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[摘 要]通过对高炉主卷扬料车行程检测智能主令控制系统存在问题的研究与实施，提出一种用于高炉主卷料车行程控制编码器发生码值错误后快速校正的方法和手段，解决了当主卷料车行程控制编码器由于控制参数丢失、异常断电、机械接手松动、主卷电机钢丝绳更换、编码器更换等引起的料车行程检测错误时快速校正编码器的问题。实现了编码器的一键校正，减少了故障处理时间，提高了维护效率，为高炉的连续性生产提供有力保障，同时减低了作业人员的安全风险。
[关键词]高炉;主卷扬;智能主令控制器;绝对值编码器;一键校正
[中图分类号]TF325 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）03–00–02
[Abstract]Based on the research and implementation of the problems in the intelligent master control system for blast furnace main hoisting car travel detection， a method and means for rapid correction after the code value error occurs in the blast furnace main hoisting car travel control encoder is proposed. It solves the problem of quickly correcting the encoder when the main coil material car travel control encoder is caused by the loss of control parameters， abnormal power failure， loose mechanical receiver， main coil motor wire rope replacement， encoder replacement， etc.， when the material car travel detection error occurs. The implementation of this topic has realized the one-key correction of the encoder， reduced troubleshooting time， improved maintenance efficiency， and provided a strong guarantee for the continuous production of the blast furnace， and at the same time reduced the safety risks for the operators.
[Keywords]blast furnace; main winch; intelligent master controller; absolute encoder; one-key calibration
1 概述
主卷揚料车上料系统是目前国内大多炼铁高炉采取的上料方式。作为料车行程检测的重要组成部分，智能主令控制器因其运行可靠、响应速度快、精度高等优点代替老式凸轮主令控制器广泛应用于高炉主卷扬料车行程检测系统中。
该系统虽然优势明显，但是存在致命的缺点，即编码器由于异常断电、机械接手松动、主卷电机钢丝绳更换、编码器更换等都会引起车行程检测错误，此时需要电气维护人员拆开编码器与电机轴连接端盖，通过手动旋转编码器进行校正，处理时间较长，对高炉的连续生产造成了严重的影响，并且存在很大的安全风险。
本文以酒钢2#高炉主卷扬料车行程控制系统为例，介绍针对上述存在的问题的具体解决方案，从控制程序着手，优化编码器码值计算算法，最终实现编码器的“一键校正”。
2 主卷料车行程控制系统介绍
2.1 系统组成
酒钢2#高炉主卷料车行程控制系统由两套独立的智能主令控制组成，称为“1CK”“2CK”极限控制。该智能主令控制主要由S7-200处理器、西门子操作面板TD200以及旋转编码器组成。其中旋转编码器为8位格雷码编码的绝对值编码器，单圈编码范围为0～255，具有反应灵敏、精度高等特点。
2.2 控制原理
如图1所示，料车在上行过程中有6个限位点依次为“到底”“一减”“二减”“二检”“终端”“超限”。“一减”到之前为高速上行阶段;“二减”到之前为中速上行阶段，之后为低速上行阶段;“二检”点检查高炉炉顶受料斗是否具备上料条件，不具备时，料车停在“二检”点等待条件满足时，低速上行至“终端”停车;具备条件时直接到“终端”停车。这六个极限点通过主卷减速机轴端绝对型编码器反馈信号，经过S7-200处理器运算出料车行程，从而精确控制料车的启停及速度。
2.3 使用中存在的问题
ZNLK系列智能主令控制系统虽然具有运行可靠、响应速度快、精度高等诸多优点，但自上线以来，一直存在3个方面的问题：①对控制程序重新下载或处理器重新上电时，料车行程区间参数值丢失（全为0），必然导致料车行程检测错误;②采用8位格雷码编码的绝对型编码器因异常或维护需要对其断电后，若小车发生了位移变化，则当恢复供电时，所检测的料车行程将发生错误;③主卷电机编码器接手松动、更换主卷扬钢丝绳、编码器更换等都会引起编码器原点发生变化，也会导致料车行程检测失准。以上第一种情形发生时，需要电气维护人员通过TD200面板将12个限位点区间参数进行重新设定，前提是维护人员将之前的参数值做过记录，否则就很难恢复;后两种情形发生时，需要电气人员拆开编码器与电机轴连接端盖，通过手动旋转编码器进行校正，处理时间平均2h/次，费时费力，处理效率低，严重影响高炉的连续性生产。 3 高炉主卷料车行程编码器快速校正方法的实施
