《编码器和变频器在高炉卷扬调速系统的应用》
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摘 要：介绍了变频器和编码器在高炉卷扬调速系统中的应用情况,给出了系统对应说明和部分软件程序,设计出了高炉卷扬调速系统方案.
关键词：编码器;变频器;上料机
高炉上料的形式主要有料车卷扬上料和传送带上料.料车卷扬上料结构紧凑、占地面积小、有足够的上料能力,能实现半自动控制,但该系统的传动调速控制方式是采用绕线式异步电动机串电阻启动或正反转直接启动.这种启动的缺点是线路复杂、能耗高、机械损耗大,电网电压对速度的影响很大,可靠性差,用到的行程开关多,维护人员不便于检查和维护.变频器和编码器引入高炉上料系统替代老式系统,简化了线路,提高了系统的可靠性,改善了起动、制动及加减速的性能,用到的行程开关大大减少,减轻了维护人员的工作量.
1 编码器
旋转编码器是通过光电转换,将输出至轴上的机械、几何位移量转换成脉冲或数字信号的传感器,主要用于速度或位置（角度）的检测.典型的旋转编码器是由光栅盘和光电检测装置组成.光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形狭缝.由于光电码盘与电动机同轴,电动机旋转时,光栅盘与电动机同速旋转,经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号;通过计算每秒旋转编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速.
根据旋转编码器产生脉冲的方式的不同,可以分为增量式、绝对式以及复合式三大类.本系统采用的是增量式旋转编码器.增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相;A、B两组脉冲相位差90,用于辩向：当A相脉冲超前B相时为正转方向,而当B相脉冲超前A相时则为反转方向.Z相为每转一个脉冲,用于基准点定位如图1所示.传送带单元使用了这种具有A、B两相90o相位差的通用型旋转编码器,用于计算工件在传送带上的位置.编码器直接连接到传送带主动轴上.该旋转编码器的三相脉冲采用NPN型集电极开路输出,分辨率500线,工作电源DC12～24V.本工作单元没有使用Z相脉冲,A、B两相输出端直接连接到PLC的高速计数器输入端.
2 卷扬上料系统运行过程
料车卷扬上料系统主要由斜桥、小车、卷扬机、钢丝绳及电器设备组成.卷扬上料小车系统主要工作过程：各种原料经过槽下配料放入料仓,料车到料坑后,料仓门自动打开,把原料放入料车,料仓闸门关到位,料车起动,经过加速、匀速、减速、到达炉顶停止,然后利用卸料曲轨使小车后轮抬高自动倾斜至一定角度进行卸料,卸料后小车返回.小车返回时,将势能转化为电能,电动机处于发电状态,利用制动模块将发出来的电能消耗掉.另一种情况：在工作过程中,2个料车交替上料,当装满炉料的料车上行时空料车下行,空车质量相当于一个平衡锤,平衡了重料车的车箱自重,这样当上行或下行2个料车用一个卷扬机拖動时,不但节省了电动机的功率,而且电动机运行时,不但节约了电动机的功率,而且电动机运行时总有一个重料车上行,没有空行程,且拖动电动机总是处于电动状态运行.
3 调速硬件系统的设计
根据电动机额定功率和变频器的容量应比变频器说明书中的“配用电动机容量”加大一档至二档的原则,选择台达VFD4503A,45KW变频器.该变频器隶属于VFD-C2000系列,VFD-C2000是以FOC技术（磁场导向控制）为核心,根据不同的控制理论及实际需求,开发出了V/F控制、SVC控制、FOCPG控制和TQCPG控制等四种控制模式,控制性能优异,特别是内建了PLC功能.
按下“菜单”键选择PLC功能,选择启动PLC功能,按下“回车”键,这样变频器就有了PLC功能.C2000所提供的指令包含阶梯图编辑工具WPLSoft、基本指令、应用指令使用方法,主要均沿用台达PLC DVP系列的操作方式.C2000提供了2个通讯的串口来上下载PLC程序,PLC的通讯格式默认为7,N,2,9600,站号2,如果想改PLC站号可在参数09-35中修改,但此地址不可与变频器地址09-00设为一样.上位机通过RS485与驱动器RJ-45通讯接口相连,可以同时变频器和内部PLC存取资料,实现方式是透过站号的识别.
在手动方式下,操作小车从上方越过参考点,专人观察到达下限位位置时连续按三次停止按钮,小车停止,同时上行和下行指示灯交替闪烁,表示下限位成功设定.如果没有上行和下行指示灯交替闪烁,重复以上操作,直到出现上行和下行指示灯交替闪烁,表示成功设定了下限位.在手动方式下,操作小车从下方越过参考点,小车向上运行,专人观察到达上限位后连续按三次停止按钮,小车停止,同时上行和下行指示灯同时闪烁,表示上限位设置成功.然后将选择开关拨到自动运行,按下下行按钮,进入正常自动运行状态.
编码器需要DC24V电源才能工作,它的信号线必须接变频器的MI8,MI8具有高速计数功能.变频器一旦没有输出,KM1线圈就得电,KM1主触头闭合,抱闸电机工作,否则抱闸电机不工作.
制动单元为电机提供自动力矩,其型号BR1K5W013*4.制动电阻消耗电机动能,制动电阻为1KW、13Ω.制动单元进线接变频器直流母线,出线接制动电阻.制动单元和制动电阻接线在电路图中未有体现.
4 启动/清零程序
C2000的MI8支持单向的Pulse counting,而最高速为100K,启用方式很简单,只需设定M1038就会开始计数,所计数的值以无符号数32位存放到D1054和D1055,而M1039则是可以把计数值归零.启动和清零部分程序如图2所示.
5 结束语
卷扬控制系统是实现高炉生产过程自动控制的重要组成部分.采用变频器和编码器调速,提高了系统运行的平稳性和可靠性,大大降低了建造成本,也便于操作和维护,减轻了工人的劳动强度,取得了较好的经济效益.
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