绝对值编码器在气烧窑单斗提升机中的应用

陈永文 黄智坚

一、概述

韶钢集团有限公司焙烧厂使用的气烧石灰竖窑单斗提升机由斜桥、料车和卷扬机组成，负责将石灰石提升到窑顶并倒入窑内。要确保单斗提升机稳定运行、倒料干净，必须准确控制料车在斜桥顶部位置，目前控制料车行程的主令控制器机械触点易老化以及内部元件松动，时常出现翻斗、冲顶的恶性事故，增加检修工作量，造成窑休风，影响石灰生产。

在主令控制器基础上，采用编码器对单斗提升机进行二次保护。编码器检测卷扬机卷筒轴的角位移，反映料车在斜桥的位置。在控制单斗提升机上升的接触器梯形图程序串联1个比较指令，比较编码器即时码值和设定的高位极限值。一旦主令控制器失灵，编码器即时值大于设定高位极限值时，比较指令输出结果为0，梯形图中控制接触器的线圈输出为0，断开卷扬机电机上升接触器，卷扬机立即停机，避免料车走过极限位置造成冲顶翻斗事故。

二、编码器选型和安装

1.选型

光电式绝对值编码器是数字传感器，精度高、灵敏性好，便于连接PLC系统，其连续码值可直接反映物体实时位置。单斗提升机的料车从斜桥底到顶部，主卷扬机要运行约15圈，因此首先考虑多圈绝对值编码器才能反映料车在斜桥上不同位置（多圈编码器可将较长距离等分为较小的测量步），最终选用德国倍加福PVM58-AGROBN-1213型多圈绝对值编码器。

2.固定

（1）机械安装。使用专门的弹簧式联轴器联接主卷扬机卷筒轴和编码器，编码器通过检测卷筒轴旋转圈数进行精确定位。

（2）电气连接（图1）。编码器端子说明见表1。①编码器通过总线连接在PLC的DP输入口。DP电缆从PG9电缆管进，总线的A（绿），B（红）分别连接在编码器DP口的两个输入端子上。对于中间的编码器，DP电缆从1个PG9电缆管进，然后从另1条PG9电缆管导出。②为避免干扰，DC+24V供电电源最好不要由PLC的CPU电源供电。③通过可拆取端子接线盒中的DIP开关进行编址，用DIP开关固定地址和总线终端电阻。用DIP开关设定地址应与PCS7硬件组态中从站地址一致。若是最后1个编码器，要将终端电阻接入，否则无法实现传输。④DP电缆屏蔽必须接到PG9的螺丝。

表1 编码器端子说明

3.调试

（1）料车在斜桥底部是基准参考点，停机时，对编码器清零。更换编码器或因其他故障造成编码器读数错误时，均要在该位置清零。

（2）硬件组态时，选好编码器对应的工作方式及站号后，存储编译，下载至PLC。

（3）不能带电插拔编码器主体（编码器前端）和接线部分（编码器后端），否则将损坏编码器，并且影响整个DP网通信。

三、编码器在控制系统的组态

1.控制系统

气烧窑自动控制系统采用西门子S7-400PLC CPU414-3 DP作为控制主站，用于整个气烧窑工艺及设备控制。AS414-3 DP主控制器通过标准化的PROFIBUS-DP现场总线连接扩展机架中的通信模块IM153和独立的智能从站，形成完整的集成分布式控制系统。根据控制设备数量和实际控制需要，气烧窑自动控制系统的控制主站与现场设备采用两条PROFIBUS总线连接。编码器作为从站，PLC作为主站，两者之间通过PROFIBUS（1）总线进行数据传递（图2）。气烧窑控制系统采用西门子PCS7控制系统，因此要增加编码器从站还需在PCS7上对相应从站进行硬件组态和软件组态。

2.硬件组态

（1）安装编码器的GSD文件。PCS7系统支持不属于西门子公司但能提供符合其规范的GSD硬件识别驱动的硬件设备。该编码器不属于西门子公司，因此必须先安装GSD文件，组态时才能在硬件目录下找到该设备。应用倍加福公司提供的免费驱动支持或在网站下载驱动文件，得到P+F ENCODER GSD文件后，打开工程项目下SIMATIC 400 STATION的Hardware，进入HW Congfig组态管理器，显示硬件图（图3）。在HW Config组态管理器option下拉菜单中选择“Install GSD File”，安装正确的GSD文件。此后即可在PCS7的HW config下找到已经安装驱动的硬件模块（图4）。

（2）在Profibus（1）总线增加编码器从站。在Hardware catalog的选单中选取Profibus下Encoders的rotary encoder拖入图3的“Profibus（1）：DP master system（1）”中，出现对话框（图5），其总线地址设定选择为系统默认，确定后即成功插入倍加福旋转编码器模块（图6）。

3.软件组态

在气烧窑PCS7控制系统中，按照模块化编程思路，将控制单斗提升机上升的程序定义为FC213，在CPU中的循环程序，通过OB1调用FC213控制单斗提升机。所有提升机的变量分别建立在相应的数据块中，I/O在符号表说明。在FC213功能块程序中插入CMP＜＝D指令，实现编码器的保护，将单斗实际位置的双精度整数码值与设定的高位极限进行比较，IN2≥IN1时，CMP＜＝D有输出，单斗提升机正常运行，反之，编码器起保护作用，单斗提升机运行停止。图7是插入CMP＜＝D指令后某台单斗提升机上行主程序梯形图，各变量说明见表2。

采用光电式绝对值编码器对气烧窑单斗提升机保护后，提升机运行安全性和稳定性提高，再未出现翻斗事故。

表2 梯形图程序变量说明