增量式旋轉(zhuǎn)編碼器在電動(dòng)閥門控制改造中的應(yīng)用

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1、增量式旋轉(zhuǎn)編碼器在電動(dòng)閥門控制改造中的應(yīng)用 摘　要：針對普通型閥門電動(dòng)裝置的閥門開度測量系統(tǒng)的實(shí)際使用問題，把以旋轉(zhuǎn)電位器作為傳感器的閥門開度測量系統(tǒng)改造為以增量式旋轉(zhuǎn)編碼器為傳感器的閥門開度測量系統(tǒng)。改造后的閥門開度測量系統(tǒng)克服了舊系統(tǒng)存在的零飄、測量準(zhǔn)確度低、使用壽命短等缺點(diǎn)，提高了閥門開度測量的準(zhǔn)確度和可靠性。 關(guān)鍵詞：增量式旋轉(zhuǎn)編碼器；旋轉(zhuǎn)電位器；脈沖計(jì)數(shù)器；閥門電動(dòng)裝置 1. 背景 　　廣州市西江引水工程自廣東省佛山市三水區(qū)境內(nèi)下陳村的西江取水，輸水至廣州市自來水公司的江村水廠、石門水廠及西村水廠。工程由取水泵站、輸水干線、配水泵站、配水支線組成。其中配

2、水泵站功能是將原水通過調(diào)度分配給三間水廠，而三間水廠原水水量分配除了通過調(diào)度各支線上配水泵組實(shí)現(xiàn)外，還可以通過打開和調(diào)節(jié)原水管線上的各支線超越閥門的開度實(shí)現(xiàn)原水量分配。配水泵站管網(wǎng)示意圖如圖1所示。 圖1 配水泵站管網(wǎng)示意圖 　　要實(shí)現(xiàn)三間水廠原水量通過超越閥門進(jìn)行分配，實(shí)現(xiàn)配水節(jié)能。關(guān)鍵點(diǎn)是超越閥門的開度必須準(zhǔn)確、穩(wěn)定地反饋給計(jì)算機(jī)，才能按水量有效控制和調(diào)節(jié)閥門開度。 2. 改造前狀況 　　配水泵站管網(wǎng)所使用的閥門電動(dòng)裝置均為普通型，電動(dòng)裝置有開盡、關(guān)進(jìn)、開過扭、關(guān)過扭等開關(guān)信號(hào)反饋，還有閥門開度反饋信號(hào)。該普通型電動(dòng)裝置的閥門開度測量系統(tǒng)工作原理為電動(dòng)裝置齒輪組帶動(dòng)精密旋轉(zhuǎn)電位器，電位器

3、的阻值隨著閥門打開或關(guān)閉而發(fā)生改變，其改變的電阻值輸入到變送器轉(zhuǎn)換成4~20mA的模擬量信號(hào)，模擬量信號(hào)再傳送給PLC進(jìn)行角度轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)了閥門角度反饋，其結(jié)構(gòu)框圖見圖2。此種閥門開啟角度測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，但由于旋轉(zhuǎn)電位器為機(jī)械接觸式測量，電動(dòng)裝置安裝閥門井內(nèi)，旋轉(zhuǎn)電阻容易受潮和容易磨損，系統(tǒng)的可靠性差。時(shí)間長了，系統(tǒng)在測量過程中還存在零點(diǎn)漂移、測量的準(zhǔn)確度低、系統(tǒng)的壽命短等問題。因此，原有閥門電動(dòng)裝置的閥門開度測量系統(tǒng)不能穩(wěn)定、準(zhǔn)確、可靠地反饋閥門的開度，從而不適應(yīng)配水泵站超越運(yùn)行的自控要求。 圖2 閥門開度測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 　　 3. 解決措施 　　為了解決目前原有閥門電動(dòng)裝置存在的問

4、題，提出一以下方案進(jìn)行比較： 　　1） 把原有普通型閥門電動(dòng)裝置更換為智能型閥門電動(dòng)裝置，智能型閥門電動(dòng)裝置測量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用環(huán)境要求較高，具有總線控制功能，能準(zhǔn)確反饋閥位信號(hào)，能滿足閥門角度自動(dòng)控制的要求。但該方案投資較大，且原有閥門電動(dòng)裝置變?yōu)榉e壓物品，會(huì)造成極大浪費(fèi)。 　　2） 對原有普通型閥門電動(dòng)裝置進(jìn)行改造，保留其原有開盡、關(guān)進(jìn)、開過扭、關(guān)過扭等開關(guān)信號(hào)的反饋功能，更換電動(dòng)裝置閥位測量的齒輪組，以增量型旋轉(zhuǎn)編碼器替換旋轉(zhuǎn)電阻作為閥位測量的傳感器，并將傳感器輸出的脈沖信號(hào)傳輸?shù)矫}沖計(jì)數(shù)器，由脈沖計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換成4~20mA的模擬量信號(hào)反饋給PLC進(jìn)行角度轉(zhuǎn)換。該測量系統(tǒng)測量結(jié)構(gòu)簡單

