田 剛

(洛陽有色金屬加工設(shè)計研究院，河南洛陽471039)

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基于光纖傳輸?shù)慕涌陔娐吩贏GC系統(tǒng)中的應(yīng)用

田 剛

(洛陽有色金屬加工設(shè)計研究院，河南洛陽471039)

文章介紹了一種基于光纖傳輸?shù)慕涌陔娐返墓ぷ髟砑捌涮攸c(diǎn)，現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用證明，該接口電路穩(wěn)定可靠，解決了現(xiàn)有AGC系統(tǒng)中，位置傳感器信號長距離傳輸所帶來的信號干擾和信號衰減等系列難題。

AGC；SONY磁尺；光電轉(zhuǎn)換；電光轉(zhuǎn)換；光纖傳輸，位置傳感器

在金屬板帶箔軋機(jī)厚度自動控制(AGC)系統(tǒng)中，常用的油缸位置傳感器包括線性可變差動變送器(LVDT)、磁尺、磁感應(yīng)位置開關(guān)等。由于場地和工藝布局限制，AGC油缸位置傳感器往往與控制系統(tǒng)的PLC或計算機(jī)距離較遠(yuǎn)，這就造成了傳感器信號衰減特別嚴(yán)重。同時，隨著傳輸距離的加大，信號的抗干擾能力也大幅減弱，進(jìn)而影響AGC系統(tǒng)的總體精度和性能。由于AGC系統(tǒng)中所用SONY油缸位置傳感器信號頻率非常高(最高可達(dá)10Mbaud)，目前，國內(nèi)外廠家生產(chǎn)的專門用于遠(yuǎn)距離傳輸?shù)碾娐方涌诎蹇ǚN類很少，性能上不能滿足對軋機(jī)AGC系統(tǒng)的特殊要求。

日本SONY公司生產(chǎn)的系列磁尺由于其精度高、穩(wěn)定性好，在國內(nèi)外軋機(jī)AGC系統(tǒng)上得到廣泛應(yīng)用。本文以日本SONY公司的GB-A/SR127/SR128型磁尺為例，詳細(xì)介紹了一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低、穩(wěn)定可靠的基于光纖傳輸?shù)慕涌陔娐吩?，并在?shí)際工程中加以應(yīng)用。

1 技術(shù)方案

本接口電路為光電/電光轉(zhuǎn)換電路，其作用就是解決AGC系統(tǒng)中，油缸位置傳感器高頻信號在遠(yuǎn)距離傳輸時的信號衰減和干擾問題，主要由電光轉(zhuǎn)換模塊、傳輸光纖和光電轉(zhuǎn)換模塊三部分組成(圖1)。

圖1 總體結(jié)構(gòu)示意圖

電光轉(zhuǎn)換模塊由光纖發(fā)送器和雙外圍正與驅(qū)動器組成，光電轉(zhuǎn)換模塊由光纖接收器、雙外圍正與非驅(qū)動器和差分線路驅(qū)動器組成。外部測量部件與雙外圍正與驅(qū)動器的輸入端連接，雙外圍正與驅(qū)動器、光纖發(fā)送器、光纖接收器、雙外圍正與非驅(qū)動器和差分線路驅(qū)動器順次串聯(lián)，光纖發(fā)送器與光纖接收器通過多模玻璃光纖線纜連接，差分線路驅(qū)動器與PLC或計算機(jī)連接。其雙外圍正與驅(qū)動器、雙外圍正與非驅(qū)動器中均設(shè)置有信號指示燈，用于直觀地指示其工作狀態(tài)及報警顯示。

2 工作原理

2.1 發(fā)送端原理

考慮到每個AGC油缸上裝有2個位置傳感器，本文圖2及圖4中所示均為雙路傳感器信號傳輸通道設(shè)計，由于兩路通道原理完全一致，本文僅對圖中所示其中一路傳感器信號傳輸通道原理進(jìn)行闡述。

在發(fā)送端，SONY磁尺經(jīng)MD20B解調(diào)器解調(diào)后，輸出A、B兩列脈沖電信號，A、B相位相差90°，即圖2中的P-1A、P-1B，分別輸入雙外圍正與驅(qū)動器IC1、IC2中，使雙外圍正與驅(qū)動器IC1、IC2中的兩個驅(qū)動器IC1A、IC2A輸出端上連接的信號指示燈LED1、LED2點(diǎn)亮。同時，經(jīng)雙外圍正與驅(qū)動器IC1、IC2中的兩個驅(qū)動器IC1B、IC2B處理后，信號的極性發(fā)生翻轉(zhuǎn)，即由正變負(fù)、由負(fù)變正，并驅(qū)動光纖發(fā)送器GG1、GG2工作，此時電信號極性再次發(fā)生翻轉(zhuǎn)，由負(fù)變正、由正變負(fù)，然后經(jīng)由光纖發(fā)送器GG1、GG2將電信號轉(zhuǎn)換為光信號，通過多模玻璃光纖線纜發(fā)送給光纖接收器GD1、GD2。

