提高高爐探尺編碼器測量精度的方法實踐

摘 要：在煉鐵廠，編碼器作為高爐探尺的精密測量元件，實時監測高爐料況，對高爐順產起著很關鍵的作用。本文從高爐探尺的工作過程出發，說明了提高編碼器測量精度的重要性，分析了導致編碼器測量精度低的原因，從加裝軸流風機、外置加熱裝置暖風機、更換編碼器外殼、改用軟連接方式、加裝端子箱五個方面出發，詳細闡述了提高高爐探尺編碼器測量精度的方法。通過以上方法的實踐，編碼器測量精度明顯提高，實際運行情況良好。

關鍵詞：高爐探尺；編碼器；測量精度；提高；方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.15.026

1 前言

高爐探尺是用于檢測高爐內部物料深度的一套控制系統。其主要組成結構示意圖如圖1所示。其工作過程是將一臺電動機作為動力源，通過減速機減速，拖動重錘上下往返運動，隨著高爐爐內物料的變化，通過編碼器來檢測爐料的高低位置及分布狀況。高爐加料后，探尺自固定待機位按預定速度自動放尺；當探尺重錘接觸到料面后，由于料面的支撐作用，探尺重錘速度減至幾乎為零，隨后重錘只能隨著料面的下行而下移，即為扶尺；之后隨著物料繼續下放，直到再次檢測到爐內的物料下放到設定的料面時，探尺自動提尺。探尺始終處于放尺、扶尺、提尺三個過程循環反復的工作狀態。高爐在工作過程中處于密閉狀態，操作人員無法看到爐內情況。正是通過此三種工作狀態的循環反復，探尺實時監測高爐內物料的變化情況，為操作人員根據爐內物料變化情況，適時進行放料操作提供有力依據。

2 提高高爐探尺編碼器測量精度的意義

如果說高爐探尺是高爐冶煉的眼睛，那么編碼器就是探尺的眼球。電動機與編碼器通過聯軸器連接、同步轉動，隨著編碼器的轉動，會輸出不同的二進制碼，通過二進制碼測得電機的轉速；減速機與另一個編碼器同步運行，通過輸出的二進制碼測得重錘的位移。正是通過編碼器的精準測量，才能獲得電機的轉速和重錘的準確位置，進而感知到高爐的裝料情況。如果編碼器檢測到的信號不準，造成探尺出現假尺故障，就只能進行手動放料，容易造成誤操作，并且上料速度將受到嚴重影響，從而影響高爐料線，甚至會造成爐況波動。因此，提高編碼器的測量精度對高爐合理裝料，乃至整個高爐爐況順行都十分重要。

3 高爐探尺編碼器測量精度低的原因分析

編碼器是將旋轉角位移或者直線位移轉換成一串數字脈沖電信號的旋轉式傳感器。如果編碼器與旋轉電機等配合使用，這些脈沖能用來控制旋轉角位移；如果編碼器與齒輪齒條或者鏈條皮帶等配合使用，這些脈沖就能用來測量直線位移。編碼器因體積小、輕便，廣泛應用于現代工礦企業，是生產中不容小覷的精密測量元件，其測量精度受溫度、安裝位置、與其它設備連接方式等影響。

3.1 編碼器溫度范圍超標

編碼器工作時要求的溫度范圍是-20℃～+80℃。溫度過高會影響編碼器檢測精度，嚴重時甚至燒壞編碼器碼盤以及檢測電路的電子器件。溫度過低則會使編碼器檢測信號的靈敏度降低，造成編碼器丟轉，電動機與編碼器反饋給變頻器的轉速不一致，檢測信號不準，致使變頻器報故障。

由于鋼鐵廠工況的復雜性，使高爐探尺編碼器所處的工作環境比較復雜，高爐冶煉過程中，受高溫、粉塵影響最大。編碼器與電機通過不銹鋼聯軸器連接在一起，配套使用，電機長時間運轉，轉速不斷升高，編碼器本身的溫度也會提高，聯軸器長時間工作，金屬熱傳導也會造成編碼器溫度過高。但編碼器無外置的散熱裝置，長時間使用，會造成編碼器檢測精度降低，甚至燒壞編碼器。而冬季外界環境溫度低，會直接導致編碼器溫度降低，造成編碼器故障。

