提高高爐探尺編碼器測量精度的方法實(shí)踐

摘 要：在煉鐵廠，編碼器作為高爐探尺的精密測量元件，實(shí)時(shí)監(jiān)測高爐料況，對高爐順產(chǎn)起著很關(guān)鍵的作用。本文從高爐探尺的工作過程出發(fā)，說明了提高編碼器測量精度的重要性，分析了導(dǎo)致編碼器測量精度低的原因，從加裝軸流風(fēng)機(jī)、外置加熱裝置暖風(fēng)機(jī)、更換編碼器外殼、改用軟連接方式、加裝端子箱五個(gè)方面出發(fā)，詳細(xì)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(shí)踐，編碼器測量精度明顯提高，實(shí)際運(yùn)行情況良好。

關(guān)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(nèi)部物料深度的一套控制系統(tǒng)。其主要組成結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。其工作過程是將一臺電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，通過減速機(jī)減速，拖動(dòng)重錘上下往返運(yùn)動(dòng)，隨著高爐爐內(nèi)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(jī)位按預(yù)定速度自動(dòng)放尺；當(dāng)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(xù)下放，直到再次檢測到爐內(nèi)的物料下放到設(shè)定的料面時(shí)，探尺自動(dòng)提尺。探尺始終處于放尺、扶尺、提尺三個(gè)過程循環(huán)反復(fù)的工作狀態(tài)。高爐在工作過程中處于密閉狀態(tài)，操作人員無法看到爐內(nèi)情況。正是通過此三種工作狀態(tài)的循環(huán)反復(fù)，探尺實(shí)時(shí)監(jiān)測高爐內(nèi)物料的變化情況，為操作人員根據(jù)爐內(nèi)物料變化情況，適時(shí)進(jìn)行放料操作提供有力依據(jù)。

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(dòng)機(jī)與編碼器通過聯(lián)軸器連接、同步轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著編碼器的轉(zhuǎn)動(dòng)，會輸出不同的二進(jìn)制碼，通過二進(jìn)制碼測得電機(jī)的轉(zhuǎn)速；減速機(jī)與另一個(gè)編碼器同步運(yùn)行，通過輸出的二進(jìn)制碼測得重錘的位移。正是通過編碼器的精準(zhǔn)測量，才能獲得電機(jī)的轉(zhuǎn)速和重錘的準(zhǔn)確位置，進(jìn)而感知到高爐的裝料情況。如果編碼器檢測到的信號不準(zhǔn)，造成探尺出現(xiàn)假尺故障，就只能進(jìn)行手動(dòng)放料，容易造成誤操作，并且上料速度將受到嚴(yán)重影響，從而影響高爐料線，甚至?xí)斐蔂t況波動(dòng)。因此，提高編碼器的測量精度對高爐合理裝料，乃至整個(gè)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(zhuǎn)角位移或者直線位移轉(zhuǎn)換成一串?dāng)?shù)字脈沖電信號的旋轉(zhuǎn)式傳感器。如果編碼器與旋轉(zhuǎn)電機(jī)等配合使用，這些脈沖能用來控制旋轉(zhuǎn)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(yīng)用于現(xiàn)代工礦企業(yè)，是生產(chǎn)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(shè)備連接方式等影響。

3.1 編碼器溫度范圍超標(biāo)

編碼器工作時(shí)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(yán)重時(shí)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(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)與編碼器反饋給變頻器的轉(zhuǎn)速不一致，檢測信號不準(zhǔn)，致使變頻器報(bào)故障。

由于鋼鐵廠工況的復(fù)雜性，使高爐探尺編碼器所處的工作環(huán)境比較復(fù)雜，高爐冶煉過程中，受高溫、粉塵影響最大。編碼器與電機(jī)通過不銹鋼聯(lián)軸器連接在一起，配套使用，電機(jī)長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速不斷升高，編碼器本身的溫度也會提高，聯(lián)軸器長時(shí)間工作，金屬熱傳導(dǎo)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(shí)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(huán)境溫度低，會直接導(dǎo)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(shè)備連接方式不當(dāng)。

