編碼電纜位移傳感器技術(shù)說明

1、編碼電纜位移傳感器技術(shù)說明書武漢利德科技有限公司一、編碼電纜位移傳感器特點（1）非接觸工作方式：編碼電纜位移傳感器是通過安裝在移動站的天線箱和敷設(shè)在移動機(jī)車軌道旁的編碼電纜進(jìn)行電磁耦合來傳遞信息的，無機(jī)械性接觸磨損；（2）絕對位置檢測：由于編碼電纜芯線以格雷碼方式交叉扭絞排列，保證編碼電纜芯線全程無重疊的交叉點，能夠在移動機(jī)車行走范圍內(nèi)連續(xù)地、高精度地檢測絕對地址，檢測精度達(dá)5毫米，完全可以滿足移動機(jī)車精確定位的需求；（3）抗干擾能力強(qiáng)：由于編碼電纜使用了特有的交叉扭絞結(jié)構(gòu)及相位檢測技術(shù)，能夠消除電源開、停過程中產(chǎn)生的電磁干擾，也不受環(huán)境噪音和接收信號電平波動的影響，能夠在諸如鐵礦石場等惡劣環(huán)

2、境條件中長期可靠的工作；（4）適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境：安裝在室外的編碼電纜、天線箱、始端箱、終端箱和段間箱采用非金屬材料制作而且采用密封工藝，不怕雨水、灰塵，耐酸、堿腐蝕。二、編碼電纜位移傳感器基本原理編碼電纜位移傳感器包括地址編碼發(fā)射器，地址編碼接收器，編碼電纜，天線箱四個部分。編碼電纜長度可依工程需要而定，單根編碼電纜長度可達(dá)102.4米，多根編碼電纜可拼接以滿足工程需要。編碼電纜位移傳感器以相互靠近的扁平狀的編碼電纜和天線箱之間的電磁耦合來進(jìn)行通信，并在通信的同時檢測到天線箱在編碼電纜長度方向上的位置。1、編碼電纜的結(jié)構(gòu)編碼電纜外形如圖1所示圖1 編碼電纜外形圖編碼電纜由電纜芯線、模芯和電

3、纜護(hù)套構(gòu)成。電纜芯線有兩種，即基準(zhǔn)線（R線）和地址線（G0線G9線），基準(zhǔn)線用于獲取標(biāo)準(zhǔn)信號，地址線用于檢測地址。各對地址線按不同步長規(guī)律編排，每隔一定長度（步長）交叉一次，設(shè)編碼電纜的最小步長為W，則G0、G1、G2G8、G9步長分別為1W、2W、4W、8W256W、512W，基準(zhǔn)線R在整個電編碼電纜段中不交叉，編碼電纜芯線展開如圖2所示。圖2 編碼電纜芯線展開圖2、編碼電纜位移傳感器工作原理編碼電纜位移傳感器有兩種檢測地址，即絕對地址和精密地址。2.1 絕對地址通過編碼電纜G0、G1等地址線直接解析出的地址叫做絕對地址，也叫“大地址”。編碼電纜位移傳感器有兩種工作方式：第一種：地上檢測方式

4、，地址編碼發(fā)射器和天線箱安裝在移動站，通過天線箱發(fā)射地址信號，地址編碼接收器安裝在固定站上，在固定站完成地址檢測。如移動站要得到本站的位置，可通過無線通信方式從固定站得到。第二種：車上檢測方式，地址編碼發(fā)射器安裝在固定站，通過編碼電纜芯線發(fā)射地址信號，天線箱、地址編碼接收器安裝在移動站上，移動站直接檢測到地址。如固定站要得到移動站的位置，可通過無線通信方式解決。 選擇那一種地址檢測工作方式要根據(jù)控制系統(tǒng)的需求來考慮決定。如果控制系統(tǒng)的重心在移動站上，則采用車上檢測方式較好；如果控制系統(tǒng)的重心在固定站，則采用地上檢測方式較合適。2.1.1、地上檢測方式工作原理如圖3所示，我們通過一個最小的地址檢

