静磁栅技术应用案例介绍

静磁栅绝对位移传感器在集装箱行业的应用集装箱起重机移动双箱吊具定长控制系统WNA-S2-Z型“静磁栅绝对位移传感器”，是武汉莹佳自主开发的“静磁栅绝对编码器”系列产品中，为上海振华港口机械（集团）公司可分离式双箱吊具特别设计的专用型位移传感器。它集双箱吊具位置传感，记忆，显示与控制于一体，辅助PLC电控系统，独立完成可分离式双箱吊具调试，运行参数设定/修改，双箱位置定尺APS功能。它可与各类PLC系统方便连接，具有非常强的抗震与防水能力。下图为配套控制显示器外形及安装尺寸图“静磁栅绝对位移传感器”配套控制显示器可直接安装在SIEMENS300PLC可编程序控制器底板上，其卡装型的安装尺寸与SIEMENS300底板的安装尺寸完全一致，配合塔形弹簧减震架，具有非常优异的防震性能。“静磁栅绝对位移传感器”的控制显示器是传感器的人机界面和指令/信息传输通道。它的主要外界面由8位数码LED，5只彩色LED，4只轻触按键和双排共30只双孔弹簧卡型接线端子组成，它们的定义详见上图。上排4位LED是英文菜单的缩略表示；下排4位LED在运行时显示位置值，单位是毫米，在调试时显示各参数值，单位可以是毫米，也可以是10毫秒（脉冲时间宽度）。5只彩色LED分别表示靠近目标的程度。4只轻触按键实现调试中多种参数置入的功能。30只接线端子接受电源，接受定位及浮动位存储指令，发送状态信号，连接“静磁栅尺”。调试参数说明中心值（center）：中心值是我们调试所确定的基准值，单位为毫米，它是运行策略计算的基本依据。运行精度值（calibrate）：精度值是我们在定位运行过程中所能允许的误差范围值，单位为毫米。运行靠近值（little）：靠近值是我们在定位运行过程中预先设定的提前停车点（减速点），单位为毫米。我们同时可以在提前停车点范围内使用“点动靠近”策略。点动脉宽值（pusle）：脉宽值是我们使用“点动靠近”策略时所设定的脉冲宽度，单位是10毫秒（如果数值为5，即表示50毫秒）。脉冲宽度值越大，单次点动推动的行程也越大。脉冲宽度值应由调试试验值决定。静磁栅绝对位移传感器在堆料机的应用矿粉堆匀料机俯仰检测系统武钢工业港铁矿石混匀堆料机连续均匀地将进料沿直线方向堆成多层相互平行、上下重叠的料层，取料机在垂直于料层方向的截面上切取一定厚度的所有料层的物料，使各层成分各异的物料得到混合，从而达到均化物料的目的。混匀堆料机的走行装置为连续工作制，当最初堆料时悬臂梁位于较低的俯仰角度位置堆料，以减少因堆料发生的扬尘现象。随着料堆的增高，开动俯仰装置适当的抬高悬臂，保证从溜筒下口到垛面落差高度控制在1米以内。通过静磁栅绝对编码器，精确测定堆料机悬臂梁俯仰角度，自动控制溜筒下口到垛面落差高度；堆料机悬臂梁俯仰角度量测系统设计成“源动尺不动”的形式，静磁栅尺安装在立柱支架上，静磁栅源安装在悬臂梁上，通过弹压装置自适应悬臂梁的摆动，保证静磁栅尺与静磁栅源之间的间隙不超过40毫米，这是保证稳定采集数据的关键。再通过静磁栅长量程型绝对编码器，精确测定堆料机走行位移，自动控制堆料机直线方向走行；再配以plc控制，可实现武钢工业港混匀堆料机全自动无人操作。静磁栅绝对位移传感器在堆料机的应用水电站闸门水下穿销定位系统在清江水利工程“高坝州自动抓梁系统”项目上选用了武汉莹佳公司的静磁栅位移传感器，用于抓梁系统的穿销/就位传感检测，静磁栅位移传感器动态的反映穿销/就位的运行状态，检测精度达1mm。