安鋼260機組編碼器故障分析及改進措施

王素紅

（河南安陽安鋼第一軋鋼廠，河南 安陽 455004）

1 引言

260 機組是一條小型棒材生產線，全軋線共15架軋機，終軋速度為18.5m/s，年產量已達90萬噸，產品規格為∮12～∮32mm的棒材。該機組主軋線傳動選用直流電機驅動，其控制系統采用美國GE-DV300系列全數字可控硅變流裝置，主機速度反饋檢測選用德國倍加福（PEPPERL+FUCHS）公司的增量型旋轉型編碼器。由于軋軋速度快，電機轉速較高（精軋電機最高轉速1400多轉），加之兩切、三切分軋制的成功應用對速度精度提出了更高的要求，以及生產現場較惡劣的環境和電磁干擾，致使編碼器性能不穩，導致使用該編碼器的主機在生產中經常出現轉速不穩、速度反饋丟失、超速、自動升速、自動降速等現象，嚴重制約生產。

2 編碼器特性與工作原理

（1）特性：260機組使用倍加福（P+F）30－3641－A－1024型增量旋轉編碼器，其輸出方式為10-30V推挽式輸出，輸出信號為 A,A-;B,B-;Z,Z-，用插頭連接器軸向連接，每轉輸出脈沖為1024個。該編碼器是專為用在機械負載水平場合而設計的，外殼用鋼制成，代替了鋁的外殼。軸的設計很特別，在軸上有一鍵槽，使它可與皮帶輪或相似的設備吻合。其特點是體積小，重量輕，功能全，頻響高，分辨能力高，力矩小，耗能低，性能穩定，可靠使用壽命長等特點。

（2）工作原理: 旋轉編碼器是集光機電技術于一體的速度位移傳感器，當旋轉編碼器軸帶動光柵盤旋轉時，經發光元件發出的光被光柵盤狹縫切割成斷續光線，并被接收元件接收產生初始信號。該信號經后繼電路處理后，輸出脈沖或代碼信號。

（3）信號輸出有正弦波（電流或電壓）,方波（TTL、HTL）,集電極開路（PNP、NPN）,推挽式多種形式，其中 TTL為長線差分驅動（對稱A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL也稱推拉式、推挽式輸出，編碼器的信號接收設備接口應與編碼器對應。圖 1為運行中的編碼器波形。

圖1 編碼器波形圖

（4）信號連接：編碼器的脈沖信號一般連接PLC高速計數器模塊或功能模塊、數控調速系統調節板或智能化模塊。260機組是將編碼器的信號連接至DV－300調節板,如圖2所示。DV－300是美國GE公司系列全數字可控硅變流裝置，所有的控制、調節、監控及附加功能都由16位的微處理器來實現，調節系統結構可軟件組態，通過其調節板可讀取數字量的脈沖信號作為速度反饋。

圖2 編碼器接線圖

3 故障分析

該機組成立了攻關小組，對問題進行了分析。

（1）外界干擾

外界干擾可導致編碼器信號傳遞錯誤，比如是否有大型電動機、電焊機頻繁起動造成干擾，是否和動力線在同一管道傳輸，編碼器表面是否有油污、灰塵，工作環境是否潮濕、污濁等。在很多的情況下編碼器并沒有壞，而只是干擾原因造成波型不好，導致計數不準。

（2）未按要求正確使用

安裝時，因旋轉編碼器由精密器件構成，所以當受到不適當的沖擊時，如用錘子或鉗子等工具用力敲擊或摔打碰撞，即會損壞內部功能器件，從而造成編碼器損壞。另外，編碼器是否工作在最佳的安全電壓中，使用的連接器是否合適等，都會造成編碼器損壞。

（3）振動

加在旋轉編碼器上的振動，往往會成為誤脈沖發生的原因。

（4）關于配線和連接

誤配線，可能會損壞內部回路，故在配線時應充分注意。260機組使用的編碼器共有6根輸出信號線和2根電源線，輸出線彼此不能搭接，不能接到直流電源或交流電源上，盡量避免電源線與地線反接，正、負極不能接錯等。

