王愛(ài)香　冀海亮

(河北省特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)院,河北石家莊　050021)

旋轉(zhuǎn)編碼器引起的電梯故障分析

王愛(ài)香冀海亮

(河北省特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)院,河北石家莊050021)

電梯技術(shù)的飛速發(fā)展使得旋轉(zhuǎn)編碼器在電梯控制系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用;同時(shí)其引起的電梯故障也逐漸增多。本文通過(guò)對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器引起電梯故障的原因進(jìn)行分析,并提出解決方案。從而降低旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)生故障的概率,提高電梯控制系統(tǒng)安全運(yùn)行的可靠性。

旋轉(zhuǎn)編碼器故障干擾

近年來(lái)隨著國(guó)內(nèi)電梯數(shù)量迅猛增加，電梯的控制技術(shù)也得到了飛速發(fā)展。同時(shí)電梯乘坐的舒適性及安全性與過(guò)去相比也不可同日而語(yǔ)。而這一切都得益于電梯在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)速度和位置的精確控制。在這其中電梯旋轉(zhuǎn)編碼器就是一個(gè)對(duì)速度、距離進(jìn)行反饋的裝置，它與微機(jī)、變頻器、電機(jī)構(gòu)成了一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，并對(duì)電梯的速度和轎廂的位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)。本文通過(guò)對(duì)電梯旋轉(zhuǎn)編碼器工作原理的介紹，來(lái)分析其引起電梯故障的原因，進(jìn)而提出避免或降低其對(duì)電梯故障的影響，以提高電梯系統(tǒng)的可靠性。

1　電梯旋轉(zhuǎn)編碼器的原理及分類

旋轉(zhuǎn)編碼器，是將旋轉(zhuǎn)的機(jī)械位移量轉(zhuǎn)換為電氣信號(hào)，對(duì)該信號(hào)進(jìn)行處理后檢測(cè)位置、速度等的傳感器。編碼器有兩種形式:增量式編碼器和絕對(duì)編碼器。電梯編碼器一般分為增量型與絕對(duì)型，它們最大的區(qū)別是:增量電梯編碼器的脈沖計(jì)數(shù)位置是從零位標(biāo)記開(kāi)始計(jì)算的脈沖數(shù)量確定的，而絕對(duì)型電梯編碼器的位置是由輸出代碼的讀數(shù)確定的。在一圈里，每個(gè)位置的輸出代碼的讀數(shù)是唯一的;因此，當(dāng)電源斷開(kāi)時(shí)，絕對(duì)型電梯編碼器并不與實(shí)際的位置分離。如果電源再次接通，那么位置讀數(shù)仍是當(dāng)前的，有效的;不像增量電梯編碼器那樣，必須去尋找零位標(biāo)記。但在電梯系統(tǒng)由于受一些條件限制(包括價(jià)格，環(huán)境，抗干擾性等)大部分使用的是增量編碼器。

2　旋轉(zhuǎn)編碼器引起的電梯故障及原因分析

在電梯控制系統(tǒng)里，旋轉(zhuǎn)編碼器與微機(jī)、變頻器、電機(jī)構(gòu)成了一個(gè)速度閉環(huán)控制系統(tǒng):連接在電動(dòng)機(jī)軸上的旋轉(zhuǎn)編碼器在電梯運(yùn)行的過(guò)程中采集電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)的速度信號(hào)，并轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)通過(guò)信號(hào)電纜輸入微機(jī)(包括PLC或單片機(jī))控制器。微機(jī)控制器將反饋回來(lái)的速度信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換運(yùn)算同輸出給電機(jī)的控制信號(hào)作比較并進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)信號(hào)不一致超過(guò)范圍時(shí)電梯報(bào)故障。旋轉(zhuǎn)編碼器的故障有很多，但總體可分為兩大類，一是編碼器自身問(wèn)題(包括制造，安裝過(guò)程的缺陷及后期維保不規(guī)范);二是外界對(duì)其信號(hào)傳輸?shù)母蓴_，造成數(shù)據(jù)丟失或誤碼。

