编码电缆位移传感器技术说明

编码电缆位移传感器技术说明书武汉利德科技有限公司-１-一、编码电缆位移传感器特点（1）非接触工作方式：编码电缆位移传感器是通过安装在移动站的天线箱和敷设在移动机车轨道旁的编码电缆进行电磁耦合来传递信息的，无机械性接触磨损；（2）绝对位置检测：由于编码电缆芯线以格雷码方式交叉扭绞排列，保证编码电缆芯线全程无重叠的交叉点，能够在移动机车行走范围内连续地、高精度地检测绝对地址，检测精度达5毫米，完全可以满足移动机车精确定位的需求；（3）抗干扰能力强：由于编码电缆使用了特有的交叉扭绞结构及相位检测技术，能够消除电源开、停过程中产生的电磁干扰，也不受环境噪音和接收信号电平波动的影响，能够在诸如铁矿石场等恶劣环境条件中长期可靠的工作；（4）适用于恶劣的工业环境：安装在室外的编码电缆、天线箱、始端箱、终端箱和段间箱采用非金属材料制作而且采用密封工艺，不怕雨水、灰尘，耐酸、碱腐蚀。二、编码电缆位移传感器基本原理编码电缆位移传感器包括地址编码发射器，地址编码接收器，编码电缆，天线箱四个部分。编码电缆长度可依工程需要而定，单根编码电缆长度可达102.4米，多根编码电缆可拼接以满足工程需要。编码电缆位移传感器以相互靠近的扁平状的编码电缆和天线箱之间的电磁耦合来进行通信，并在通信的同时检测到天线箱在编码电缆长度方向上的位置。1、编码电缆的结构编码电缆外形如图1所示图1编码电缆外形图-２-编码电缆由电缆芯线、模芯和电缆护套构成。电缆芯线有两种，即基准线（R线）和地址线（G0线—G9线），基准线用于获取标准信号，地址线用于检测地址。各对地址线按不同步长规律编排，每隔一定长度（步长）交叉一次，设编码电缆的最小步长为W，则G0、G1、G2…G8、G9步长分别为1W、2W、4W、8W…256W、512W，基准线R在整个电编码电缆段中不交叉，编码电缆芯线展开如图2所示。图2编码电缆芯线展开图2、编码电缆位移传感器工作原理编码电缆位移传感器有两种检测地址，即绝对地址和精密地址。2.1绝对地址通过编码电缆G0、G1…等地址线直接解析出的地址叫做绝对地址，也叫“大地址”。编码电缆位移传感器有两种工作方式：第一种：地上检测方式，地址编码发射器和天线箱安装在移动站，通过天线箱发射地址信号，地址编码接收器安装在固定站上，在固定站完成地址检测。如移动站要得到本站的位置，可通过无线通信方式从固定站得到。第二种：车上检测方式，地址编码发射器安装在固定站，通过编码电缆芯线发射地址信号，天线箱、地址编码接收器安装在移动站上，移动站直接检测到地址。-３-如固定站要得到移动站的位置，可通过无线通信方式解决。选择那一种地址检测工作方式要根据控制系统的需求来考虑决定。如果控制系统的重心在移动站上，则采用车上检测方式较好；如果控制系统的重心在固定站，则采用地上检测方式较合适。2.1.1、地上检测方式工作原理如图3所示，我们通过一个最小的地址检测系统来描述地上检测方式工作原理，该系统编码电缆仅由一对交叉线和一对平行线组成。图3地上检测方式工作原理当移动站的天线箱线圈中通入交变电流时，在天线箱附近会产生交变磁场，由于天线箱离编码电缆很近（约80毫米），故编码电缆近似处在一个交变的、均匀分布的磁场中,因此每对编码电缆芯线会产生感应电动势。-４-由移动站天线箱发射的地址信号通过电磁耦合方式传送到编码电缆的交叉线和平行线上，并通过交叉线和平行线把信号传送到固定站的地址编码接收器。地址编码接收器对接收到的信号进行相位比较。如图3中地址“0”的交叉线的信号相位与平行线的信号相位相同，那么定义移动站地址为“0”；如图3中地址“1”的交叉线的信号相位与平行线的信号相位相反，那么移动站地址为“1”。2.1.2、车上检测方式工作原理如图4所示，我们以4个地址的检测系统为例来描述车上检测方式：图4车上检测方式工作原理-５-如图所示，固定站的地址编码发射器以同频率分时方式分别将信号送给编码电缆标准线、交叉线1、交叉线2，并通过电磁耦合方式把信号传送到移动站的天线箱。