编码器在起重行业同步纠偏控制上的应用

　　基于Canopen现场总线的大跨径门机起重设备同步纠偏控制应用案例。

　　一．门机起重设备的特殊性：

　　门机起重设备的安全性要求越来越突出，安全第一的概念在控制中越来越重要，按照规定,40米以上的大跨径门机必须加装双轨同步纠偏控制，以防止左右双轨的门机轮子超偏而啃轨甚至脱轨的事故发生，出于安全的要求，门机左右双轨的轮子需要多点同步控制，速度、位置等信息的可靠反馈直接涉及到控制安全可靠，而门机起重设备的环境特殊性，又决定了这些信号传感器及传输的选择的特殊性：

　　1．现场复杂的工作环境，变频器、大电机及高低压电源系统，信号电缆常常与动力线一同布排，现场的电气干扰很严重。

　　2．设备移动性，长移动距离，接地困难。

　　3．信号传递距离要求远，信号数据的安全可靠性要求高。

　　4．同步控制需要信号传递实时性高，可靠。

　　5．很多是户外使用，防护等级、温度等级要求高，而工人培训程度低，对产品使用宽容性要求高。

　　二．绝对值多圈编码器在门机起重设备应用的意义：

　　在门机起重设备的位置传感器使用中，有电位器、接近开关、增量编码器、单圈绝对值编码器、多圈绝对值编码器等等，相比较而言，电位器可靠性低，精度差，使用角度有死区；接近开关、超声波开关等只是单点位置的信号而不连续；增量编码器信号抗干扰差，信号不能远传，停电位置丢失；单圈绝对值编码器只能在360度内工作，如果变速扩大测量角度，精度就差了，如果直接单圈使用通过记忆实现多圈控制，在停电后，由于风吹、下滑或人为移动而失去位置。只有绝对值多圈编码器是可以真正在门机起重设备中安全使用的，其不受停电抖动的影响，可长距离、多圈数工作特性，内部全数字化，抗干扰，信号也可以实现远距离安全传输。所以，从门机起重设备安全性的角度出发，绝对值多圈编码器是必然的选择。

　　三．Canopen绝对值编码器在门机起重设备中的应用推荐

　　CAN-bus(ControllerAreaNetwork)即控制器局域网，是国际上应用最广泛的开放式现场总线之一。作为一种技术先进、可靠性高、功能完善、成本合理的远程网络通讯控制方式，CAN-bus已被广泛应用到各个自动化控制系统中。例如，在汽车电子、自动机械、智能大厦、电力系统、安防监控、船舶海运、电梯控制、消防安全、医疗器械等各领域，CAN-bus都具有不可比拟的优越性，尤其是目前正在风头上的高速铁路、风力发电，Can-Bus更是首选的信号标准。

　　CAN-bus以其开发维护的低成本、高总线利用率、很远的传输距离(最远可达10Km)、高速的传输速率(最高可达1Mbps)、根据优先级的多主结构、可靠的错误检测和处理机制，全面弥补了传统RS-485网络的低总线利用率、单主从结构、无硬件错误检测的不足，使用户能组建起稳定、高效的现场总线控制系统，从而产生最大的实际价值。在起重设备等较恶劣应用环境中，由于Can-bus具有可靠的信号错误检测和处理机制，对于强干扰和无可靠接地的情况，仍能够较好地传输数据，而其硬件错误自检、多主站可冗余的特点，更是保证了控制设备的安全性。

　　Canopen是基于CAN-bus总线的开放式协议，由CiA协会管理，主要应用于车辆工业、工业机具、智能建筑、医疗器械、航海机具、实验室器材及研究领域，Canopen规范允许以广播方式传递讯息，也支持点对点收发数据，用户通过Canopen对象字典来执行网络管理、数据传输等操作。尤其是Canopen具有抗干扰及多主站应用特性，可以形成实际的主站冗余备份，而实现控制的更安全。

　　Canopen与其它的信号形式比较，其数据传递的更可靠，更经济通用，更安全(设备报错)。这些特性与其它输出的比较：并行输出信号—输出功率元件过多易损，芯线过多易断且电缆成本高；SSI输出信号—称为同步串联信号，距离远时或受干扰时，信号的延迟而使得时钟与数据信号不再同步，发生数据跳变；Profibus-DP总线信号—接地及电缆线要求高，成本过高，主站不可选性，且一旦总线连接关口或主站失效而造成整个系统的瘫痪等。以上这些在起重设备中的使用，有时可能是致命的，因此可以说Canopen信号在起重设备中使用具有其更可靠，更经济，更安全。