5、測系統(tǒng)來描述地上檢測方式工作原理，該系統(tǒng)編碼電纜僅由一對交叉線和一對平行線組成。圖3 地上檢測方式工作原理當(dāng)移動站的天線箱線圈中通入交變電流時，在天線箱附近會產(chǎn)生交變磁場，由于天線箱離編碼電纜很近（約80毫米），故編碼電纜近似處在一個交變的、均勻分布的磁場中,因此每對編碼電纜芯線會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。由移動站天線箱發(fā)射的地址信號通過電磁耦合方式傳送到編碼電纜的交叉線和平行線上，并通過交叉線和平行線把信號傳送到固定站的地址編碼接收器。地址編碼接收器對接收到的信號進(jìn)行相位比較。如圖3中地址“0”的交叉線的信號相位與平行線的信號相位相同，那么定義移動站地址為“0”；如圖3中地址“1”的交叉線的信號相位與

6、平行線的信號相位相反，那么移動站地址為“1”。2.1.2、車上檢測方式工作原理如圖4所示，我們以4個地址的檢測系統(tǒng)為例來描述車上檢測方式：圖4車上檢測方式工作原理如圖所示，固定站的地址編碼發(fā)射器以同頻率分時方式分別將信號送給編碼電纜標(biāo)準(zhǔn)線、交叉線1、交叉線2，并通過電磁耦合方式把信號傳送到移動站的天線箱。移動站的地址編碼接收器按順序接收信號后，將兩對交叉線的信號分別與平行線（標(biāo)準(zhǔn)線）信號進(jìn)行相位比較，如果交叉線的信號相位與平行線的信號相位相同，那么定義地址為“0”；如果相位相反，定義地址為“1”。上圖4中地址1的兩對交叉線的信號相位與平行線的信號相位相同，因此地址1為“00”。地址2中的第一對

7、交叉線的信號相位與平行線的信號相位相同，第二對交叉線的信號相位與平行線的信號相位相反，因此地址2為“01”。從上面的分析可以看到，編碼電纜用一對地址線可以檢測到2個地址，用二對地址線可以檢測到4個地址。實際上，用n對地址線可以檢測到2n個地址。根據(jù)電磁學(xué)理論：=S*B 其中:為磁通量，S為線圈面積，B為電磁強(qiáng)度。e=N*d/dt 其中：e為感應(yīng)電壓，N為線圈的匝數(shù)。 理論上講，只要將編碼電纜最小步長W取得足夠小，編碼電纜定位精度就可以做得很高，但在工程上由于編碼電纜芯線、天線箱尺寸誤差、機(jī)車擺動，磁場分布不均勻性，以及外界干擾等因素，編碼電纜最小步長W取值受到一定限制。 W取得太小，電磁感應(yīng)面

8、積變小，地址檢測的信噪比低，造成地址不穩(wěn)定。根據(jù)工程經(jīng)驗，W=200毫米較好。編碼電纜最小步長W根據(jù)定位精度來確定，電纜長度由編碼電纜芯線的數(shù)量和最小步長W確定。一般來說：絕對定位精度=W/2 （其中W為編碼電纜最小步長）編碼電纜長度L=2n* （其中n為編碼電纜芯線的數(shù)量）通過上面的分析我們知道當(dāng)編碼電纜最小步長W=200毫米時，大地址的檢測精度為：=W/2=200/2=100毫米。如果編碼電纜地址線為10對（G0-G9），當(dāng)W=200毫米時，則編碼電纜長度為:L=210*100(毫米)=102.4米。地址線G0步長200毫米，在100毫米開始交叉；G1步長400毫米，在200毫米開始交叉；

9、G2步長800毫米，在400毫米開始交叉，；G8步長51.2米，在25.6米交叉一次,；G9步長102.4米，在51.2米交叉一次。2.2 精密地址在絕對地址的基礎(chǔ)上，對大地址進(jìn)行細(xì)分獲得高精密地址。精密地址檢測方法是在編碼電纜中增加一對地址線L0,L0交叉間隔跟G0一樣，只是錯開半個步長，如圖5所示： 圖5 精密地址檢測方法與絕對地址一樣，精密地址也分為車上檢測方式和地上檢測方式。兩種工作方式原理相同，這里以地上檢測方式為例。如圖5所示，G0，0兩對線的交叉間距一致，均為200毫米，且錯開100毫米，其中線為標(biāo)準(zhǔn)信號線，不交叉。當(dāng)移動站的天線箱線圈中通入交變電流時，地址線G0、L0產(chǎn)生的感應(yīng)