为了降低因编码器引起的故障处理时间，提高设备的维护效率，保证高炉的稳定顺行，通过对控制程序中的参数初始化及编码器码值计算算法的优化，实现编码器“一键初始化”。
3.1 控制参数“一键初始化”
充分运用S7-200特殊功能区SM0.1的“首次扫描时执行”功能，在PLC控制程序中增加由SM0.1触发并只执行一次的所有参数初始化功能。即料车在原点位置时，通过执行初始化操作，复位编码器圈数计数，修正编码器原点码值，并根据原点码值计算出所有极限区间参数，彻底解决参数丢失后，人为通过TD200面板逐个设定的问题。
具体实施如下：根据图1显示的行程区间，假设料车在原点（“到底”）时码值为VW100，则对应6个极限限位参数设定计算，如表1所示。
参数初始化核心程序如图2所示。
3.2 编码器码值算法优化
考虑编码器原点发生变化的因素，优化编码器码值算法：，其中为累计码值，为累计圈数，为编码器转码后的当前码值，为料车在原点（到底）时编码器的实际码值。具体实现如图3所示。
3.3 编码器圈数累计算法优化
优化编码器圈数累计算法，充分考虑程序在执行中，同一个扫描周期内格雷码跳变过快引起的无法触发圈数计数的问题。
如图4所示，“网络1”为调用的格雷码转自然二维码子程序，将转换后的值存入MW10的低8位，表示编码器的当前值;“网络2”“网络3”执行原点初始化及计数器复位条件的触发与恢复;“网络4”“网络5”为编码器圈数计数程序，当MW10增大过程中，从255跳变到0时，MW0≤-200，触发加计数;当MW10减小过程中，从0跳变到255时，MW0≥-200，触发减计数。M4.0为特殊功能SM0.1触发的编码器圈数复位条件，控制器从第二个扫描周期开始，将其M4.0复位。
通过以上优化方法的实施，彻底解决主卷料车行程控制编码器由于极限区间参数丢失、异常断电、机械接手松动、主卷电机钢丝绳更换、编码器更换等引起的料车行程检测错误时如何快速校正的问题。当1CK、2CK其中一套控制系统反馈的料车极限信号错误时，电气维护人员只需要料车在单极限工作模式下，待其停在原点时，通过对控制器重新上电或者将控制器的开关从“Run”打到“Stop”，再打到“Run”的操作，实现编码器的“一键校正在”。傻瓜式的操作，根本不需要工程师人员亲自操作，只要会“断电重启”、会“拨处理器”开关，便可快速校正编码器。
4 结束语
主卷料车行程控制编码器快速校正方法实施以来，极大地缩短了因编码器码值错误引起的料车行程检测故障的处理时间，提高了设备维护效率，保证了高炉的连续性生产，同时减少了维护人员与设备的直接接触，降低了作业人员的安全风险。
参考文献
[1] 吴中俊.可编程序控制器原理及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2004.
[2] 沈平，李新，邱明.ZNLK智能主令控制器在推焦車上的应用[J].山东冶金，2005，27（1）：243.
[3] 杨凌波.格雷码以及应用[J].电子质量，2004（3）：71，76.
[4] 张炜.石灰竖炉卷扬机采用智能主令控制器[J].电世界，2012，53（2）：15-16.
[关键词]高炉;主卷扬;智能主令控制器;绝对值编码器;一键校正
[中图分类号]TF325 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）03–00–02
[Abstract]Based on the research and implementation of the problems in the intelligent master control system for blast furnace main hoisting car travel detection， a method and means for rapid correction after the code value error occurs in the blast furnace main hoisting car travel control encoder is proposed. It solves the problem of quickly correcting the encoder when the main coil material car travel control encoder is caused by the loss of control parameters， abnormal power failure， loose mechanical receiver， main coil motor wire rope replacement， encoder replacement， etc.， when the material car travel detection error occurs. The implementation of this topic has realized the one-key correction of the encoder， reduced troubleshooting time， improved maintenance efficiency， and provided a strong guarantee for the continuous production of the blast furnace， and at the same time reduced the safety risks for the operators.
