冗余編碼器技術在氧槍控制中的應用

唐繼剛

摘 要：描述了氧槍高度檢測技術的發展歷程，分析了多種檢測技術的應用差異，研究了冗余編碼器的硬件系統，改進了冗余編碼器的網絡拓撲結構，優化了冗余編碼器的軟件控制程序，并成功應用在了煉鋼廠的轉爐生產系統中。

關鍵詞：冗余編碼器；硬件系統；網絡結構；PLC

中圖分類號：TF345 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.20.143

自20世紀90年代以來，隨著檢測手段的不斷提高和PLC技術的不斷發展，冶金自動化技術得到了迅速發展和不斷提高。在轉爐煉鋼生產中，氧槍設備的穩定運行對提高轉爐生產作業率、降低運行維護成本等起到了重要作用。

氧槍高度檢測儀器隨著檢測技術的發展在不斷變化——從最初的行程開關發展到主令控制器、旋轉編碼器，再從行程開關、主令控制器與旋轉編碼器的組合發展到采用雙編碼器技術。采用雙編碼器定位后，提高了系統的抗干擾和糾錯能力，特別適用于轉爐自動化程度高、現場比較惡劣的場合，可防止因某個編碼故障而引發設備事故。本文擬從硬件系統的設計、網絡路由的改進和軟件方案的優化等多個方面進行剖析和論述，旨在促進氧槍系統的穩定運行。

1 編碼器硬件系統

近年來，氧槍高度的位置檢測設備發生了很大的變化。最初，在氧槍設備的運行區域安裝了多個行程開關，檢測設備在不同位置的變化情況；之后，為了減少行程開關的安裝數量，又改為使用主令控制器。主令控制器在氧槍中應用的最大缺點為調整時間過長，每次更換完鋼絲繩或在生產過程中需要調整位置時，都需要對主令控制器的凸輪定位進行調整，且這些位置的檢測都是離散的，常造成設備不穩定運行，進而增加了設備的運維成本。

為了能連續檢測物體在不同位置的變化情況，編碼器被應用到了工程中。在編碼器應用之初，考慮到編碼器的運行不穩定，常加設一些行程開關或主令控制器配合使用，因此，降低了傾動和氧槍設備故障高鋁。隨著編碼器技術的不斷成熟，與行程開關和主令控制器相比，編碼器的故障率更低、穩定性更高、維護更方便。通過對設備的研究發現，可在傾動和氧槍設備兩側各安裝一臺編碼器，從而可實現2套編碼器的冗余運行，縮短設備的運維時間。圖1為氧槍位置檢測系統的發展歷程。

2 編碼器的網絡結構

在以往的設計過程中，雖然在硬件設備上設計了2套編碼器系統，但常忽略網絡路由的冗余設計。為了節省網絡電纜投資，通常將氧槍的4個編碼器串聯在一起。然而，在生產過程中，網絡路線最易遭受干擾或出現斷線等情況，導致氧槍位置檢測系統陷入癱瘓，進而停產檢修，降低了氧槍的作業率。

本文針對上述易發生的故障情況，新設計了網絡路由方案，不但從設備上考慮了冗余系統，還對網絡路由方案進行了優化設計，具體如圖2所示。

圖2中的網絡結構從物理路線上將傾動和氧槍的編碼器系統完全設計成了獨立的2套路由方案，彌補了因網絡路由斷線、更換單側編碼器設備等造成的生產故障停機。同時，提高了網絡系統的穩定性，也為在線維護編碼器系統提供了便利。

編碼器的網絡方案大多采用了網絡總線結構，由于敷設線路較長、周圍大型變頻設備多，導致網絡易受到干擾，進而造成編碼器故障。因此，在網絡敷設過程中，應注意信號的干擾問題，并采取穿管敷設等措施，從而遠離強電流干擾，使網絡結構更為穩定。

3 編碼器軟件設計方案

為了提高硬件系統的性能，完善的軟件控制系統是不可或缺的。為了使整個冗余編碼器系統更加穩定，可采取以下3種處理方法：①靜態清零法。在換槍位對編碼器計算值清零，以便于操作工觀察，從而及時消除編碼器產生的累積誤差。②動態報警法。在各個重要位置，比如在換槍位、等待位等比較編碼器計算值與位置高度值，發現誤差超出設定范圍時會報警，以免引發事故。③采用差值比較法。比較兩個編碼器的計算差值，發現誤差超出設定范圍時會報警，以便操作工選用誤差較小的編碼器。

4 應用實踐

本文設計的方案已成功應用在幾個鋼鐵廠的轉爐系統中，已穩定運行多年，在這些鋼鐵廠的降本增效中發揮了一定的積極作用。

參考文獻

[1]顏炳正.基于副槍的轉爐控制系統的研究與實現[D].上海：上海交通大學，2013.

[2]鄧洪輝.絕對值編碼器在40t轉爐氧槍控制中的應用[J].工業計量，2010（S2）.

〔編輯：張思楠〕