余智偉

今年4月，在我單位所使用的一臺(tái)紅光港機(jī)廠生產(chǎn)3號(hào)龍門吊上出現(xiàn)了這樣一個(gè)故障，起升機(jī)構(gòu)在空載的時(shí)候都無法完成上升的動(dòng)作只能下降，并且電機(jī)在運(yùn)行過程中有明顯的震動(dòng)并發(fā)出嘯叫聲，同廠生產(chǎn)地其它3臺(tái)龍門吊也經(jīng)常出現(xiàn)超速控制器動(dòng)作，變頻器出現(xiàn)過電流等故障。出現(xiàn)超速控制器動(dòng)作也是一個(gè)很危險(xiǎn)地信號(hào)！因?yàn)殡姍C(jī)在運(yùn)行過程中轉(zhuǎn)速大于最大設(shè)定轉(zhuǎn)速超速控制器才會(huì)動(dòng)作。只有變頻器接受到了錯(cuò)誤地反饋信號(hào)，不斷加大電機(jī)地電流才會(huì)引起電機(jī)超速。但是武漢港機(jī)廠生產(chǎn)地4臺(tái)同樣配置的龍門吊沒有出現(xiàn)類似故障。為了更快地排除故障，我們就只能來認(rèn)真分析發(fā)生引起故障的原因了，經(jīng)過的分析并進(jìn)行對(duì)比后，我們發(fā)現(xiàn)2個(gè)廠家有區(qū)別地地方就在編碼器反饋信號(hào)傳輸線的長(zhǎng)度，信號(hào)線的布置，信號(hào)線的選用三個(gè)方面，其中所使用線的長(zhǎng)度區(qū)別最大。武漢港機(jī)廠起升機(jī)構(gòu)的變頻器安裝在小車電氣房?jī)?nèi)，變頻器到編碼器的直線距離在10米以內(nèi)而紅光港機(jī)廠的起升機(jī)構(gòu)變頻器安裝在主大梁，信號(hào)線要先經(jīng)過拖鏈裝置再進(jìn)大梁最后進(jìn)變頻器，線路總長(zhǎng)超過80米，而且大梁中信號(hào)線與動(dòng)力線在同一線槽。后來我們就懷疑問題出在反饋信號(hào)上面，用示波器對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行測(cè)量發(fā)現(xiàn)方波上面出現(xiàn)了明顯地諧波干擾。對(duì)編碼器類型及信號(hào)傳輸電纜進(jìn)線更換后，故障排除，到現(xiàn)在已經(jīng)運(yùn)行一個(gè)多月，沒有出現(xiàn)類似故障。

為什么更換了編碼器以后就可以排除故障。那么我們首先就要認(rèn)識(shí)編碼器。旋轉(zhuǎn)編碼器是將轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行編碼、轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲(chǔ)的信號(hào)形式的設(shè)備。 其結(jié)構(gòu)由一個(gè)中心有軸的光電碼盤，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取，獲得四組正弦波信號(hào)組合成A、B、C、D，每個(gè)正弦波相差90度相位差，將C、D信號(hào)反向，疊加在A、B兩相上，可增強(qiáng)穩(wěn)定信號(hào)；另每轉(zhuǎn)輸出一個(gè)Z相脈沖以代表零位參考位。 由于A、B兩相相差90度，可通過比較A相在前還是B相在前，以判別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，通過零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。編碼器可以分為.絕對(duì)值脈沖編碼器和增量脈沖編碼器兩種。絕對(duì)值編碼器是在編碼器光碼盤上有刻上許多到線，每道刻線依次以2線、4線、8線、16線編排，這樣，在編碼器的每一個(gè)位置，通過讀取每道刻線的通、暗，獲得一組從2的零次方到2的n-1次方的唯一的2進(jìn)制編碼，這樣的編碼器是由碼盤的機(jī)械位置決定的，它不受停電、干擾的影響。增量脈沖編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號(hào)，再把這個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移的大小。絕對(duì)值編碼器的每一個(gè)位置對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測(cè)量的起始和終止位置有關(guān)，而與測(cè)量的中間過程無關(guān)。編碼器和變頻器是互補(bǔ)互誠(chéng)地，首先變頻器先將50hz的交流電轉(zhuǎn)變成0——50hz可控交流電。編碼器將電機(jī)的轉(zhuǎn)速變成數(shù)字信號(hào)送到變頻器，變頻器通過將輸入轉(zhuǎn)速的數(shù)字量減去光電編碼器經(jīng)轉(zhuǎn)換的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速數(shù)字量，從而得到一個(gè)控制矢量。該控制量經(jīng)變頻器轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)頻率的交流電電源，從而得到電機(jī)的速度控制閉環(huán)。如果編碼器出現(xiàn)故障，得不到或者得到錯(cuò)誤編碼器輸出的數(shù)字信號(hào)，變頻器就會(huì)默認(rèn)其錯(cuò)誤數(shù)字信號(hào)從而出現(xiàn)各種故障。