10、電動勢如下：泙 V0*0/ .(1) V1*1/ .(2) =S*B . . .(3) V0、V1電纜芯線G0、L0上感應(yīng)電動勢信號幅度；0、1通過電纜芯線G0、L0的磁通變化量； N編碼電纜芯線圈數(shù)，在這里； B磁場強(qiáng)度；S磁場作用在電纜芯線G0、L0上的有效面積 ； 設(shè)0是磁場作用在芯線G0上的有效面積，1是磁場作用在芯線0上的有效面積，為電纜的寬度，為編碼電纜芯線的最小步長。當(dāng)移動站上的天線箱按圖5中方式移動時（移動距離為X，X<100毫米）。 則: V0=-d0/dt=-BdS0/dt=-Bd(HW-2HX)/dt .(4)V1=-d1/dt=-BdS1/dt=-Bd(2HX)/

11、dt .(5) 在同一時間間隔內(nèi)，由(4)/(5)得： V0V1W/2X -1 .(6)編碼電纜安裝好后,當(dāng)天線箱信號源不變時,由式 (6)可知, 當(dāng)X<100毫米范圍內(nèi), V0V1與X成線性關(guān)系。由于G0、0的交叉間距相同且錯開100毫米，故在100毫米間距的每個位置總有一個V0V1比值對應(yīng)，且這個比值不受環(huán)境噪音和接收信號電平波動的影響。理論上如果將V0V1比值無限細(xì)分，可以獲得非常高的檢測精度，但是由于工藝條件的限制，地址細(xì)分?jǐn)?shù)不可能很大，根據(jù)工程經(jīng)驗，細(xì)分?jǐn)?shù)取20較好。例如，如果編碼電纜得到的大地址精度為100毫米, 細(xì)分?jǐn)?shù)為20，則精密地址精度=100/20=5毫米.三、編碼電

12、纜位移傳感器應(yīng)用方法1、地上檢測方式編碼電纜位移傳感器地上檢測方式典型設(shè)備配置如圖6所示。圖6 地上檢測設(shè)備配置圖。編碼電纜位移傳感器地上檢測方式設(shè)備清單如下：序號設(shè)備名稱設(shè)備型號安裝位置說明1地址編碼接收器AFC-DAS01固定站解析地址信號、通信控制2編碼電纜AWC-EC100固定站接收地址編碼的電磁感應(yīng)信號,長度可變,單根長度可變，多根可用段間箱拼接3始端箱AWC-BS01固定站編碼電纜起始端接線箱4終端箱AWC-BZ01固定站編碼電纜結(jié)束端接線箱5段間箱AFC-BD01固定站拼接多根編碼電纜，單根時不用6編碼電纜支架AFC-ZJ01固定站固定編碼電纜，每2米一個7地址編碼發(fā)射器AFC-

13、DAF01移動站合成并放大地址編碼信號8天線箱AFC-DTR01移動站生成并發(fā)射地址編碼的電磁感應(yīng)信號地上檢測方式的特點： 移動站天線箱為信號“發(fā)射天線”，固定站編碼電纜芯線為信號“接收天線”； 地址編碼接收器在地面站，由地面站檢測移動站的地址； 移動站要獲得本機(jī)車地址需通過無線通信方式得到。2、車上檢測方式編碼電纜位移傳感器車上檢測方式典型設(shè)備配置如圖7所示。圖7 車上檢測設(shè)備配置圖。編碼電纜位移傳感器車上檢測方式設(shè)備清單如下：序號設(shè)備名稱設(shè)備型號安裝位置說明1地址編碼發(fā)射器AFC-CAF01固定站合成并放大地址編碼信號2編碼電纜AWC-EC100固定站生成并發(fā)射地址編碼的電磁感應(yīng)信號,單根

14、長度可變，多根可用段間箱拼接3始端箱AWC-BS01固定站編碼電纜起始端接線箱4終端箱AWC-BZ01固定站編碼電纜結(jié)束端接線箱5段間箱AFC-BD01固定站拼接多根編碼電纜，單根時不用6編碼電纜支架AFC-ZJ01固定站固定編碼電纜，每2米一個7天線箱AFC-CTR01移動站接收地址編碼的電磁感應(yīng)信號8地址編碼接收器AFC-CAS01移動站解析地址信號、通信控制車上檢測方式的特點： 固定站編碼電纜芯線為信號“發(fā)射天線”，移動站天線箱為信號“接收天線”； 地址編碼接收器在移動站上，移動站直接得到本機(jī)車的地址； 固定站要獲得移動站地址需通過無線通信方式得到。四、編碼電纜位移傳感器應(yīng)用案例4.1編