5、，可靠性好、測量的準(zhǔn)確度高，系統(tǒng)中增量型旋轉(zhuǎn)編碼器和脈沖計(jì)數(shù)器價(jià)格便宜，改造方案的投資小，且原有閥門電動(dòng)裝置通過改造能繼續(xù)使用。因此，選用增量型旋轉(zhuǎn)編碼器和脈沖計(jì)數(shù)器組成的閥門開度測量系統(tǒng)比較合理、經(jīng)濟(jì)。 4. 改造后的閥門開度測量系統(tǒng)的組成及工作原理 4.1閥門開度測量系統(tǒng)的組成 　　閥門開度測量系統(tǒng)主要由齒輪組、聯(lián)軸器、增量式旋轉(zhuǎn)編碼器、脈沖計(jì)數(shù)器和PLC組成，其框圖見圖3。 圖3 閥門開度測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 4.2增量式旋轉(zhuǎn)編碼器工作原理 　　增量式旋轉(zhuǎn)編碼器通過內(nèi)部兩個(gè)光敏接受管轉(zhuǎn)化其角度碼盤的時(shí)序和相位關(guān)系，得到其角度碼盤角度位移量增加（正方向）或減少（負(fù)方向）。在接合數(shù)字電路特別

6、是單片機(jī)后，增量式旋轉(zhuǎn)編碼器在角度測量和角速度測量較絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器更具有廉價(jià)和簡易的優(yōu)勢。增量式旋轉(zhuǎn)編碼器原理示意圖見圖4。 圖4 增量式旋轉(zhuǎn)編碼器原理示意圖 4.3閥門開度測量系統(tǒng)的工作原理 　　用聯(lián)軸器將閥門電動(dòng)裝置齒輪組與增量式旋轉(zhuǎn)編碼器連接起來，齒輪往復(fù)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)編碼器旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)時(shí)旋轉(zhuǎn)編碼器的A相或B相所產(chǎn)生的脈沖數(shù)字信號(hào)送入脈沖計(jì)數(shù)器進(jìn)行脈沖數(shù)量增或減（脈沖數(shù)的增或減即為閥門打開或關(guān)閉），脈沖計(jì)數(shù)器把脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的4~20mA電信號(hào)送到PLC可編程控制器，由PLC可編程控制器將該模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為角度值輸出到人機(jī)界面。系統(tǒng)接線原理如圖54所示。 　　 　　圖5 新的閥門開度

7、測量系統(tǒng)接線原理圖 　　 4.4 旋轉(zhuǎn)編碼器的使用注意事項(xiàng) 　　旋轉(zhuǎn)編碼器安裝時(shí)，不要給轉(zhuǎn)軸施加直接的沖擊。旋轉(zhuǎn)編碼器與機(jī)器的連接，應(yīng)使用柔性聯(lián)軸器。在軸上安裝聯(lián)軸器時(shí)，不要硬壓入，即使使用聯(lián)軸器，因安裝不良，也有可能給軸加上比允許負(fù)載更大的負(fù)荷，造成拔芯現(xiàn)象。旋轉(zhuǎn)編碼器在外殼和電氣回路間有500V的耐壓，但如果加壓方法有誤，則可能損壞內(nèi)部電子電路，因此一般不要用兆歐表進(jìn)行測試。加在旋轉(zhuǎn)編碼器上的振動(dòng)，往往會(huì)成為脈沖誤發(fā)生的原因，因此對設(shè)備場所應(yīng)加以注意。旋轉(zhuǎn)編碼器分辨率越高，越容易受到振動(dòng)的影響，在選型時(shí)也要根據(jù)實(shí)際情況選用合適分辨率的旋轉(zhuǎn)編碼器，避免盲目追求高分辨率的旋轉(zhuǎn)編碼器。 4.5旋

8、轉(zhuǎn)編碼器輸出信號(hào)噪聲抑制方法 　　電纜配線不要與動(dòng)力線平行，不要與動(dòng)力線安裝在同一管道內(nèi)。避免在電焊機(jī)、電爐等附近使用，必要時(shí)可以采用屏蔽電纜。 4.6新的閥門開度測量系統(tǒng)使用測量結(jié)果 　　改造后的閥門開度測量系統(tǒng)經(jīng)過一年的實(shí)際運(yùn)行證明：該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、運(yùn)行情況良好、經(jīng)過鑒定測量最大相對誤差小于1%，其運(yùn)行穩(wěn)定性、使用壽命和準(zhǔn)確度是采用旋轉(zhuǎn)電位器作為傳感元件的閥門開度測量系統(tǒng)無法比擬的。 4.7應(yīng)用推廣 　　改造后的閥門開度測量系統(tǒng)在配水泵站超越閥門上改造應(yīng)用，使用效果良好，將新的閥門開度測量系統(tǒng)應(yīng)用到泵組出水閥門電動(dòng)裝置的改造上，實(shí)現(xiàn)閥門開度自動(dòng)調(diào)節(jié)泵組流量的功能，對開展泵組效率測試有較大幫助，提高工作效率。 5. 小結(jié) 　　新的閥門開度測量系統(tǒng)應(yīng)用到閥門電動(dòng)裝置改造上，在實(shí)際運(yùn)行中，其測量的準(zhǔn)確度和系統(tǒng)的可靠性都有明顯的提高，而且為閥門自動(dòng)化控制提供可靠、準(zhǔn)確的反饋。系統(tǒng)的改造具有成本低，結(jié)構(gòu)簡單，使用壽命長、維護(hù)方便的特點(diǎn)，具有較高的推廣價(jià)值。 參考文獻(xiàn)： 【1】 于曉東，胡大欣.旋轉(zhuǎn)編碼器在回轉(zhuǎn)體回轉(zhuǎn)角度測量中的應(yīng)用.林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備. 【2】 戴新敏，陸榮.旋轉(zhuǎn)編碼器的應(yīng)用.高新技術(shù).