清江高坝洲水电站“尾水门机自动抓梁控制系统”之穿销/就位位移传感器技术要求如下：1、水下100米，泥沙水流冲击环境；2、量程800mm，分辨度1mm；3、水下温度环境；4、SSI方式绝对位移数据远传；5、平行安装于驱动液压油缸上方；提供穿销/就位位移传感器标准的SSI信号进PLC。静磁栅绝对位移传感器在轧钢厂的应用轧钢厂纵横开卷线鞍座车行走定位系统静磁栅绝对编码器有两种工作方式：直线型工作方式：“静磁栅尺”固定，“静磁栅源”移动。这种测量方式长度受静磁栅尺的限制，最大量程为12米，精度1毫米。一根“静磁栅尺”上可以有多个“静磁栅源”，实现多点检测。长直线型工作方式：一根“静磁栅尺”,多个“静磁栅源”等距离排列安装，静磁栅尺使用接力方式检查位置信号。这种测量方式长度理论上无限制，最大量程以2000米为佳，精度1毫米。基于以上产品的描述，并结合现场图纸，设计两套方案，以供参考。昆钢轧钢小车定位选用静磁栅绝对编码器长直线型工作方案长直线型工作方案在轨道一侧等距离安装静磁栅源，静磁栅尺（2米）安装在小车上，一套系统由一条静磁栅尺，5个静磁栅源构成，共检测10米行程。静磁栅源经过信号转换器后变成与位置相对应的信号，此信号可直接供PLC使用，如下图：静磁栅长直线位移传感器安装示意图静磁栅绝对位移传感器在烟草行业的应用梗丝加料液位检测系统加料工序是制丝生产的关键的工序，加料的精度直接影响烟丝的吸味和口感。长久以来，操作工在进行生产时依靠人工观查加料罐内液位的变化来判断,一但流量计计量出现问题加料精度得不到保正,影响烟丝的吸味和口感.车间液位计有偏差又不能参入比较和控制上述原因大大增加了由于人为失误,和流量计计量不准造成加料不合格的几率。车间现场液位测量与控制中，基本为罐内液位的精密检测。这类液位控制精确度要求高，温度高且有搅拌现象，有挥发性，有泡沫。由于上述原因，车间以前也试用过多种液位计，如电容式以及超声波液位计等，但一直存在检测不准的问题，所以一直都没有让其参与控制。另，车间加（送）料、加（送）香的管路与地沟都直接相联，阀门误动作会出现漏料，以前就出现过由于阀门不到位，而导致料液进入地沟或泄露的情况。但由于以前车间的液位计没有参与控制，出现此类情况时就未能及时发现，导致质量事故的发生。针对车间的现状，在总结以往液位检测设备的使用中经验和分析目前液位检测领域中各检测仪性能后，我们对WNA静磁栅液位计进行了改进后在梗加料和片叶加料处试用。1．WNA静磁栅尺的改进 WNA静磁栅尺的改进后安装示意图如下：WNA静磁栅以前用于对运动物体位置的检测，WNA静磁栅源只需固定于被测物体上即可。通过被测物体的移动来检测移动位置.我们要用在液位进行检测,于是我们便在料液罐外安装一玻璃管并与料液罐连通，这就是旁通玻璃管，将WNA静磁栅源改制成浮子式的静磁栅源（我们简称浮子）放进旁通玻璃管中。我们将浮子设计位两头粗中间细的形状，粗端为不规则形，只有三个点与玻璃管接触，这样减小浮子在旁通玻璃管中的阻力，当液位发生变化时“静磁栅源”即“浮子”能在旁通管内随液位的变化而自由移动，减小了测量误差。2.静磁栅液位计的应用：静磁栅液位计的输出信号可以直接送入到现场的PLC中，在送料和加料的过程中都得以应用。料罐形状为U形，最底部有8KG的液体为不可测的，上面为均匀的圆柱体，在此范围静磁栅尺上刻度没变化1mm，料罐液位就变化1.1KG。在送料过程中：△L=LL-LC-KL%=(△L/LL)*100%LL=理论上送入料罐的料液重量/1.1K=（底部不可测料液重量8KG+送料管路中的料液重量）/1.1注:静磁栅尺的读数每变化1mm而罐内料液重量变化1.1kg.