提高高炉探尺编码器测量精度的方法实践

摘 要：在炼铁厂，编码器作为高炉探尺的精密测量元件，实时监测高炉料况，对高炉顺产起着很关键的作用。本文从高炉探尺的工作过程出发，说明了提高编码器测量精度的重要性，分析了导致编码器测量精度低的原因，从加装轴流风机、外置加热装置暖风机、更换编码器外壳、改用软连接方式、加装端子箱五个方面出发，详细阐述了提高高炉探尺编码器测量精度的方法。通过以上方法的实践，编码器测量精度明显提高，实际运行情况良好。

关键词：高炉探尺；编码器；测量精度；提高；方法

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.15.026

1 前言

高炉探尺是用于检测高炉内部物料深度的一套控制系统。其主要组成结构示意图如图1所示。其工作过程是将一台电动机作为动力源，通过减速机减速，拖动重锤上下往返运动，随着高炉炉内物料的变化，通过编码器来检测炉料的高低位置及分布状况。高炉加料后，探尺自固定待机位按预定速度自动放尺；当探尺重锤接触到料面后，由于料面的支撑作用，探尺重锤速度减至几乎为零，随后重锤只能随着料面的下行而下移，即为扶尺；之后随着物料继续下放，直到再次检测到炉内的物料下放到设定的料面时，探尺自动提尺。探尺始终处于放尺、扶尺、提尺三个过程循环反复的工作状态。高炉在工作过程中处于密闭状态，操作人员无法看到炉内情况。正是通过此三种工作状态的循环反复，探尺实时监测高炉内物料的变化情况，为操作人员根据炉内物料变化情况，适时进行放料操作提供有力依据。

2 提高高炉探尺编码器测量精度的意义

如果说高炉探尺是高炉冶炼的眼睛，那么编码器就是探尺的眼球。电动机与编码器通过联轴器连接、同步转动，随着编码器的转动，会输出不同的二进制码，通过二进制码测得电机的转速；减速机与另一个编码器同步运行，通过输出的二进制码测得重锤的位移。正是通过编码器的精准测量，才能获得电机的转速和重锤的准确位置，进而感知到高炉的装料情况。如果编码器检测到的信号不准，造成探尺出现假尺故障，就只能进行手动放料，容易造成误操作，并且上料速度将受到严重影响，从而影响高炉料线，甚至会造成炉况波动。因此，提高编码器的测量精度对高炉合理装料，乃至整个高炉炉况顺行都十分重要。

3 高炉探尺编码器测量精度低的原因分析

编码器是将旋转角位移或者直线位移转换成一串数字脉冲电信号的旋转式传感器。如果编码器与旋转电机等配合使用，这些脉冲能用来控制旋转角位移；如果编码器与齿轮齿条或者链条皮带等配合使用，这些脉冲就能用来测量直线位移。编码器因体积小、轻便，广泛应用于现代工矿企业，是生产中不容小觑的精密测量元件，其测量精度受温度、安装位置、与其它设备连接方式等影响。

3.1 编码器温度范围超标

编码器工作时要求的温度范围是-20℃～+80℃。温度过高会影响编码器检测精度，严重时甚至烧坏编码器码盘以及检测电路的电子器件。温度过低则会使编码器检测信号的灵敏度降低，造成编码器丢转，电动机与编码器反馈給变频器的转速不一致，检测信号不准，致使变频器报故障。

由于钢铁厂工况的复杂性，使高炉探尺编码器所处的工作环境比较复杂，高炉冶炼过程中，受高温、粉尘影响最大。编码器与电机通过不锈钢联轴器连接在一起，配套使用，电机长时间运转，转速不断升高，编码器本身的温度也会提高，联轴器长时间工作，金属热传导也会造成编码器温度过高。但编码器无外置的散热装置，长时间使用，会造成编码器检测精度降低，甚至烧坏编码器。而冬季外界环境温度低，会直接导致编码器温度降低，造成编码器故障。