圖2 電光轉(zhuǎn)換模塊的電路原理圖

2.2 接收端原理

在接收端，光纖接收器GD1、GD2將光信號轉(zhuǎn)換為電信號(圖3)，分別輸出給雙外圍正與非驅(qū)動器IC3中的兩個驅(qū)動器IC3B、IC3A，使驅(qū)動器IC3B、IC3A輸出端上連接的信號指示燈LED3、LED4點(diǎn)亮。同時電信號A、B分別輸入差分線路驅(qū)動器IC4的驅(qū)動器IC4B、IC4D中，經(jīng)處理后，接收電信號A的差分線路驅(qū)動器IC4的驅(qū)動器IC4B、IC4A輸出正、負(fù)一對信號；接收電信號B的差分線路驅(qū)動器IC4的驅(qū)動器IC4D、IC4C輸出正、負(fù)一對信號，兩對信號均以差分形式輸送到PLC或計算機(jī)中。這里需要說明的是，之所以采用差分傳輸，是由于當(dāng)有信號傳輸時，一個是線電壓+V，另一個是線電壓-V，接收端獲得的信號是兩者的差值+V-(-V)=2V，由于外界的干擾信號在兩棵線上是同樣幅度和極性的+V信號，在接收端差值過程中互相抵消，這樣就大大提高了信號傳輸過程中的抗干擾能力。

圖3 光電轉(zhuǎn)換模塊的電路原理圖

2.3傳輸光纖

出于對經(jīng)濟(jì)性和信號傳輸穩(wěn)定性的綜合考慮，本接口電路傳輸光纖選用的是62.5/125μm多模玻璃光纖。相對于塑料光纖及單模光纖，多模玻璃光纖具有損耗低、對光源的譜寬和穩(wěn)定性要求低等特點(diǎn)，且不易受現(xiàn)場高溫及化學(xué)溶劑的影響，最大程度上保證了信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性(圖4)。

圖4 光纖傳輸電路原理圖

3 現(xiàn)場應(yīng)用

本接口電路已在新疆眾合股份有限公司的1650mm熱軋生產(chǎn)線上得到應(yīng)用并驗(yàn)證，結(jié)果表明，SONY 磁尺的A 、B相高頻脈沖信號，由本電路轉(zhuǎn)換后經(jīng)200m玻璃光纖傳輸傳給AGC系統(tǒng)，系統(tǒng)接收到的信號與經(jīng)30m硬線直連傳輸信號完全一致(圖5)。2011年，本接口電路在西南鋁青海橋頭熱軋機(jī)上再次得到應(yīng)用驗(yàn)證，上述現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明該接口電路穩(wěn)定可靠，大大提高了AGC系統(tǒng)中位置傳感器信號在遠(yuǎn)距離傳輸?shù)目顾p和抗干擾能力。

圖5 信號傳輸對比

4 結(jié)論

現(xiàn)場使用結(jié)果證明，本接口電路通過將位置傳感器信號直接導(dǎo)線傳輸轉(zhuǎn)換為光纖傳輸，減弱了外界對信號傳輸?shù)母蓴_，提高了信號的傳輸質(zhì)量和傳輸距離，滿足了軋機(jī)AGC系統(tǒng)位置傳感器與PLC或計算機(jī)的遠(yuǎn)距離信號傳輸要求。同時，由于信號測量精度和信號的穩(wěn)定性提高，軋機(jī)AGC系統(tǒng)的控制精度和系統(tǒng)可靠性相應(yīng)得到大幅提升，進(jìn)而降低了企業(yè)的生產(chǎn)及維護(hù)成本，提高了企業(yè)產(chǎn)品的合格率和成品率。該接口電路結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理、制作成本低，適合在AGC系統(tǒng)中廣泛推廣應(yīng)用。

[1] 蘇君紅，鄧少生.光纖通信技術(shù)[M].北京.化學(xué)工業(yè)出版社2014.

[2] Joseph C·Palais. Fiber Optic Communications，F(xiàn)ifth Edition[M].US.2010.

Application of Interface Circuit Based on Optical Fiber

Transmission in AGC System

TIAN Gang

(Luoyang Engineering and Research Institute for Nonferrous Metals Processing, Luoyang 471039, China)

The paper presented working principle and characteristics of interface circuit based on optical fiber transmission; the paper pointed out that the circuit has been proved stable and reliable in practice and it resolved such signal problems of AGC position transducer as interference and attenuation due to long-distance transmission.

AGC; SONY Magnescale; opto-electrical conversion; electro-optical conversion; fiber optic transmission; position transducer.

2015-01-08

田剛(1982-)，男，工程師，主要從事有色金屬加工領(lǐng)域自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計及調(diào)試工作。

TG334.9+4

A

1671-6795(2015)03-0056-03