1、引言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鋼鐵行業(yè)朝著高集成全自動(dòng)控制方向大步邁進(jìn)。為了保證鋼鐵制造的安全、穩(wěn)定快速，要求軋鋼設(shè)備具有高精度、快速響應(yīng)的能力。這就對(duì)設(shè)備的位置控制技術(shù)提出了更高的要求。經(jīng)過(guò)技術(shù)的不斷進(jìn)步和改進(jìn)，現(xiàn)在較為先進(jìn)的位置控制系統(tǒng)中絕大多數(shù)采用具有非接觸式測(cè)量、適應(yīng)惡劣環(huán)境且可靠性高的磁致伸縮位移式傳感器。下面以博爾森科技有限公司磁致伸縮位移傳感器為例，介紹一下磁致伸縮位移傳感器的工作原理以及在TMEIC V-TOOL控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。

2、磁致伸縮位移傳感器的工作原理

2.1工作原理

博爾森位移傳感器的工作原理如圖1所示。

博爾森位移傳感器是用磁致伸縮的原理，利用兩個(gè)不同的磁場(chǎng)相交時(shí)產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)變脈沖信號(hào)，然后計(jì)算這個(gè)信號(hào)被探測(cè)的時(shí)間周期，從而換算出準(zhǔn)確的位置。這兩個(gè)磁場(chǎng)一個(gè)來(lái)自活動(dòng)磁鐵，另一個(gè)來(lái)自傳感器頭的電子部件產(chǎn)生的電流脈沖。這個(gè)詢問(wèn)信號(hào)脈沖沿著傳感器內(nèi)以磁致伸縮材料制成的波導(dǎo)管，以聲音的速度運(yùn)行。當(dāng)兩個(gè)磁場(chǎng)相交時(shí)，波導(dǎo)管產(chǎn)生磁致伸縮現(xiàn)象，產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)變脈沖。這個(gè)返回信號(hào)脈沖很快被電子頭的感測(cè)電路探測(cè)到。從產(chǎn)生詢問(wèn)信號(hào)的一刻到返回信號(hào)被探測(cè)到所需的時(shí)間周期乘以固定的聲音速度，便能準(zhǔn)確的計(jì)算出磁鐵的位置變動(dòng)。這個(gè)過(guò)程是連續(xù)不斷的，所以每當(dāng)活動(dòng)磁鐵被帶動(dòng)時(shí)，新的位置就會(huì)被很快的感測(cè)出來(lái)。

2.2信號(hào)輸出

由于輸出信號(hào)是一個(gè)真正的絕對(duì)位置輸出，而不是比例的或需要再放大處理的信號(hào)，所以不存在信號(hào)飄移或變值的情況，因此不必像其它位移傳感器一樣需要定期重標(biāo)和維護(hù)。

2.3環(huán)境健壯性

磁致伸縮位移傳感器利用非接觸方法檢測(cè)活動(dòng)磁鐵的位移，由于磁鐵和傳感器并無(wú)直接接觸，因此傳感器在惡劣的工業(yè)環(huán)境下，例如易受油漬、溶液、塵?；蚱渌奈廴?，并不構(gòu)成問(wèn)題。此外，傳感器更能承受高溫、高壓和高振蕩的環(huán)境。傳感器輸出信號(hào)為絕對(duì)數(shù)值，所以假使電源中斷重接也不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)接收構(gòu)成問(wèn)題，更無(wú)須重新歸回零位。最后，由于傳感元件都是非接觸的，所以就算感測(cè)過(guò)程是不斷重復(fù)的，也不會(huì)對(duì)傳感器造成任何磨損。因此磁致伸縮位移傳感器非常適合這種工作在比較惡劣環(huán)境軋機(jī)設(shè)備。現(xiàn)場(chǎng)安裝示意如圖2所示。

3、博爾森在TMEIC V-TOOL中的應(yīng)用

3.1系統(tǒng)通訊

TMEIC V-TOOL控制系統(tǒng)中是首鋼京唐2250軋線自動(dòng)化控制系統(tǒng)的核心。本系統(tǒng)是一個(gè)高精度、高響應(yīng)的控制系統(tǒng)，要求位置檢測(cè)元件能夠提供穩(wěn)定快速可靠的測(cè)量數(shù)據(jù)。因此選用了博爾森科技有限公司的RHM系列的位移傳感器，采用串連同步接口(SSI)方式與TMEIC V-TOOL控制系統(tǒng)連接，如圖3所示。

TMEIC V-TOOL控制系統(tǒng)中通過(guò)專門的板卡TP312來(lái)接收采集磁致伸縮位移傳感器檢測(cè)數(shù)據(jù)，然后再通過(guò)TP312把數(shù)據(jù)傳送給CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理，把處理結(jié)果通過(guò)指令發(fā)送給相應(yīng)的執(zhí)行元件，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)設(shè)備快速準(zhǔn)確控制。TMEIC公司根據(jù)博爾森廠家給定的位置傳感器工作原理研制出TP312板卡，專門用于采集具有SSI輸出形式的R系列博爾森位移傳感器的檢測(cè)信號(hào)，該板卡具有2通道，能夠同時(shí)接收2路博爾森位移傳感器信號(hào)。如圖4所示。