移动站的地址编码接收器按顺序接收信号后，将两对交叉线的信号分别与平行线（标准线）信号进行相位比较，如果交叉线的信号相位与平行线的信号相位相同，那么定义地址为“0”；如果相位相反，定义地址为“1”。上图4中地址1的两对交叉线的信号相位与平行线的信号相位相同，因此地址1为“00”。地址2中的第一对交叉线的信号相位与平行线的信号相位相同，第二对交叉线的信号相位与平行线的信号相位相反，因此地址2为“01”。从上面的分析可以看到，编码电缆用一对地址线可以检测到2个地址，用二对地址线可以检测到4个地址。实际上，用n对地址线可以检测到2n个地址。根据电磁学理论：Φ=S*B其中:Φ为磁通量，S为线圈面积，B为电磁强度。e=N*dΦ/dt其中：e为感应电压，N为线圈的匝数。理论上讲，只要将编码电缆最小步长W取得足够小，编码电缆定位精度就可以做得很高，但在工程上由于编码电缆芯线、天线箱尺寸误差、机车摆动，磁场分布不均匀性，以及外界干扰等因素，编码电缆最小步长W取值受到一定限制。W取得太小，电磁感应面积变小，地址检测的信噪比低，造成地址不稳定。根据工程经验，W=200毫米较好。编码电缆最小步长W根据定位精度来确定，电缆长度由编码电缆芯线的数量和最小步长W确定。一般来说：绝对定位精度μ=W/2（其中W为编码电缆最小步长）编码电缆长度L=2n*μ（其中n为编码电缆芯线的数量）通过上面的分析我们知道当编码电缆最小步长W=200毫米时，大地址的检测精度为：-６-μ=W/2=200/2=100毫米。如果编码电缆地址线为10对（G0-G9），当W=200毫米时，则编码电缆长度为:L=210*100(毫米)=102.4米。地址线G0步长200毫米，在100毫米开始交叉；G1步长400毫米，在200毫米开始交叉；G2步长800毫米，在400毫米开始交叉，…；G8步长51.2米，在25.6米交叉一次,；G9步长102.4米，在51.2米交叉一次。2.2精密地址在绝对地址的基础上，对大地址进行细分获得高精密地址。精密地址检测方法是在编码电缆中增加一对地址线L0,L0交叉间隔跟G0一样，只是错开半个步长，如图5所示：图5精密地址检测方法与绝对地址一样，精密地址也分为车上检测方式和地上检测方式。两种工作方式原理相同，这里以地上检测方式为例。如图5所示，G0，Ｌ0两对线的交叉间距一致，均为200毫米，且错开100毫米，其中Ｒ线为标准信号线，不交叉。-７-当移动站的天线箱线圈中通入交变电流时，地址线G0、L0产生的感应电动势如下：泙V0＝－Ｎ*ｄΦ0/ｄｔ....................(1)V1＝－Ｎ*ｄΦ1/ｄｔ....................(2)Φ=S*B..................(3)V0、V1──电缆芯线G0、L0上感应电动势信号幅度；ｄΦ0、ｄΦ1──通过电缆芯线G0、L0的磁通变化量；N──编码电缆芯线圈数，在这里Ｎ＝１；B──磁场强度；S──磁场作用在电缆芯线G0、L0上的有效面积；设Ｓ0是磁场作用在芯线G0上的有效面积，Ｓ1是磁场作用在芯线Ｌ0上的有效面积，Ｈ为电缆的宽度，Ｗ为编码电缆芯线的最小步长。当移动站上的天线箱按图5中方式移动时（移动距离为X，X100毫米）。则:V0=-dΦ0/dt=-BdS0/dt=-Bd(HW-2HX)/dt....(4)V1=-dΦ1/dt=-BdS1/dt=-Bd(2HX)/dt....(5)在同一时间间隔内，由(4)/(5)得：V0／V1＝W/2X-1....(6)编码电缆安装好后,当天线箱信号源不变时,由式(6)可知,当X100毫米范围内,V0／V1与X成线性关系。由于G0、Ｌ0的交叉间距相同且错开100毫米，故在100毫米间距的每个位置总有一个V0／V1比值对应，且这个比值不受环境噪音和接收信号电平波动的影响。