[Keywords]blast furnace; main winch; intelligent master controller; absolute encoder; one-key calibration
1 概述
主卷揚料车上料系统是目前国内大多炼铁高炉采取的上料方式。作为料车行程检测的重要组成部分，智能主令控制器因其运行可靠、响应速度快、精度高等优点代替老式凸轮主令控制器广泛应用于高炉主卷扬料车行程检测系统中。
该系统虽然优势明显，但是存在致命的缺点，即编码器由于异常断电、机械接手松动、主卷电机钢丝绳更换、编码器更换等都会引起车行程检测错误，此时需要电气维护人员拆开编码器与电机轴连接端盖，通过手动旋转编码器进行校正，处理时间较长，对高炉的连续生产造成了严重的影响，并且存在很大的安全风险。
本文以酒钢2#高炉主卷扬料车行程控制系统为例，介绍针对上述存在的问题的具体解决方案，从控制程序着手，优化编码器码值计算算法，最终实现编码器的“一键校正”。
2 主卷料车行程控制系统介绍
2.1 系统组成
酒钢2#高炉主卷料车行程控制系统由两套独立的智能主令控制组成，称为“1CK”“2CK”极限控制。该智能主令控制主要由S7-200处理器、西门子操作面板TD200以及旋转编码器组成。其中旋转编码器为8位格雷码编码的绝对值编码器，单圈编码范围为0～255，具有反应灵敏、精度高等特点。
2.2 控制原理
如图1所示，料车在上行过程中有6个限位点依次为“到底”“一减”“二减”“二检”“终端”“超限”。“一减”到之前为高速上行阶段;“二减”到之前为中速上行阶段，之后为低速上行阶段;“二检”点检查高炉炉顶受料斗是否具备上料条件，不具备时，料车停在“二检”点等待条件满足时，低速上行至“终端”停车;具备条件时直接到“终端”停车。这六个极限点通过主卷减速机轴端绝对型编码器反馈信号，经过S7-200处理器运算出料车行程，从而精确控制料车的启停及速度。
2.3 使用中存在的问题
ZNLK系列智能主令控制系统虽然具有运行可靠、响应速度快、精度高等诸多优点，但自上线以来，一直存在3个方面的问题：①对控制程序重新下载或处理器重新上电时，料车行程区间参数值丢失（全为0），必然导致料车行程检测错误;②采用8位格雷码编码的绝对型编码器因异常或维护需要对其断电后，若小车发生了位移变化，则当恢复供电时，所检测的料车行程将发生错误;③主卷电机编码器接手松动、更换主卷扬钢丝绳、编码器更换等都会引起编码器原点发生变化，也会导致料车行程检测失准。以上第一种情形发生时，需要电气维护人员通过TD200面板将12个限位点区间参数进行重新设定，前提是维护人员将之前的参数值做过记录，否则就很难恢复;后两种情形发生时，需要电气人员拆开编码器与电机轴连接端盖，通过手动旋转编码器进行校正，处理时间平均2h/次，费时费力，处理效率低，严重影响高炉的连续性生产。 3 高炉主卷料车行程编码器快速校正方法的实施
为了降低因编码器引起的故障处理时间，提高设备的维护效率，保证高炉的稳定顺行，通过对控制程序中的参数初始化及编码器码值计算算法的优化，实现编码器“一键初始化”。
3.1 控制参数“一键初始化”
充分运用S7-200特殊功能区SM0.1的“首次扫描时执行”功能，在PLC控制程序中增加由SM0.1触发并只执行一次的所有参数初始化功能。即料车在原点位置时，通过执行初始化操作，复位编码器圈数计数，修正编码器原点码值，并根据原点码值计算出所有极限区间参数，彻底解决参数丢失后，人为通过TD200面板逐个设定的问题。
具体实施如下：根据图1显示的行程区间，假设料车在原点（“到底”）时码值为VW100，则对应6个极限限位参数设定计算，如表1所示。
参数初始化核心程序如图2所示。
3.2 编码器码值算法优化
考虑编码器原点发生变化的因素，优化编码器码值算法：，其中为累计码值，为累计圈数，为编码器转码后的当前码值，为料车在原点（到底）时编码器的实际码值。具体实现如图3所示。
3.3 编码器圈数累计算法优化
优化编码器圈数累计算法，充分考虑程序在执行中，同一个扫描周期内格雷码跳变过快引起的无法触发圈数计数的问题。
如图4所示，“网络1”为调用的格雷码转自然二维码子程序，将转换后的值存入MW10的低8位，表示编码器的当前值;“网络2”“网络3”执行原点初始化及计数器复位条件的触发与恢复;“网络4”“网络5”为编码器圈数计数程序，当MW10增大过程中，从255跳变到0时，MW0≤-200，触发加计数;当MW10减小过程中，从0跳变到255时，MW0≥-200，触发减计数。M4.0为特殊功能SM0.1触发的编码器圈数复位条件，控制器从第二个扫描周期开始，将其M4.0复位。
通过以上优化方法的实施，彻底解决主卷料车行程控制编码器由于极限区间参数丢失、异常断电、机械接手松动、主卷电机钢丝绳更换、编码器更换等引起的料车行程检测错误时如何快速校正的问题。当1CK、2CK其中一套控制系统反馈的料车极限信号错误时，电气维护人员只需要料车在单极限工作模式下，待其停在原点时，通过对控制器重新上电或者将控制器的开关从“Run”打到“Stop”，再打到“Run”的操作，实现编码器的“一键校正在”。傻瓜式的操作，根本不需要工程师人员亲自操作，只要会“断电重启”、会“拨处理器”开关，便可快速校正编码器。
4 结束语
主卷料车行程控制编码器快速校正方法实施以来，极大地缩短了因编码器码值错误引起的料车行程检测故障的处理时间，提高了设备维护效率，保证了高炉的连续性生产，同时减少了维护人员与设备的直接接触，降低了作业人员的安全风险。
参考文献
[1] 吴中俊.可编程序控制器原理及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2004.
[2] 沈平，李新，邱明.ZNLK智能主令控制器在推焦車上的应用[J].山东冶金，2005，27（1）：243.
[3] 杨凌波.格雷码以及应用[J].电子质量，2004（3）：71，76.
[4] 张炜.石灰竖炉卷扬机采用智能主令控制器[J].电世界，2012，53（2）：15-16.