首先我們看第一類故障。

圖1　變頻器輸入端波形

實(shí)例1:一臺(tái)電梯，平層不準(zhǔn)確同時(shí)在運(yùn)行行程中有“騰一騰”的振動(dòng)現(xiàn)象，后來(lái)發(fā)現(xiàn)是旋轉(zhuǎn)編碼幾個(gè)光電感應(yīng)孔被灰塵封堵而導(dǎo)致的故障。清潔后故障消除。

實(shí)例2:一臺(tái)電梯在進(jìn)行空轎廂安全鉗一限速器聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)后出現(xiàn)了異?，F(xiàn)象，電梯選層起動(dòng)后爬行大約50mm便停止。通過(guò)排查是旋轉(zhuǎn)編碼器與微機(jī)的信號(hào)線連接有虛接現(xiàn)象。

實(shí)例3:1臺(tái)變頻調(diào)速電梯在運(yùn)行中經(jīng)常突然停梯，然后自動(dòng)平層后又可正常運(yùn)行。經(jīng)槍查該故障不是因?yàn)橹苿?dòng)回路原因所引起，也不是安全回路及門鎖回路瞬間通斷所導(dǎo)致，而是因?yàn)樾D(zhuǎn)編碼器嚴(yán)重磨損導(dǎo)致電梯在運(yùn)行過(guò)程中反饋信號(hào)突然中斷的現(xiàn)象所致。

實(shí)例4:1臺(tái)電梯檢修運(yùn)行正常，快車運(yùn)行時(shí)轎廂強(qiáng)烈地振蕩，電梯有規(guī)律地上下抖動(dòng)，在檢查電梯主回路印刷板及驅(qū)動(dòng)單元之后，仍未找到真正原因，后對(duì)曳引機(jī)及控制柜外圍著重進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)裝在電機(jī)尾部用于測(cè)速反饋的 PG接地銅皮扭曲變形使得電梯在運(yùn)行中電機(jī)軸與編碼器的軸套不同心，后重新加工1片連接銅片，更換后故障現(xiàn)象消除。

我們知道電梯旋轉(zhuǎn)編碼器是一個(gè)精密的速度傳感器，它與變頻器、微機(jī)控制器、電機(jī)構(gòu)成的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。本文所研究的故障都屬于傳感器故障。通過(guò)上述的實(shí)例我們發(fā)現(xiàn)無(wú)論是編碼器光電碼盤有灰塵，還是信號(hào)線虛接、碼盤磨損、編碼器軸套與電機(jī)軸不同心等，都會(huì)造成編碼器信號(hào)采集的丟失。而這些故障都會(huì)引起電梯的非正常運(yùn)行。

電梯旋轉(zhuǎn)編碼器的第二類故障則是主要由于外界的電磁干擾造成的。而在電梯系統(tǒng)中，旋轉(zhuǎn)編碼器所受的電磁干擾主要來(lái)自變頻器的通斷。變頻器干擾主要原因是由于整流器從三相電源的每一相中依次引入電流，引入的電流在整流器換相過(guò)程中產(chǎn)生了畸變，形成非正弦波電流。電流畸變意味著使電源電流波形中包含了諧波，電流畸變的波形可以分解出一組非正弦波分量，即平時(shí)所說(shuō)的諧波分量。圖1是電梯變頻器起動(dòng)前后輸入端的波形。

由上圖可以看出變頻器本身的整流逆變器件所產(chǎn)生諧波，諧波向下會(huì)影響終端使用設(shè)備，向上會(huì)影響該段電網(wǎng)。變頻器輸入電流受諧波干擾較大，而且變頻負(fù)載越小，電流受諧波干擾越大，而編碼器所接電源是由控制柜內(nèi)部開(kāi)關(guān)電源輸入的，開(kāi)關(guān)電源的輸入和變頻器的輸入來(lái)自同一端口。因此，當(dāng)變頻器噪聲沿輸入回路傳遞，會(huì)很容易干擾同一網(wǎng)絡(luò)的編碼器。變頻一般受5次、7次諧波干擾最大，對(duì)波形的影響也很明顯，就是波峰凹陷，所以在變頻器輸出端裝設(shè)電抗器后，對(duì)波形的干擾會(huì)有所改善。同時(shí)變頻器動(dòng)力電纜和編碼器通訊電纜要分開(kāi)敷設(shè)，距離拉大。這樣就可降低耦合噪聲。