理论上如果将V0／V1比值无限细分，可以获得非常高的检测精度，但是由于-８-工艺条件的限制，地址细分数不可能很大，根据工程经验，细分数取20较好。例如，如果编码电缆得到的大地址精度为100毫米,细分数为20，则精密地址精度=100/20=5毫米.三、编码电缆位移传感器应用方法1、地上检测方式编码电缆位移传感器地上检测方式典型设备配置如图6所示。图6地上检测设备配置图。编码电缆位移传感器地上检测方式设备清单如下：序号设备名称设备型号安装位置说明1地址编码接收器AFC-DAS01固定站解析地址信号、通信控制2编码电缆AWC-EC100固定站接收地址编码的电磁感应信号,长度可变,单根长度可变，多根可用段间箱拼接3始端箱AWC-BS01固定站编码电缆起始端接线箱4终端箱AWC-BZ01固定站编码电缆结束端接线箱5段间箱AFC-BD01固定站拼接多根编码电缆，单根时不用6编码电缆支架AFC-ZJ01固定站固定编码电缆，每2米一个7地址编码发射器AFC-DAF01移动站合成并放大地址编码信号8天线箱AFC-DTR01移动站生成并发射地址编码的电磁感应信号地上检测方式的特点：-９-①移动站天线箱为信号“发射天线”，固定站编码电缆芯线为信号“接收天线”；②地址编码接收器在地面站，由地面站检测移动站的地址；③移动站要获得本机车地址需通过无线通信方式得到。2、车上检测方式编码电缆位移传感器车上检测方式典型设备配置如图7所示。图7车上检测设备配置图。编码电缆位移传感器车上检测方式设备清单如下：序号设备名称设备型号安装位置说明1地址编码发射器AFC-CAF01固定站合成并放大地址编码信号2编码电缆AWC-EC100固定站生成并发射地址编码的电磁感应信号,单根长度可变，多根可用段间箱拼接3始端箱AWC-BS01固定站编码电缆起始端接线箱4终端箱AWC-BZ01固定站编码电缆结束端接线箱5段间箱AFC-BD01固定站拼接多根编码电缆，单根时不用6编码电缆支架AFC-ZJ01固定站固定编码电缆，每2米一个7天线箱AFC-CTR01移动站接收地址编码的电磁感应信号8地址编码接收器AFC-CAS01移动站解析地址信号、通信控制车上检测方式的特点：-１０-①固定站编码电缆芯线为信号“发射天线”，移动站天线箱为信号“接收天线”；②地址编码接收器在移动站上，移动站直接得到本机车的地址；③固定站要获得移动站地址需通过无线通信方式得到。四、编码电缆位移传感器应用案例4.1编码电缆位移传感器在焦炉四车联锁上的应用焦炉四车联锁控制显示屏推焦车编码电缆位移传感器拦焦车编码电缆位移传感器装煤车编码电缆位移传感器焦化厂的推焦车、拦焦车、熄焦车和装煤车相互间的通信、地址炉号对位、推焦动作联锁、装煤动作联锁以及最终达到计算机集中联控等一系列自动化技术问题的解决，对焦化厂的安全生产和提高生产管理水平，提高产品质量和经济效益有着十分重要的意义。焦炉四车联锁控制系统结构如下：系统由移动站和固定站两部分组成。移动站包括移动PLC、移动无线通信单元、车载显示屏和天线箱等。固定站包括由工控上位机、主PLC、无线通信单元、位置检测单元、编码电缆等，其中编码电缆位移传感是系统的核心部分。通过敷设在机车轨道旁的编码电缆实时地检测推焦车、拦焦车、熄焦车和装煤车的地址信号，实现焦炉四大车的炉号自动识别，四车联锁及自动走行，地址检测精度为5毫米。车上控制器通过显示屏向机车上的人员传送计划与信息，中央控制室负责收集、分析、处理各机车传来的-11-信息，并形成各种纪录报表，同时根据推焦计划形成控制命令，指挥各机车工作。移动站和固定站无线通信交换数据。目前该系统已在包括宝钢、武钢、鞍钢等国内几十家焦化厂使用，效果良好。4.2编码电缆位移传感器在矿石输送料斗车多点定位控制方面的应用冶金行业炼铁厂高炉采用钢丝绳牵引双料斗车差动上料系统，一台料斗车上行上料时另一台料斗车下行