高精度转炉倾角测量仪的应用研究

    引言

    钢铁公司炼钢转炉的耐热材料在生产过程中不断被侵蚀磨损，当损耗到一定程度后必须对其加厚，否则就会出现安全事故。如果还没有达到临界工作状态就对其进行 加厚，则不能发挥最佳效益，因此必须对炉壁的厚度精确测量。在测量壁厚度时，建立一个转炉模型，在不同倾角下测量位置坐标，然后换算出厚度，因此转炉倾角 的测量对整个系统至关重要。传统测量方法中采用刻度盘指示方式，测试精度为 0.5°，这会带来很大的测量误差。本文介绍的系统，采用高精度（13 位）角度编码器作为系统的传感器获得转炉的倾角，测量精度达到2.64′。

    1 系统的组成

    本系统由两大部分组成：数据采集电路和主控中心。数据采集电路采集角度编码器（RN6052）的数据。工作过程为：上电复位后，完成初始化工作，进入待机 状态，通信模块接收到主控发出的信号后，唤醒单片机，对角度编码器（RN6052）输出进行采集并完成格雷码到 8421 二进制码转换，将处理结果送至通信模块（RFWD100、RFW102）进行无线传输。主控中心发出控制信息，并对回传的数据进行相应处理。工作过程为： 上位机启动单片机，向通信模块发出控制信号，通知数据采集电路开始工作，采集的结果通过无线方式回传给单片机，后以 RS232 串行通信方式传送给计算机。具体组成框图如图 1、图 2 所示。

    2 主要硬件介绍

    2.1 高精度编码器 RN6052

    RN6052 是由德国 IFM 电子公司生产的一种绝对角度编码器，采用 13 位格雷码对角度编码，角度分辨率达到 2.64′。该编码器可用来测量物体转过的角度或转速，最大测速为 5000r/min，本系统中利用它获取转炉的倾角。输出数据时采用同步移位输出，首先传送高位，时序图如图 3 所示。

    图 3 中，对时钟有严格时序要求，具体参数如下：

    T＝0.9～11 μs     t₁＞0.45μs

    t₂＜0.4μs              t₃＝12～35μs

    为与后面的通信模块同步，本系统中 T＝1μs，t₃用来区分出两次连续测量的结果。在非工作状态时，时钟线和数据线都保持高电平。当时钟的第一个下降沿到来时，编码器将获得角度数据，经过时间 t₁，在时钟的第一个上升沿到来时开始向外发送角度数据。数据发送的过程中，如果时钟线保持高电平的时间 t≥t₃，发送将中断。在接下来的下降沿，编码器将获得新的角度数据，并在下一个上升沿开始发送新的角度数据。当完整的角度信息发送完后，数据线还将保持低电平，直到编码器经过 t（t≥t₃）时间，准备测量新的角度信息。如果在 t＜12μs 时间内时钟出现低电平，上次测量的角度数据将重新发送。图 4 是本系统实测数据时序。