（5）參數設置不合理

該機組軋線主傳動控制系統是美國 GE公司的DV-300全數字直流調速裝置，其型號為6KDV31800-Q2C70，該直流調速系統電樞額定電流為 1800A，DC440V，勵磁額定電流為70A，DC220V，為兩象限的控制系統。該系統所有的控制、調節、監控及附加功能都由 16位的微處理器來實現，調節系統結構可軟件組態，其應用軟件為“GE CONTROL SYSTEM SOLUTIONS”，裝置還自帶有數字顯示器的參數設定單元（操作面板）。利用其應用軟件和操作面板的功能鍵均可實現參數的設定、修改、查看，在參數設置中，有一項是SPEED FBK ERROR（編碼器脈沖誤差的百分數），即檢測到的脈沖數與編碼器實際發出的脈沖數差值的百分比，一旦達到這個百分比，裝置就會認為“速度反饋丟失”，即編碼器及其回路有故障，從而DV300裝置保護性跳閘。跳閘的次數與這個百分比有很大的關系。

4 措施

針對以上原因，采取了相應的改進措施，并逐一實施。

（1）針對外界干擾，采取了如下措施：

1）排除（搬離、關閉、隔離）干擾源；

2）不準將旋轉編碼器進行拆解，這樣做將有損防油和防滴性能。防滴型產品不宜長期浸在水、油中，表面有水、油時及時擦拭干凈。

（2）針對未按要求正確使用的問題，采取了如下措施：

1）安裝牢固：該機組規定凡是在生產過程中更換的編碼器，要利用本班換槽、待溫等停車時間重新檢查，進行“二次安裝”。如本班無停車時間，一定要交班，下班利用交接時間進行“二次安裝”。

2）安裝時不要給軸施加直接的沖擊。編碼器軸與機器的連接，應使用柔性連接器。在軸上裝連接器時，應緩緩套入，不要硬壓入。即使使用連接器，因安裝不良，也有可能給軸加上比允許負荷還大的負荷，或造成撥芯現象。

3）檢查確認編碼器的工作電壓為24V，并在控制柜中裝設24V的穩壓電源，保證了編碼器總是工作在最佳的安全電壓中。

4）檢查確認所使用的連接器是廠家配備的連軸器，是合適的。

（3）關于振動產生問題的措施：

點檢及時：該機組制定了嚴格的點檢制度，對于在線編碼器每班至少點檢三次，點檢內容包括：接手是否松動，插瓣是否脫落，編碼器是否串動、編碼器固定絲是否松動等。

（4）針對配線和連接的問題，采取如下措施：

1）配線應在電源 OFF狀態下進行，電源接通時，若輸出線接觸電源，則有時會損壞輸出回路。

2）若配線錯誤，則有時會損壞內部回路，所以配線時應充分注意電源的極性等。

3）打開電纜溝蓋板，將編碼器線與動力線分開敷設，并保持了一定的距離。

4）延長電線時，應在 10m以下。并且由于電線的分布容量，波形的上升、下降時間會較長，有問題時，采用施密特回路等對波形進行整形。

5）為了避免感應噪聲等，要盡量用最短距離配線。向集成電路輸入時，特別需要注意。

6）全部改為符合要求的屏蔽線，采用雙絞屏蔽電纜取代普通屏蔽電纜。雙絞屏蔽電纜具有兩個重要的技術特性，一是對電纜受到的電磁干擾具有較強的防護能力，因為空間電磁場在線上產生的干擾電流可以互相抵消。二是互絞后兩線間距很小，兩線對干擾線路的距離基本相等，兩線對屏蔽網的分布電容也基本相同，對抑制共模干擾的效果更加明顯。

7）給串行數據線接上了120?的終端電阻。

（5）針對DV300應用軟件 “GE CONTROL SYSTEM SOLUTIONS”和操作面板中SPEED FBK ERROR參數設置不合理的現象，重新修改了參數，解決了DV300裝置頻繁跳閘這有一問題，屏蔽了這一現象。打開DV300應用軟件，點擊軟件菜單中的通用參數表，做如下修改：

MAIN MENU（主菜單）－CONFIGURATION（配置）－SPEED FBK（速度反饋）－SPEED FBK ERROR（編碼器脈沖誤差的百分數）=22%，將22%改為33%。

若利用操作面板，則通過面板上的功能按鍵，選擇通用參數表，做同樣的修改。

5 結論

經過以上改進，編碼器故障率高這一問題得到了解決。隨著我國經濟的高速發展，節能降耗成了首要問題。編碼器故障得到了控制，既減少編碼器的消耗，可節約備件費，降低成本；又可減少設備事故次數，為機組的優質高產保駕護航，從一定程度上緩解了公司經濟上的壓力。