博爾森公司提供的SSI同步串行接口數(shù)字輸出方式，能夠取代絕對(duì)值編碼器，并且該輸出方式能夠減少所需電纜的數(shù)目，例如，一個(gè)24位的編碼器需要25條線作為通訊，而SSI形式只需要4條便可。因?yàn)樾盘?hào)是串連的24或25位，所以只需由控制器時(shí)鐘(一般為25MHz)發(fā)出一組25或26個(gè)的時(shí)鐘脈沖便可，如圖5為時(shí)序邏輯圖。

3.2傳感器零點(diǎn)設(shè)定

傳感器的零點(diǎn)可以根據(jù)需要在有效區(qū)內(nèi)任意設(shè)定，零點(diǎn)的成功設(shè)置直接影響到該傳感器的正確應(yīng)用。將傳感器零點(diǎn)時(shí)的脈沖數(shù)保存起來(lái)，以備位移采集時(shí)使用。

3.3位移量的采集計(jì)算

由于本系統(tǒng)中，應(yīng)用的位移零點(diǎn)都設(shè)定在某一端。所以程序設(shè)計(jì)中不存在判別移動(dòng)方向問(wèn)題。當(dāng)設(shè)備移動(dòng)時(shí)，通過(guò)讀取站點(diǎn)地址的低位、中位脈沖數(shù)相加再加上預(yù)置時(shí)的脈沖數(shù)既是當(dāng)前的非線性化的位置值，再減去偏差值除以固定系數(shù)就是工程實(shí)際值。

3.4博爾森位置傳感器和TP312報(bào)警的關(guān)系

(1)通過(guò)測(cè)試得出的博爾森位置傳感器和TP312報(bào)警的關(guān)系如表1所示。

(2)板卡TP312接收處理博爾森位移傳感器數(shù)據(jù)狀態(tài)與報(bào)警數(shù)據(jù)如表2所示。

ERP:Error(=1)

EPA:External power supply abnormal(=1)

SCA:Sensor communication abnormal(=1)

DA2:Sensor CH2 Data abnormal(=1)

CA2:Sensor CH2 clock abnormal(=1)

DA1:Sensor CH1 Data abnormal(=1)

CA1:Sensor CH1 clock abnormal(=1)

RST:Resetting(=1)

SI4:Switch information 4

SI3:Switch information 3

SI2:Switch information 2

SI1:Switch information 1

ER3:Error code 3

ER2:Error code 2

ER1:Error code 1

ER0:Error code 0

(3)通過(guò)研究博爾森位移傳感器和TP312報(bào)警的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)并找到有規(guī)律的東西，總結(jié)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)數(shù)據(jù)和時(shí)鐘同時(shí)出現(xiàn)故障時(shí)，數(shù)據(jù)故障優(yōu)先，報(bào)警信息以數(shù)據(jù)發(fā)生故障的通道優(yōu)先。比如當(dāng)CH1數(shù)據(jù)故障，CH2時(shí)鐘故障時(shí)，報(bào)警信息是9216,讀數(shù)分別為CH116777215,CH2數(shù)據(jù)閃爍。上述故障為缺少磁環(huán)，或者磁環(huán)破裂和損壞所導(dǎo)致的現(xiàn)象。根據(jù)以上總結(jié)統(tǒng)計(jì)出來(lái)的板卡TP312的狀態(tài)，非常容易判斷出現(xiàn)場(chǎng)哪里出現(xiàn)了故障，能夠及時(shí)準(zhǔn)確的幫助技術(shù)人員鎖定故障并采取有效的措施預(yù)計(jì)解決，避免了現(xiàn)場(chǎng)故障導(dǎo)致生產(chǎn)事故的發(fā)生。因?yàn)椴柹灰苽鞲衅饕话愣际菓?yīng)用在高精度的位置控制設(shè)備中，一旦位移傳感器發(fā)生故障，將會(huì)造成V-TOOL PLC無(wú)法準(zhǔn)確接收數(shù)據(jù)，無(wú)法準(zhǔn)確判斷出現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具體的位置狀態(tài)，這就會(huì)容易導(dǎo)致位置控制異常，并且嚴(yán)重的會(huì)造成設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p害及生產(chǎn)事故。

4結(jié)束語(yǔ)

自應(yīng)用這種位移傳感器以來(lái)，其可靠的穩(wěn)定性、精度的準(zhǔn)確性以及安裝的便捷性為重軌軋機(jī)的快節(jié)奏、大負(fù)荷生產(chǎn)以及高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)提供了有力保障。實(shí)踐證明，應(yīng)用磁致伸縮位移傳感器的故障率非常低，為生產(chǎn)的全集成自動(dòng)化提供了有力保障。