（1）編碼器外殼與電動(dòng)機(jī)外殼連接部分尺寸不匹配。在安裝編碼器的時(shí)候，要嚴(yán)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(xì)節(jié)，會導(dǎo)致零件安裝出現(xiàn)問題，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)p壞編碼器。在編碼器安裝之初，其與電動(dòng)機(jī)連接時(shí)，由于編碼器外殼和電動(dòng)機(jī)外殼對接部分的尺寸不完全匹配，沒有做到嚴(yán)絲合縫，對接部分經(jīng)常松動(dòng)，導(dǎo)致編碼器與電動(dòng)機(jī)運(yùn)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(dòng)過程中位置偏差量超差。

（2）編碼器與電動(dòng)機(jī)的連接裝置選材不合理。編碼器在運(yùn)行過程中，要保證編碼器旋轉(zhuǎn)軸與電動(dòng)機(jī)軸連接部分的軸同心度。具有一致、規(guī)范的設(shè)備軸同心度，才能保證較高的測量精準(zhǔn)度。而編碼器與電動(dòng)機(jī)之間是用不銹鋼聯(lián)軸器連接的，其彈性較差不易變形，導(dǎo)致編碼器震動(dòng)較大，降低其控制精度。

（3）編碼器與外圍設(shè)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(fā)熱發(fā)燙，燒斷電線，造成斷路，引發(fā)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(fēng)機(jī)

軸流風(fēng)機(jī)是由軸流風(fēng)扇的葉片推動(dòng)空氣以與軸相同的方向流動(dòng)，起到給外圍設(shè)備散熱、降溫的作用。由于軸流風(fēng)扇結(jié)構(gòu)緊湊、流率較高、安裝方便，適用于編碼器的工作環(huán)境。在此給編碼器外加一臺軸流風(fēng)機(jī)，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(shí)，風(fēng)扇吹風(fēng)的力度也能吹走編碼器的一部分灰塵，避免編碼器長時(shí)間工作積灰嚴(yán)重，產(chǎn)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(fēng)機(jī)

由于熱效率較高、熱循環(huán)好、功率小等優(yōu)點(diǎn)，暖風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)。在冬季，室外

溫度低于-20℃時(shí)，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(dǎo)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(zhǔn)確測量電機(jī)外殼尺寸和編碼器外殼尺寸，然后依據(jù)電機(jī)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(jī)的無縫連接，使連接部位穩(wěn)定、牢靠。即使設(shè)備長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，也不會造成連接部分松動(dòng)，始終保持電動(dòng)機(jī)與編碼器持續(xù)同步運(yùn)轉(zhuǎn)。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(dòng)機(jī)間的不銹鋼聯(lián)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(zhuǎn)動(dòng)，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(fù)，受外力時(shí)抖動(dòng)幅度小，能夠保證編碼器與電動(dòng)機(jī)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(gè)專用接線端子箱。此接線端子箱作為中轉(zhuǎn)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(guī)范，使電纜接觸更牢靠、更安全。可有效避免硬線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(jié)束語

通過以上給編碼器加裝軸流風(fēng)機(jī)，外置加熱裝置暖風(fēng)機(jī)，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(shí)施。使外界環(huán)境、其它設(shè)備等因素對編碼器溫度的影響明顯降低，保證編碼器長時(shí)間工作，其溫度也不超標(biāo)。使編碼器受外力作用時(shí)，震顫幅度明顯減小，始終保持其與電動(dòng)機(jī)的軸同心度，精準(zhǔn)測速。與其它設(shè)備外部接線方式更科學(xué)、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(jìn)行跟蹤檢測的準(zhǔn)確性，避免了假尺現(xiàn)象導(dǎo)致的探尺故障停機(jī)問題，對高爐的順產(chǎn)運(yùn)行起到一定作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙雄飛.光電編碼器的原理及應(yīng)用[J].天津冶金，2016（04）：44-46.

[2]張海生.寧鋼高爐優(yōu)化校探尺方法實(shí)踐[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2016（07）：175-176.

[3]劉麟.基于變頻器的高爐探尺控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電氣時(shí)代，2014（08）：35-38.

[4]李俊杰.保證機(jī)械探尺檢修質(zhì)量兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的研究和探討[J].科技資訊，2014（18）：86-88.

[5]郭齊.絕對值編碼器在鏈條位置檢測中的應(yīng)用[J].煤炭與化工，

2015（03）：95-96.

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(dòng)化技術(shù)。