增量式旋轉編碼器在電動閥門控制改造中的應用

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1、增量式旋轉編碼器在電動閥門控制改造中的應用 摘　要：針對普通型閥門電動裝置的閥門開度測量系統的實際使用問題，把以旋轉電位器作為傳感器的閥門開度測量系統改造為以增量式旋轉編碼器為傳感器的閥門開度測量系統。改造后的閥門開度測量系統克服了舊系統存在的零飄、測量準確度低、使用壽命短等缺點，提高了閥門開度測量的準確度和可靠性。 關鍵詞：增量式旋轉編碼器；旋轉電位器；脈沖計數器；閥門電動裝置 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度分配給三間水廠，而三間水廠原水水量分配除了通過調度各支線上配水泵組實現外，還可以通過打開和調節(jié)原水管線上的各支線超越閥門的開度實現原水量分配。配水泵站管網示意圖如圖1所示。 圖1 配水泵站管網示意圖 　　要實現三間水廠原水量通過超越閥門進行分配，實現配水節(jié)能。關鍵點是超越閥門的開度必須準確、穩(wěn)定地反饋給計算機，才能按水量有效控制和調節(jié)閥門開度。 2. 改造前狀況 　　配水泵站管網所使用的閥門電動裝置均為普通型，電動裝置有開盡、關進、開過扭、關過扭等開關信號反饋，還有閥門開度反饋信號。該普通型電動裝置的閥門開度測量系統工作原理為電動裝置齒輪組帶動精密旋轉電位器，電位器

3、的阻值隨著閥門打開或關閉而發(fā)生改變，其改變的電阻值輸入到變送器轉換成4~20mA的模擬量信號，模擬量信號再傳送給PLC進行角度轉換，從而實現了閥門角度反饋，其結構框圖見圖2。此種閥門開啟角度測量系統結構簡單，但由于旋轉電位器為機械接觸式測量，電動裝置安裝閥門井內，旋轉電阻容易受潮和容易磨損，系統的可靠性差。時間長了，系統在測量過程中還存在零點漂移、測量的準確度低、系統的壽命短等問題。因此，原有閥門電動裝置的閥門開度測量系統不能穩(wěn)定、準確、可靠地反饋閥門的開度，從而不適應配水泵站超越運行的自控要求。 圖2 閥門開度測量系統結構框圖 　　 3. 解決措施 　　為了解決目前原有閥門電動裝置存在的問

4、題，提出一以下方案進行比較： 　　1） 把原有普通型閥門電動裝置更換為智能型閥門電動裝置，智能型閥門電動裝置測量控制系統結構復雜，使用環(huán)境要求較高，具有總線控制功能，能準確反饋閥位信號，能滿足閥門角度自動控制的要求。但該方案投資較大，且原有閥門電動裝置變?yōu)榉e壓物品，會造成極大浪費。 　　2） 對原有普通型閥門電動裝置進行改造，保留其原有開盡、關進、開過扭、關過扭等開關信號的反饋功能，更換電動裝置閥位測量的齒輪組，以增量型旋轉編碼器替換旋轉電阻作為閥位測量的傳感器，并將傳感器輸出的脈沖信號傳輸到脈沖計數器，由脈沖計數器轉換成4~20mA的模擬量信號反饋給PLC進行角度轉換。該測量系統測量結構簡單

5、，可靠性好、測量的準確度高，系統中增量型旋轉編碼器和脈沖計數器價格便宜，改造方案的投資小，且原有閥門電動裝置通過改造能繼續(xù)使用。因此，選用增量型旋轉編碼器和脈沖計數器組成的閥門開度測量系統比較合理、經濟。 4. 改造后的閥門開度測量系統的組成及工作原理 4.1閥門開度測量系統的組成 　　閥門開度測量系統主要由齒輪組、聯軸器、增量式旋轉編碼器、脈沖計數器和PLC組成，其框圖見圖3。 圖3 閥門開度測量系統結構框圖 4.2增量式旋轉編碼器工作原理 　　增量式旋轉編碼器通過內部兩個光敏接受管轉化其角度碼盤的時序和相位關系，得到其角度碼盤角度位移量增加（正方向）或減少（負方向）。在接合數字電路特別

6、是單片機后，增量式旋轉編碼器在角度測量和角速度測量較絕對式旋轉編碼器更具有廉價和簡易的優(yōu)勢。增量式旋轉編碼器原理示意圖見圖4。 圖4 增量式旋轉編碼器原理示意圖 4.3閥門開度測量系統的工作原理 　　用聯軸器將閥門電動裝置齒輪組與增量式旋轉編碼器連接起來，齒輪往復旋轉帶動旋轉編碼器旋轉，其旋轉時旋轉編碼器的A相或B相所產生的脈沖數字信號送入脈沖計數器進行脈沖數量增或減（脈沖數的增或減即為閥門打開或關閉），脈沖計數器把脈沖數轉換為對應的4~20mA電信號送到PLC可編程控制器，由PLC可編程控制器將該模擬量信號轉換為角度值輸出到人機界面。系統接線原理如圖54所示。 　　 　　圖5 新的閥門開度

7、測量系統接線原理圖 　　 4.4 旋轉編碼器的使用注意事項 　　旋轉編碼器安裝時，不要給轉軸施加直接的沖擊。旋轉編碼器與機器的連接，應使用柔性聯軸器。在軸上安裝聯軸器時，不要硬壓入，即使使用聯軸器，因安裝不良，也有可能給軸加上比允許負載更大的負荷，造成拔芯現象。旋轉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，則可能損壞內部電子電路，因此一般不要用兆歐表進行測試。加在旋轉編碼器上的振動，往往會成為脈沖誤發(fā)生的原因，因此對設備場所應加以注意。旋轉編碼器分辨率越高，越容易受到振動的影響，在選型時也要根據實際情況選用合適分辨率的旋轉編碼器，避免盲目追求高分辨率的旋轉編碼器。 4.5旋

8、轉編碼器輸出信號噪聲抑制方法 　　電纜配線不要與動力線平行，不要與動力線安裝在同一管道內。避免在電焊機、電爐等附近使用，必要時可以采用屏蔽電纜。 4.6新的閥門開度測量系統使用測量結果 　　改造后的閥門開度測量系統經過一年的實際運行證明：該系統運行穩(wěn)定、運行情況良好、經過鑒定測量最大相對誤差小于1%，其運行穩(wěn)定性、使用壽命和準確度是采用旋轉電位器作為傳感元件的閥門開度測量系統無法比擬的。 4.7應用推廣 　　改造后的閥門開度測量系統在配水泵站超越閥門上改造應用，使用效果良好，將新的閥門開度測量系統應用到泵組出水閥門電動裝置的改造上，實現閥門開度自動調節(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 　　新的閥門開度測量系統應用到閥門電動裝置改造上，在實際運行中，其測量的準確度和系統的可靠性都有明顯的提高，而且為閥門自動化控制提供可靠、準確的反饋。系統的改造具有成本低，結構簡單，使用壽命長、維護方便的特點，具有較高的推廣價值。 參考文獻： 【1】 于曉東，胡大欣.旋轉編碼器在回轉體回轉角度測量中的應用.林業(yè)機械與木工設備. 【2】 戴新敏，陸榮.旋轉編碼器的應用.高新技術.