15、碼電纜位移傳感器在焦?fàn)t四車聯(lián)鎖上的應(yīng)用-15-焦?fàn)t四車聯(lián)鎖控制顯示屏推焦車編碼電纜位移傳感器攔焦車編碼電纜位移傳感器裝煤車編碼電纜位移傳感器焦化廠的推焦車、攔焦車、熄焦車和裝煤車相互間的通信、地址爐號對位、推焦動作聯(lián)鎖、裝煤動作聯(lián)鎖以及最終達(dá)到計算機(jī)集中聯(lián)控等一系列自動化技術(shù)問題的解決，對焦化廠的安全生產(chǎn)和提高生產(chǎn)管理水平，提高產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益有著十分重要的意義。焦?fàn)t四車聯(lián)鎖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下：系統(tǒng)由移動站和固定站兩部分組成。移動站包括移動PLC、移動無線通信單元、車載顯示屏和天線箱等。固定站包括由工控上位機(jī)、主PLC、無線通信單元、位置檢測單元、編碼電纜等，其中編碼電纜位移傳感是系統(tǒng)的核心部

16、分。 通過敷設(shè)在機(jī)車軌道旁的編碼電纜實時地檢測推焦車、攔焦車、熄焦車和裝煤車的地址信號，實現(xiàn)焦?fàn)t四大車的爐號自動識別，四車聯(lián)鎖及自動走行，地址檢測精度為5毫米。車上控制器通過顯示屏向機(jī)車上的人員傳送計劃與信息，中央控制室負(fù)責(zé)收集、分析、處理各機(jī)車傳來的信息，并形成各種紀(jì)錄報表，同時根據(jù)推焦計劃形成控制命令，指揮各機(jī)車工作。移動站和固定站無線通信交換數(shù)據(jù)。目前該系統(tǒng)已在包括寶鋼、武鋼、鞍鋼等國內(nèi)幾十家焦化廠使用，效果良好。4.2 編碼電纜位移傳感器在礦石輸送料斗車多點定位控制方面的應(yīng)用冶金行業(yè)煉鐵廠高爐采用鋼絲繩牽引雙料斗車差動上料系統(tǒng)，一臺料斗車上行上料時另一臺料斗車下行裝料，由于采用一套鋼絲

17、繩卷揚牽引系統(tǒng)，兩臺工作料斗車行程相等，速度相同，運動方向相反。料斗車在上下行過程中分別有七個位置檢測：底部位（與其他設(shè)備控制連鎖）、正常停車位、終端保護(hù)位、一加速位、二加速位、低速及高速檢測位。相應(yīng)有五個加/減/恒速運行段。其中上升最終減速段最為關(guān)鍵，位置檢測不準(zhǔn)或系統(tǒng)運行不當(dāng)，偶爾發(fā)生“冒頂”事故，造成的設(shè)備損失和停爐經(jīng)濟(jì)損失巨大，后果十分嚴(yán)重。目前，料斗車運行段控制通常采用卷揚傳動裝置“內(nèi)閉環(huán)”控制方式鋼絲繩卷揚機(jī)主軸通過機(jī)械減速裝置帶動一電接點式啟閉器，啟閉器在約定的運行段提供加/減/恒速控制信號，指揮卷揚機(jī)直流電機(jī)運行。啟閉器是一電接點旋轉(zhuǎn)行程控制裝置，長期使用易造成觸點燒蝕失效，不

18、便維修。而且啟閉器維護(hù)調(diào)試難度大，很小的整定誤差，就會導(dǎo)致小車運行的長距離的誤差，從而可能引發(fā)事故。通過敷設(shè)在料斗車軌道旁的編碼電纜位移傳感器實時地測定料斗車行程位置，位置檢測精度為5毫米。行程位置直接進(jìn)plc控制，取消目前普遍采用的電接點式啟閉器。通過”編碼電纜位移傳感器”實施全程監(jiān)控，并在必要的控制位置設(shè)置檢測開關(guān)，以提高系統(tǒng)的可靠性。所有檢測控制信號均通過PLC系統(tǒng)實施，所有實時工況均在一臺工業(yè)控制計算機(jī)屏幕上顯示。該系統(tǒng)也可用于皮帶轉(zhuǎn)運站，皮帶通廊，配煤盤，燒結(jié)廠環(huán)冷等小車系統(tǒng)的多點定位、自動定位的場合。4.3 編碼電纜位移傳感器在堆取料機(jī)集群監(jiān)控方面的應(yīng)用堆取料機(jī)一般用于碼頭裝卸散裝

