磁致伸缩位移传感器在TMEIC V-TOOL控制系统中的应用

磁致伸缩位移传感器在TMEIC V-TOOL控制系统中的应用
作者：刘顺东；陈明潇






       随着我国国民经济的快速发展，钢铁行业朝着高集成自动控制方向大步迈进。为了保证钢铁制造的安全、稳定快速，要求轧钢设备具有高精度、快速响应的能力。这就对了设备的位置控制技术提出了较高的要求。经过技术的不断进步和改进，现在较为先进的位置控制系统中绝大多数采用具有非接触测量、适应恶劣环境且可靠性高的磁致伸缩位移传感器。

1 、磁致伸缩位移传感器的工作原理

1、1工作原理

        磁致伸缩技术原理是利用两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号,然后计算这个信号被探测所需的时间周期,从而换算出准确的位置。这两个磁场一个来自在传感器外面的活动磁铁,另一个则源自传感器内波导管(Waveguide)的电流脉冲,而这个电流脉冲其实是由传感器头的固有电子部件所产生的。当两个磁场相交时,所产生的一个应变脉冲(Strain Pulse)会以声音的固定速度运行回电子部件的感测线圈。从产生电流脉冲的一刻到测回应变脉冲所需要的时间周期乘以这个固定速度,我们便能准确的计算出位置磁铁的变动。这个过程是连续不断的,所以每当活动磁铁被带动时,新的位置很快就会被感测出来。

1.2信号输出

       由于输出信号是一个真正的绝对位置输出，而不是比例的或需要再放大处理的信号，所以不存在信号漂移或变值的情况，因此不必像其它位移传感器一样需要定期重标和维护。

1.2环境健壮性

       磁致伸缩位移传感器利用非接触方法检测活动磁铁的位移，由于磁铁和传感器并无直接接触，因此传感器在恶劣的工业环境下，例如易受油渍、溶液、尘埃及其它的污染，并不构成问题。此外，传感器更能承受高温、高压和高震荡的环境。传感器输出信号为绝对数值，所以假使电源中断重接也不会对数据接收构成问题，更无须重新归回零位。最后，由于传感元件 都是非接触的，所以就算感测过程是不断重复的，也不会对传感器造成任何磨损。因此，磁致伸缩位移传感器非常适合这种工作在比较恶劣环境轧机设备。

2、磁致伸缩位移传感器在TMEIC V-TOOL中的应用

2.1系统通讯

       TMEIC V-TOOL控制系统中是首钢京唐2250轧线自动化控制系统的核心。本系统是一个高精度、高响应的控制系统，要求为止检测元件能够提供稳定快速可靠的测量数据。因此选用磁致伸缩位移传感器，采用串联同步接口SSI方式与TMEIC V-TOOL控制系统连接。

       TMEIC V-TOOL控制系统中通过专门的板卡TP312来收集采集磁致伸缩位移传感器检测数据，然后再通过TP312把数据传送给CPU进行数据的运算处理，再把处理结果通过指令发送给相应的执行元件，来实现对响应设备快速准确控制。根据磁致伸缩位移传感器工作原理研制出TP312板卡，专门用于采集具有SSI输出形式的磁致伸缩位移传感器得检测信号，该板卡具有2通道，能够同时接收2路磁致伸缩位移传感器信号。

       SSI同步串行接口数字输出方式能够取代绝对值编码器，并且该输出方式能够减少所需电缆的数据，例如，一个24位的编码器需要25条线作为通讯，而SSI形式只需要4条便可。因为信号是串联的24或25位，所以只需由控制器始终（一般为25MHz）发出一组25或26个的时钟脉冲便可。

2.2传感器零点设定

       传感器的零点可以根据需要在有效区内任意设定，零点的成功设置直接影响到该传感器的正确应用。将传感器零点时的脉冲数保存起来，以备位移采集时使用。

3.3位移量的采集计算

       由于本系统中，应用的位移零点都设定在某一端。所以程序中不存在判别移动方向问题。当设备移动时，通过读取站点地址的低位、中位脉冲数相加再加上预置时的脉冲数既是当前的非线性化的位置值，再减去偏差值除以固定系数就是工程实际值。

2.4磁致伸缩位移传感器和TP312报警的关系

       通过研究磁致伸缩位移传感器和TP312报警的关系，发现并找到有规律的东西，总结发现，当数据和时钟同时出现故障时，数据故障优点，报警信息以数据发生故障的通道优先。比如当CH116777215，CH2数据闪烁。上述故障为缺少磁环，或者磁环破裂和损坏导致的现象。根据以上总结统计出来的板卡TP312的状态，非常容易判断出现场哪里出现了故障，能够及时转缺德帮助技术人员锁定故障并采取有效的措施预计解决，避免了现场故障导致生产事故的发生。因为磁致伸缩位移传感器一般都是应用在高精度的位置控制设备中，一旦磁致伸缩位移传感器发生故障，将会造成V-TOOL PLC无法准确接收数据，无法准确判断出现场设备具体的位置状态，这就会容易导致位置控制异常，并且严重的会造成设备的严重损害及生产事故。

3、结束语

       自应用这种位移传感器以来,其可靠的稳定性、精度的准确性以及安装的便捷性为重轨轧机的快节奏、大负荷生产以及高质量标准提供了有力保障。实践证明,应用磁致伸缩位移传感器具有非常低的故障率,并且为生产的全集成自动化提供了有力保障。






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