其中LL为理论液位，LC为测量液位即静磁栅尺的读数，K为补偿系数（定值）。由于送料流量较大为1800KG/H，考虑到送料管路和料罐底部的料液无法测量到，所以送料开始30S后，PLC程序开始每5秒钟对料罐中液位进行一次读入、计算和比较。如果对某时刻读入到PLC中的数值经过运算比较后得出：L%>±0.5%时，系统就会发出精度偏低的报警信号，同时在集控电脑和现场电脑上显示出报警信息。如果得出L%>±1%，系统就发出精度偏低停车的信号，使设备停机，同时在集控电脑和现场电脑上显示报警信息,通知维修人员检查。送料全过程的数据变化也将保存在集控数据库中,随时可以调出进行数据分析.PLC采集数据，计算并比较PLC采集数据，计算并比较理论送料量异常信号异常理论送料量异常信号静磁栅尺的读数正常信号静磁栅尺的读数正常信号 送料控制信息方框图在加料过程中：△L=实际用料量-（LC0-LC1-K）*1.1L%=(△L/实际用料量)*100%注:1.静磁栅尺的读数每变化1mm而罐内料液重量变化1.1kg.2.实际用料量为质量流量计显示的重量.其中LC0为加料前静磁栅尺的读数，LC1为加料过程中某时刻静磁栅尺的读数，K为补偿系数即加料管路中的料液重量（定值）。由于刚开车时，烟叶流量较小导致用料量还比较小，达不到静磁栅液位计的检测精度，不能进行读数和比较。当烟叶流量达到设定值时，PLC程序开始每60秒钟对料罐中液位进行一次读入、计算和比较。如果对某时刻读入到PLC中的数值经过运算比较后得出：L%>±1%时，系统就会发出精度偏低的报警信号，同时在集控电脑和现场电脑上显示出报警信息。如果得出L%>±2%，并经过10S延时后，系统就发出精度偏低停车的信号，使设备停机，同时在集控电脑和现场电脑上显示报警信息,通知维修人员检查。送料全过程的数据变化也将保存在集控数据库中,随时可以进行每批加料情况的数据分析,来判断加料系统是否完好.实际用料量实际用料量静磁栅尺的加料前读数异常信号静磁栅尺的加料前读数异常信号静磁栅尺的当前读数正常信号静磁栅尺的当前读数正常信号加料控制信息方框图3、结论使用静磁栅液位计后，可以对料罐内的料液及加料设备进行时时监视、控制。如有故障及时报警及停机，减少质量事故的发生和提高加料质量。 在近3个月的运行中，静磁栅液位计能满足生产中计量及控制的要求，达到了我们此次改造的目的，但部分细节还有待于进一步的完善。静磁栅绝对位移传感器在浮吊船上的应用武钢浮吊船大车走行定位系统配置武钢浮吊船大车走行定位系统选用静磁栅绝对编码器长直线型工作方案在船一侧等距离安装静磁栅源，静磁栅尺安装在大车上，一套系统由一条静磁栅尺（3米），多个静磁栅源构成（26个），共检测78米行程。静磁栅尺与静磁栅源平行，高度保持在30mm，静磁栅源经过信号转换器后变成与位置相对应的信号，此信号可直接供PLC使用。静磁栅绝对位移传感器在栈桥上的应用栈桥专用静磁栅位移传感器厦门海德科液压机械设备有限公司栈桥俯仰角量测系统选用武汉莹佳科技发展有限责任公司生产的两套四台WNA-20-N31型静磁栅长直线绝对位移传感器。该产品系长直线绝对位移传感器在角度量测方面的变通应用。该产品量测对象为全长54米的海边栈桥，一端是岸侧坚固的旋轴型支点，一端被海侧门形支架悬挂，双侧悬挂机构由油缸支承。随着潮汐起落，油缸支承机构做俯仰角度调节，油缸全行程为6米。量测系统设计成“源动尺不动”的形式，静磁栅尺近乎垂直安装在门形支架的立柱上，电缆出线端朝下，探测面面对陆侧。