3.2 編碼器安裝位置及與其它設備連接方式不當。

（1）編碼器外殼與電動機外殼連接部分尺寸不匹配。在安裝編碼器的時候，要嚴格按照安裝要求施工，才能保證編碼器的測量精度，如果忽視安裝細節，會導致零件安裝出現問題，嚴重時甚至會損壞編碼器。在編碼器安裝之初，其與電動機連接時，由于編碼器外殼和電動機外殼對接部分的尺寸不完全匹配，沒有做到嚴絲合縫，對接部分經常松動，導致編碼器與電動機運行不同步。此種故障會直接影響到編碼器的位置控制精度，造成編碼器停止和移動過程中位置偏差量超差。

（2）編碼器與電動機的連接裝置選材不合理。編碼器在運行過程中，要保證編碼器旋轉軸與電動機軸連接部分的軸同心度。具有一致、規范的設備軸同心度，才能保證較高的測量精準度。而編碼器與電動機之間是用不銹鋼聯軸器連接的，其彈性較差不易變形，導致編碼器震動較大，降低其控制精度。

（3）編碼器與外圍設備連接電纜接觸不良。編碼器本身引出線是軟線，而由編碼器反饋回電氣控制柜的電纜是硬線。硬線和軟線采用直接纏繞的方式連接，接觸不是很牢靠，一方面，容易造成接觸不良；另一方面，隨著接頭處電阻增大，容易造成接頭處發熱發燙，燒斷電線，造成斷路，引發編碼器故障。

4 提高高爐探尺編碼器測量精度的方法

4.1 加裝軸流風機

軸流風機是由軸流風扇的葉片推動空氣以與軸相同的方向流動，起到給外圍設備散熱、降溫的作用。由于軸流風扇結構緊湊、流率較高、安裝方便，適用于編碼器的工作環境。在此給編碼器外加一臺軸流風機，給編碼器散熱。這樣不僅能夠較好地控制編碼器的溫度，避免溫度過高的問題。同時，風扇吹風的力度也能吹走編碼器的一部分灰塵，避免編碼器長時間工作積灰嚴重，產生編碼器光柵污染使輸出信號幅度下降的問題。

4.2 外置加熱裝置暖風機

由于熱效率較高、熱循環好、功率小等優點，暖風機可作為加熱或干燥用的理想熱源。在此給編碼器配備一臺暖風機。在冬季，室外

溫度低于-20℃時，能夠給編碼器做好保暖。這樣即使在寒冷的冬季，也能保證編碼器的溫度不會太低，可有效避免因溫度過低導致的編碼器故障。

4.3 更換編碼器外殼

在更換編碼器外殼之前，首先要準確測量電機外殼尺寸和編碼器外殼尺寸，然后依據電機外殼的安裝孔位尺寸要求，合理配置編碼器外殼，做到編碼器與電機的無縫連接，使連接部位穩定、牢靠。即使設備長時間運轉，也不會造成連接部分松動，始終保持電動機與編碼器持續同步運轉。避免由于連接部位不牢靠，造成編碼器測得的信號超出誤差范圍。

4.4 改用軟連接方式

將編碼器與電動機間的不銹鋼聯軸器更換為膠管。由于膠管與軸之間的摩擦力較大，使膠管與軸牢固地連在一起、同步轉動，起到很好的軟連接作用。且膠管的彈性較好、形變后易于恢復，受外力時抖動幅度小，能夠保證編碼器與電動機的軸同心度。

4.5 加裝端子箱

在編碼器與電氣控制柜之間加裝一個專用接線端子箱。此接線端子箱作為中轉樞紐站，將編碼器本身引出的電纜與去探尺電氣控制柜的電纜都引入端子箱，并按照順序依次接好。此種接線方式更美觀、更規范，使電纜接觸更牢靠、更安全?？捎行П苊庥簿€和軟線混接易松脫的問題，且易于后期故障排查、方便檢修。

5 結束語

通過以上給編碼器加裝軸流風機，外置加熱裝置暖風機，更換編碼器外殼，改用軟連接方式，加裝端子箱共五種措施的實施。使外界環境、其它設備等因素對編碼器溫度的影響明顯降低，保證編碼器長時間工作，其溫度也不超標。使編碼器受外力作用時，震顫幅度明顯減小，始終保持其與電動機的軸同心度，精準測速。與其它設備外部接線方式更科學、更安全。明顯提高了編碼器的測量精度，保證高爐探尺通過編碼器對料面進行跟蹤檢測的準確性，避免了假尺現象導致的探尺故障停機問題，對高爐的順產運行起到一定作用。

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作者簡介：董紅麗（1983-），女，吉林長春人，碩士，助教，研究方向：電氣自動化技術。