變頻器的噪聲主要通過(guò)變頻器本身及其輸入、輸出端的引線進(jìn)行輻射，沿著電源線進(jìn)行傳播。所以在電梯系統(tǒng)里，需要將變頻器的載波頻率設(shè)置為最低(2KHz)，但不能低于這個(gè)數(shù)值，如若低于會(huì)造成電機(jī)和變頻器噪聲增大。變頻器對(duì)電梯控制系統(tǒng)主要是電磁噪聲和諧波的干擾。而旋轉(zhuǎn)編碼器之所以容易受到干擾的另外一個(gè)原因是由于其與變頻器或控制器通過(guò)串行通訊的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，而且數(shù)據(jù)總線方式一般采用RS485總線，但RS485總線的通訊狀態(tài)易

············被干擾。

為了提高電梯串行通訊的可靠性，一般通訊線路都會(huì)采用屏蔽電纜。但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，由于接地不當(dāng)，經(jīng)常出現(xiàn)通信誤碼率高的現(xiàn)象，據(jù)有關(guān)資料和實(shí)踐證明，對(duì)信號(hào)電纜屏蔽層接地點(diǎn)的選擇應(yīng)視具體情況而定，最佳的選擇應(yīng)是信號(hào)源側(cè)一點(diǎn)接地，這樣不僅可以抑制共模干擾，也可以抑制靜電感應(yīng)干擾。電梯變頻器調(diào)速是一種高精度快速響應(yīng)的控制系統(tǒng)，一般要安裝速度傳感器，如旋轉(zhuǎn)編碼器來(lái)進(jìn)行速度閉環(huán)控制。為了提高抗干擾能力，速度傳感器與變頻器之間的信號(hào)線纜均采用屏蔽線，尤其是永磁同步無(wú)齒輪曳引機(jī)的速度傳感器信號(hào)線，必須采用屏蔽線纜，否則曳引機(jī)會(huì)出現(xiàn)失速或不能運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，一定要保證曳引機(jī)和變頻器的可靠獨(dú)立接地，或者選用傳感器外殼不與控制屏蔽層連接的傳感器，在變頻器側(cè)實(shí)施一點(diǎn)接地。電梯控制系統(tǒng)一般采用三相供電，此時(shí)可以將接觸器電源和提供給編碼器的開(kāi)關(guān)電源取自交流電源不同的相，避免接觸器產(chǎn)生的電磁干擾竄入5V開(kāi)關(guān)電源的交流側(cè)，可以有效的提高系統(tǒng)的抗干擾能力。用雙絞線作為接觸器的饋電線，由于兩導(dǎo)線中的電流方向相反，磁通可以相互抵消，因此可以消弱電磁干擾，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

由上可知，旋轉(zhuǎn)編碼器作為閉環(huán)控制系統(tǒng)的速度反饋元件，其反饋信號(hào)質(zhì)量的好壞直接影響到電梯的加減速控制，平層精度以及舒適感等眾多功能。但編碼器信號(hào)傳輸屬于弱信號(hào)，容易受到外界和內(nèi)部的電磁干擾，所以，對(duì)編碼器所受干擾源進(jìn)行分析并采取相應(yīng)措施抑制干擾，從而提高電梯正常運(yùn)行的可靠性。

3　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器引起電梯故障原因的分析，發(fā)現(xiàn)故障的原因較多而且較復(fù)雜，所以對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器在安裝過(guò)程中必須嚴(yán)格按照工藝要求安裝，同時(shí)維護(hù)保養(yǎng)也需要專業(yè)人員來(lái)負(fù)責(zé);同時(shí)要作好抗干擾措施(包括屏蔽層和傳輸電纜的有效接地)。以此來(lái)提高電梯系統(tǒng)的可靠性，并延長(zhǎng)電梯部件的使用壽命。

[1]韋如湘.電梯變頻器的電磁兼容性與電磁干擾[J].電梯工業(yè), 2006.27-29.

[2]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局發(fā)布.電梯制造與安裝安全規(guī)范GB7588-2003.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2003,11.

王愛(ài)香(1974—),女,河北石家莊人,大學(xué),副高級(jí)工程師,河北省特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)院,研究方向:電氣自動(dòng)化。