静磁栅尺与俯仰弧相切，切点处于静磁栅尺中心位置。静磁栅源弧形探测阵列安装在栈桥侧珩架的弧形辅助支架上，探测面面对海侧，安装保证在俯仰全行程中，静磁栅尺与静磁栅源之间的间隙不超过40毫米，侧偏移量不超过±40毫米，这是保证稳定采集数据的关键。静磁栅绝对位移传感器同步测控系统的应用武汉威尼尔公司双尺同步测控系统方案武汉莹佳科技发展有限责任公司为武汉威尼尔科技发展有限公司生产的两套静磁栅直线绝对位移传感器带显示控制器，传感器与显示控制器之间用生产厂商提供的四芯屏蔽电缆连接，使用生产厂商通讯协议。四芯电缆按下列方式连接显示控制器：黄色——SCK;绿色——DATA;兰色——5VGND;红色——5V+。静磁栅绝对位移传感器在港口方面的应用岸桥长行程集群定位系统（一）、岸桥集群定位系统描述岸桥长行程集群定位系统选用静磁栅绝对编码器长直线型工作方案在轨道一侧等距离(每隔3米)安装多只静磁栅源；每台岸桥配备3.2米静磁栅尺一根，多根静磁栅尺共用一套静磁栅源。静磁栅尺采集的实时位移信号通过内藏式信号转换器传输给岸桥主PLC系统。采用该集群控制方式的优点是：1，车轮打滑完全不影响检测精度；2，自动防止岸桥碰撞；3，装卸箱作业自动精确定位。（二）、岸桥集群定位系统现场安装方式由于岸桥轨道与地面平齐，对定位检测精度要求不高（定位精度5mm可满足要求），可将静磁栅源等距离埋在岸桥轨道旁与地面平齐；静磁栅尺（3.2米）安装在车架上，静磁栅尺与地面平行，高度保持在40mm以内，如下图：静磁栅绝对位移传感器在炼铁厂的应用炼铁厂矿石输送料斗车位置检测系统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装料，由于采用一套钢丝绳卷扬牵引系统，两台工作料斗车行程相等，速度相同，运动方向相反。料斗车在上下行过程中分别有七个位置检测：底部位（与其他设备控制连锁）、正常停车位、终端保护位、一加速位、二加速位、低速及高速检测位。相应有五个加/减/恒速运行段。其中上升最终减速段最为关键，位置检测不准或系统运行不当，偶尔发生“冒顶”事故，后果十分严重。所谓“冒顶”，是指由于种种原因，尤其是位置信号检测故障致使上行卸料料斗车超出上行极限，拉断钢丝绳，料斗车坠落，砸坏相关设施。事故造成的设备损失和停炉经济损失巨大。目前，料斗车运行段控制采用卷扬传动装置“内闭环”控制方式——钢丝绳卷扬机主轴通过机械减速装置带动一电接点式启闭器，启闭器在约定的运行段提供加/减/恒速控制信号，指挥卷扬机直流电机运行。“内闭环”控制方式可以实施料斗车运行段控制，但是，从高安全性的角度考虑，系统设计还显不足，因为，料斗车运行位置是否正确，完全维系在电接点式启闭器上。另外，启闭器是一电接点旋转行程控制装置，长期使用，易造成触点烧蚀失效。启闭器不便维修，不便配套购买。而且启闭器维护调试难度大，很小的整定误差，就会导致小车运行的长距离的误差，从而可能引发事故。因此，无论是备件采购维护的困难程度，还是从系统的易维护性和高安全性考虑，都有必要进行改造。系统改造的内容如下：取消电接点式启闭器。在料斗车关键运行段，将现场“静磁栅直线绝对编码器”、极限部位行程开关、绝对旋转编码器三者结合使用，并在必要的控制位置设置检测开关，以提高系统的可靠性；在料斗车普通运行段采用绝对旋转编码器实施全程监控。所有检测控制信号均通过PLC系统实施，所有实时工况均在一台工业控制计算机屏幕上显示。