衰减特别严重。同时，随着传输距离的加大，信号的抗干扰能力也大幅减弱，进而影响AGC系统的总体精度和性能。由于AGC系统中所用SONY油缸位置传感器信号频率非常高(最高可达10Mbaud)，目前，国内外厂家生产的专门用于远距离传输的电路接口板卡种类很少，性能上不能满足对轧机AGC系统的特殊要求。

日本SONY公司生产的系列磁尺由于其精度高、稳定性好，在国内外轧机AGC系统上得到广泛应用。本文以日本SONY公司的GB-A/SR127/SR128型磁尺为例，详细介绍了一种结构简单、成本低、稳定可靠的基于光纤传输的接口电路原理，并在实际工程中加以应用。

1 技术方案

本接口电路为光电/电光转换电路，其作用就是解决AGC系统中，油缸位置传感器高频信号在远距离传输时的信号衰减和干扰问题，主要由电光转换模块、传输光纤和光电转换模块三部分组成(图1)。

图1 总体结构示意图

电光转换模块由光纤发送器和双外围正与驱动器组成，光电转换模块由光纤接收器、双外围正与非驱动器和差分线路驱动器组成。外部测量部件与双外围正与驱动器的输入端连接，双外围正与驱动器、光纤发送器、光纤接收器、双外围正与非驱动器和差分线路驱动器顺次串联，光纤发送器与光纤接收器通过多模玻璃光纤线缆连接，差分线路驱动器与PLC或计算机连接。其双外围正与驱动器、双外围正与非驱动器中均设置有信号指示灯，用于直观地指示其工作状态及报警显示。

2 工作原理

2.1 发送端原理

考虑到每个AGC油缸上装有2个位置传感器，本文图2及图4中所示均为双路传感器信号传输通道设计，由于两路通道原理完全一致，本文仅对图中所示其中一路传感器信号传输通道原理进行阐述。

在发送端，SONY磁尺经MD20B解调器解调后，输出A、B两列脉冲电信号，A、B相位相差90°，即图2中的P-1A、P-1B，分别输入双外围正与驱动器IC1、IC2中，使双外围正与驱动器IC1、IC2中的两个驱动器IC1A、IC2A输出端上连接的信号指示灯LED1、LED2点亮。同时，经双外围正与驱动器IC1、IC2中的两个驱动器IC1B、IC2B处理后，信号的极性发生翻转，即由正变负、由负变正，并驱动光纤发送器GG1、GG2工作，此时电信号极性再次发生翻转，由负变正、由正变负，然后经由光纤发送器GG1、GG2将电信号转换为光信号，通过多模玻璃光纤线缆发送给光纤接收器GD1、GD2。

图2 电光转换模块的电路原理图

2.2 接收端原理

在接收端，光纤接收器GD1、GD2将光信号转换为电信号(图3)，分别输出给双外围正与非驱动器IC3中的两个驱动器IC3B、IC3A，使驱动器IC3B、IC3A输出端上连接的信号指示灯LED3、LED4点亮。同时电信号A、B分别输入差分线路驱动器IC4的驱动器IC4B、IC4D中，经处理后，接收电信号A的差分线路驱动器IC4的驱动器IC4B、IC4A输出正、负一对信号；接收电信号B的差分线路驱动器IC4的驱动器IC4D、IC4C输出正、负一对信号，两对信号均以差分形式输送到PLC或计算机中。这里需要说明的是，之所以采用差分传输，是由于当有信号传输时，一个是线电压+V，另一个是线电压-V，接收端获得的信号是两者的差值+V-(-V)=2V，由于外界的干扰信号在两棵线上是同样幅度和极性的+V信号，在接收端差值过程中互相抵消，这样就大大提高了信号传输过程中的抗干扰能力。

图3 光电转换模块的电路原理图

2.3传输光纤

出于对经济性和信号传输稳定性的综合考虑，本接口电路传输光纤选用的是62.5/125μm多模玻璃光纤。相对于塑料光纤及单模光纤，多模玻璃光纤具有损耗低、对光源的谱宽和稳定性要求低等特点，且不易受现场高温及化学溶剂的影响，最大程度上保证了信号传输的稳定性(图4)。

图4 光纤传输电路原理图

3 现场应用

本接口电路已在新疆众合股份有限公司的1650mm热轧生产线上得到应用并验证，结果表明，SONY 磁尺的A 、B相高频脉冲信号，由本电路转换后经200m玻璃光纤传输传给AGC系统，系统接收到的信号与经30m硬线直连传输信号完全一致(图5)。2011年，本接口电路在西南铝青海桥头热轧机上再次得到应用验证，上述现场应用结果表明该接口电路稳定可靠，大大提高了AGC系统中位置传感器信号在远距离传输的抗衰减和抗干扰能力。

图5 信号传输对比

4 结论

现场使用结果证明，本接口电路通过将位置传感器信号直接导线传输转换为光纤传输，减弱了外界对信号传输的干扰，提高了信号的传输质量和传输距离，满足了轧机AGC系统位置传感器与PLC或计算机的远距离信号传输要求。同时，由于信号测量精度和信号的稳定性提高，轧机AGC系统的控制精度和系统可靠性相应得到大幅提升，进而降低了企业的生产及维护成本，提高了企业产品的合格率和成品率。该接口电路结构简单、设计合理、制作成本低，适合在AGC系统中广泛推广应用。

[1] 苏君红，邓少生.光纤通信技术[M].北京.化学工业出版社2014.

[2] Joseph C·Palais. Fiber Optic Communications，Fifth Edition[M].US.2010.

Application of Interface Circuit Based on Optical Fiber

Transmission in AGC System

TIAN Gang

(Luoyang Engineering and Research Institute for Nonferrous Metals Processing, Luoyang 471039, China)

The paper presented working principle and characteristics of interface circuit based on optical fiber transmission; the paper pointed out that the circuit has been proved stable and reliable in practice and it resolved such signal problems of AGC position transducer as interference and attenuation due to long-distance transmission.

AGC; SONY Magnescale; opto-electrical conversion; electro-optical conversion; fiber optic transmission; position transducer.

2015-01-08

田刚(1982-)，男，工程师，主要从事有色金属加工领域自动化控制系统的设计及调试工作。

TG334.9+4

A

1671-6795(2015)03-0056-03