19、物料，原料場堆放物料等場合，堆料機(jī)連續(xù)均勻地將進(jìn)料沿直線方向堆成多層相互平行、上下重疊的料層，取料機(jī)在垂直于料層方向的截面上切取一定厚度的所有料層的物料，使各層成分各異的物料得到混合，從而達(dá)到均化物料的目的。實現(xiàn)堆取料機(jī)自動走行，自動堆取料作業(yè)對安全生產(chǎn)和提高生產(chǎn)管理水平有著十分重要的意義。在堆取料機(jī)自動化控制過程中，系統(tǒng)必須對堆取料機(jī)所在料端、倉位進(jìn)行識別。在多臺堆取料機(jī)綜合堆場和堆取料機(jī)無人值守遠(yuǎn)地操作時，對位置識別的準(zhǔn)確性和通信可靠性的要求更高。目前國內(nèi)大部分都是采用接近開關(guān)和旋轉(zhuǎn)編碼器等技術(shù)定位，這是一種相對地址定位方式。由于在露天或工作環(huán)境惡劣場所作業(yè)時，這種定位方式干擾大、滑差大，

20、明顯不適應(yīng)現(xiàn)代化的物流需求。通過敷設(shè)在堆取料機(jī)軌道旁的編碼電纜位移傳感器實時地測定堆取料機(jī)走行地址，地址檢測精度為5毫米。再配以plc控制和無線通信系統(tǒng)，就可以實現(xiàn)堆取料機(jī)自動走行，自動堆取料。同時可防止堆取料機(jī)兩端掉道，防止堆取料機(jī)發(fā)生碰撞等事故。所有實時工況均在一臺工業(yè)控制計算機(jī)屏幕上顯示，實現(xiàn)多臺堆取料機(jī)的集中監(jiān)視和控制。目前該系統(tǒng)已在武鋼工業(yè)港鐵礦石混勻堆料機(jī)安裝使用。使用本系統(tǒng)后，實現(xiàn)了堆取料機(jī)自動走行，自動堆料，效果良好。該系統(tǒng)也可用于門式起重機(jī)，橋式起重機(jī)，卸船機(jī)，場橋，天車，吊車等有軌機(jī)車的自動走行、自動定位、掉道、防碰撞、集中監(jiān)視和控制等的場合。4.4 編碼電纜位移傳感器在自

21、動化倉儲系統(tǒng)方面的應(yīng)用自動化立體倉庫系統(tǒng)，是指在不直接走行人工處理的情況下，自動地完成物料倉儲和取出的系統(tǒng)。自動化立體倉庫使用高層貨架存儲貨物，貨架被豎立成若干排，每兩排貨架為一組，其間留有一條巷道供巷道堆垛機(jī)或其他存取貨裝備作業(yè)。每排貨架又被分成若干列、若干層，組成大量貨格，用以儲存貨物。在控制上由計算機(jī)系統(tǒng)集中控制，具有方便存儲，任意取貨的優(yōu)點，其關(guān)鍵技術(shù)就是堆垛機(jī)自動走行的定位技術(shù)。目前國內(nèi)眾多立體倉庫都是采用激光測距技術(shù)來進(jìn)行定位。在條件較差的倉庫或露天倉庫，因灰塵、雨水、軌道偏離等外因會造成測距不準(zhǔn)，堆垛機(jī)不能對貨物進(jìn)出貨位進(jìn)行準(zhǔn)確抓取而造成貨物和堆垛機(jī)及貨位的嚴(yán)重?fù)p害。編碼電纜位移傳感器一條安裝在軌道旁檢測堆垛機(jī)大車水平方向的地址、另一條編碼電纜位移傳感器安裝在堆垛機(jī)立柱上用來檢測堆垛機(jī)小車的垂直方向地址，地址檢測精度為5毫米。編碼電纜位移傳感器能夠方便的導(dǎo)引堆垛機(jī)駛?cè)氇M長的倉儲巷道，有效避免了激光導(dǎo)引堆垛機(jī)前后運行的精度不一致性、激光反射板的布置困難、激光反射光線之間的干涉等技術(shù)難題，提高立體倉庫堆垛機(jī)的水平方向和垂直方向定位精度和穩(wěn)定性，杜絕了一些外在因素引起的系統(tǒng)誤差。由編碼電纜