　　上海精浦机电的Canopen绝对值编码器，由于其信号输出的高速性，其在功能设置中，可设置编码器绝对值角度位置值与变化速度值一同输出，例如，前两个字节输出绝对值角度(可多圈)位置，第三个字节输出速度值，第四个字节输出加速度值(可选)，这在起重设备纷纷应用变频器的情况下很有帮助，速度值可以作为变频调速的反馈，而位置值可以作为精确定位及同步控制，可以有速度与位置的双闭环控制，从而实现精确定位、同步控制、停车防摇摆、安全区域控制防碰撞、速度安全保护等，而Canopen的特有的多主站特性，可以实现接收控制器的主站冗余备份，备份控制器参数可设置在主控制器的后面，一旦主控制器系统失效，备份控制器可以承担起最后的安全保护控制，从而实现起重设备的各项安全性控制。[page]

　　门机起重设备的大电机启动及户外使用，其编码器信号电缆长，相当于一根长天线，现场信号端的浪涌过压保护就很重要，过去用并行信号编码器或增量编码器，信号芯缆多，每路的浪涌过压保护很难实现，(大电机启动或雷击产生的浪涌电压)，常常编码器信号有端口烧坏；而SSI信号为同步串联，如加入浪涌保护，信号传输延迟破坏了同步性而信号不稳定。Canopen信号是高速异步或广播发送，对于插入浪涌保护器没有太多的影响，故此，如果Canopen编码器及接收的控制器加入浪涌过压保护器，可以更安全的使用。

　　四．Canopen控制器PFC

　　由于Canopen信号的先进性与安全性，目前许多PLC厂家与控制器厂家纷纷加上了Canopen接口，以实现Canopen控制，例如施耐德、GE、倍福、贝加莱等等，Gemple的PFC控制器是基于Canopen接口的小型控制器，其包含内部32位的CPU单元、液晶显示与设置按键的人机操作界面，24点开关I/O与多路模拟量I/O，并具有2G的SD存储卡，可记录开机关机、程序事件记录，从而实现黑匣子记录功能，可故障分析及防止工人违规操作。

　　08年以来，各大著名品牌的PLC厂家近期都已经增加了Canopen接口或正在计划增加Canopen接口，无论是选择具有Canopen接口的PLC还是选择Gemple的PFC控制器，基于Canopen接口的控制将在起重设备的应用中逐渐成为主流。

　　五．典型应用案例

　　1．门机大车行走同步纠偏—由两个Canopen绝对值多圈编码器检测左右轮行走的同步性，信号输出至Canopen接口的控制器PFC同步比较，同时，Canopen绝对值编码器可同时输出速度反馈，通过控制器提供变频器调速控制，实现小纠偏、大纠偏，超偏停车等控制。

　　2．速度安全保护—Canopen绝对值编码器同时输出位置值与速度值(无需外部计算的直接输出)，对于速度保护有更快的反应。

　　3．安全冗余控制—利用Canopen的多主站冗余特性，PFC201控制器可双冗余备份，第二个控制器可根据用户需要增加，安全备份。

　　4．安全纪录功能，PFC201控制器具有2G的SD存储卡，可事件纪录(黑匣子)，以实现故障分析及防止工人违规操作(安全纪录检查)，达到更安全的控制。

　　5．停车定位防摇摆—利用Canopen绝对值编码器的位置、速度同时输出特性，可实现停车定位与缓速减速的双闭环控制，可合理停车速度、位置曲线，减少停车时吊点的摇摆。

　　6．典型应用介绍：

　　广东中山跨海大桥工地大跨径门机起重设备同步纠偏控制，约60米跨径，门机高度50多米，两个编码器信号至PFC控制器电缆总长度180米。选配：

　　1．Canopen绝对值多圈编码器—Gemple的绝对值多圈编码器，2个：

　　GMX425RE10RCB，防护等级外壳IP67，转轴IP65；温度等级-25度—80度。

　　2．Canopen控制器—Gemple的基于Canopen的控制器：

　　PFC201-----不仅可以作为主控制器，也可以作为冗余的备份控制器。

　　3．Canopen信号端口浪涌保护器：SI-024TR1CO(推荐)

　　4．编码器信号电缆：F600K0206