3.2 编码器安装位置及与其它设备连接方式不当。

（1）编码器外壳与电动机外壳连接部分尺寸不匹配。在安装编码器的时候，要严格按照安装要求施工，才能保证编码器的测量精度，如果忽视安装细节，会导致零件安装出现问题，严重时甚至会损坏编码器。在编码器安装之初，其与电动机连接时，由于编码器外壳和电动机外壳对接部分的尺寸不完全匹配，没有做到严丝合缝，对接部分经常松动，导致编码器与电动机运行不同步。此种故障会直接影响到编码器的位置控制精度，造成编码器停止和移动过程中位置偏差量超差。

（2）编码器与电动机的连接装置选材不合理。编码器在运行过程中，要保证编码器旋转轴与电动机轴连接部分的轴同心度。具有一致、规范的设备轴同心度，才能保证较高的测量精准度。而编码器与电动机之间是用不锈钢联轴器连接的，其弹性较差不易变形，导致编码器震动较大，降低其控制精度。

（3）编码器与外围设备连接电缆接触不良。编码器本身引出线是软线，而由编码器反馈回电气控制柜的电缆是硬线。硬线和软线采用直接缠绕的方式连接，接触不是很牢靠，一方面，容易造成接触不良；另一方面，随着接头处电阻增大，容易造成接头处发热发烫，烧断电线，造成断路，引发编码器故障。

4 提高高炉探尺编码器测量精度的方法

4.1 加装轴流风机

轴流风机是由轴流风扇的叶片推动空气以与轴相同的方向流动，起到给外围设备散热、降温的作用。由于轴流风扇结构紧凑、流率较高、安装方便，适用于编码器的工作环境。在此给编码器外加一台轴流风机，给编码器散热。这样不仅能够较好地控制编码器的温度，避免温度过高的问题。同时，风扇吹风的力度也能吹走编码器的一部分灰尘，避免编码器长时间工作积灰严重，产生编码器光栅污染使输出信号幅度下降的问题。

4.2 外置加热装置暖风机

由于热效率较高、热循环好、功率小等优点，暖风机可作为加热或干燥用的理想热源。在此给编码器配备一台暖风机。在冬季，室外

温度低于-20℃时，能够给编码器做好保暖。这样即使在寒冷的冬季，也能保證编码器的温度不会太低，可有效避免因温度过低导致的编码器故障。

4.3 更换编码器外壳

在更换编码器外壳之前，首先要准确测量电机外壳尺寸和编码器外壳尺寸，然后依据电机外壳的安装孔位尺寸要求，合理配置编码器外壳，做到编码器与电机的无缝连接，使连接部位稳定、牢靠。即使设备长时间运转，也不会造成连接部分松动，始终保持电动机与编码器持续同步运转。避免由于连接部位不牢靠，造成编码器测得的信号超出误差范围。

4.4 改用软连接方式

將编码器与电动机间的不锈钢联轴器更换为胶管。由于胶管与轴之间的摩擦力较大，使胶管与轴牢固地连在一起、同步转动，起到很好的软连接作用。且胶管的弹性较好、形变后易于恢复，受外力时抖动幅度小，能够保证编码器与电动机的轴同心度。

4.5 加装端子箱

在编码器与电气控制柜之间加装一个专用接线端子箱。此接线端子箱作为中转枢纽站，将编码器本身引出的电缆与去探尺电气控制柜的电缆都引入端子箱，并按照顺序依次接好。此种接线方式更美观、更规范，使电缆接触更牢靠、更安全。可有效避免硬线和软线混接易松脱的问题，且易于后期故障排查、方便检修。

5 结束语

通过以上给编码器加装轴流风机，外置加热装置暖风机，更换编码器外壳，改用软连接方式，加装端子箱共五种措施的实施。使外界环境、其它设备等因素对编码器温度的影响明显降低，保证编码器长时间工作，其温度也不超标。使编码器受外力作用时，震颤幅度明显减小，始终保持其与电动机的轴同心度，精准测速。与其它设备外部接线方式更科学、更安全。明显提高了编码器的测量精度，保证高炉探尺通过编码器对料面进行跟踪检测的准确性，避免了假尺现象导致的探尺故障停机问题，对高炉的顺产运行起到一定作用。

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作者简介：董红丽（1983-），女，吉林长春人，硕士，助教，研究方向：电气自动化技术。