在更換以前我們使用的編碼器型號(hào)為：HEN40-600H-3F.AC更換以后地型號(hào)為： HEN1024D-6LY.AC。從型號(hào)上面我們就可以看出來分解度提高了，由600線/轉(zhuǎn)提高到1024線/轉(zhuǎn)；輸出信號(hào)線也由3根增加到了6根；電壓由24V改為5V，輸出形式也由F-推挽輸出變?yōu)榱薒Y-長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)。

從上圖中我們可以看出推挽輸出與長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)區(qū)別在于推挽輸出使用地是共用一個(gè)零電位，當(dāng)電壓大于0.7V時(shí)就會(huì)形成一個(gè)高電位，小于0.1V時(shí)就會(huì)形成一個(gè)低電位通過編碼器地旋轉(zhuǎn)從而輸出一個(gè)個(gè)方波。而長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)使用地是獨(dú)立零，正負(fù)波形對(duì)稱形式，由于其正負(fù)電流方向相反，可以抵消對(duì)外電磁場(chǎng)干擾，故抗干擾能力較強(qiáng)從而減少其它線路對(duì)其影響。

在F型中三路信號(hào)輸出即A，B和Z，A，B脈沖相差90度，每圈發(fā)出一個(gè)Z脈沖。LY型中有A+～A-，B+～B-，Z+～Z-，6個(gè)脈沖，A+～A-，B+～B-，Z+～Z-輸出地信號(hào)是剛好相反地，因?yàn)槠溆蟹聪蛐盘?hào)，所以在電纜傳輸過程中信號(hào)是對(duì)稱的，這樣所受干擾就很小，變頻器在識(shí)別過程中可以增加判斷，減少錯(cuò)誤。

通過參加全程參加這次故障排查處理，我對(duì)編碼器地結(jié)構(gòu)原理有了更深刻更全面地了解，在以后地工作中我們要注意以下幾點(diǎn)：

1.編碼器的選用對(duì)現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境是有一定的要求的，選型的時(shí)候應(yīng)該重點(diǎn)考慮其適用范圍。

2. 編碼器的電纜線應(yīng)采用屏蔽電纜，最好是使用雙絞屏蔽進(jìn)口電纜 。 電纜屏蔽端必須可靠接地一般采用單端接地，兩端接地在有電勢(shì)差地情況下會(huì)在屏蔽層形成電流從而形成新干擾源。

3.編碼器電纜不能與動(dòng)力電纜敷設(shè)在同一管道內(nèi)，且走線方向盡量避免與動(dòng)力線平行，以免動(dòng)力線中電流不斷變化而形成地磁場(chǎng)對(duì)反饋信號(hào)進(jìn)行干擾。編碼器的插座的接地屏蔽端必須在內(nèi)部與編碼器外殼連接，保證外殼不帶電荷。

4.不在帶電的情況下連接或拆裝信號(hào)電纜，以免造成短路，損壞編碼器和系統(tǒng)。

隨著電氣自動(dòng)化程度的提高，各種干擾也日益增多，只有對(duì)變頻器的干擾問題有深入的認(rèn)識(shí)，并采取相應(yīng)的處理措施，才能夠減少彼此之間的相互危害，更大程度的確保生產(chǎn)的正常進(jìn)行和設(shè)備的穩(wěn)定。