具体方案实施要点有如下几项内容：倾斜轨道上部双侧最后15米减速段安装“静磁栅直线绝对编码器”，实时监测料斗车运行的实际位置，以准确控制料斗车运行。因为当一台料斗车上行卸料时，另一台料斗车下行装料；当上行料斗车卸完料回行时，另一台料斗车正好提升。卸料关键减速运行段为15米，装料提升加速段为10米，均可在上部15米运行段上观测到（具体地讲，任意一台料斗车处于上部时，只要精确地控制它的减速上行速度和加速下行速度即可），也避免了在装料机下部位安装位移传感器的不便。“静磁栅直线绝对编码器”位置信号传输至PLC装置。电接点式启闭器改造为绝对旋转编码器，以全程“内闭环”方式测控料斗车运行，其中在关键段与现场“静磁栅直线绝对编码器”一起实施冗余控制，以提高安全系数。绝对旋转编码器信号传输至PLC装置。料斗车卸料极限部位加装防“冒顶”行程开关，以三冗余方式控制“冒顶”事故。并设置底部位、正常停车位、一加速位、二加速位、低速和高速位行程开关，行程开关信号传输至PLC装置。试验确定三冗余方式的容差范围，既确保安全，又方便连续化生产，也为系统各环节故障隐患（如钢丝绳运行后伸长，某位置传感环节失效等）告警提示提供依据。不增加新的PLC，利用原有PLC，协调修改PLC相关程序，实现过程量的检测并实现相关控制。在CRT上编制多幅彩色显示图形，将高炉上料系统，双小车运行动态过程，安全运行时间，安全运行次数，现场装置故障告警提示信息，故障记录数据库等各项工业环节要点以直观的图形和表格方式实时反映到计算机屏幕上。故障（隐患）记录数据库自动更新，长期保存在计算机中。并可在画面上设置必要的操作控制功能。制定一套现场调换钢丝绳，置换料斗车时位置信号同步调整运行的详细工作步骤。静磁栅绝对位移传感器在船运方面的应用货船装载量电子检测系统近年来，随着我国经济的飞速发展，物流已经成为人们日益关注的话题。水运作为大宗货物运输的主要方式，在国民经济中起的作用也越来越突出。而如何实现货船载重的测量、协调控制和管理已经成为水上交通运输和安全管理部门面临的一个重要问题。根据统计资料显示，人工测量货船载重造成的直接和间接经济损失十分惊人。所以为了满足提高运输效率和安全保障的需要，各国都相继开展了对货船载重测量系统的研究。改革开放后，随着我国水运事业的迅速发展，如何研究一套适合我国国情的货船载重测量系统，使之能满足国内水上运输管理的需要，这对我国的国民经济建设有重要的现实意义和经济价值。正是基于此，我们开展了水检尺货船载重测量系统的研究。基于以上背景我们提出了用于测量货船载重的水检尺项目，该项目由武汉莹佳科技发展有限公司与武钢工程技术集团计控公司联合提出并开发实现。项目使用了静磁栅绝对编码技术，手动水检尺专利技术，RFID和GPRS技术。目前国内外尚无同类产品。武汉莹佳科技发展有限公司经多年潜心探索，研制出使用无源钕铁硼磁钢作为探测头的直线绝对编码器。武钢工程技术集团计控公司有一套专业技术班子长期从事水检尺的科研与应用，申报相关国家专利多项，在水检尺应用发展方面积累了丰富的经验。众所周知，RFID（RadioFrequencyIdentification简称为RFID，即射频识别）技术被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域：汽车、火车等交通监控；高速公路自动收费系统；停车场管理系统；物品管理；流水线生产自动化；安全出入检查；仓储管理；动物管理；车辆防盗等等。RFID的应用仍在层出不穷。GPRS（GeneralPacketRadioService，即通用无线