編碼器故障排查分析

杜勝利　劉華琳　代曉亮

摘 要：黃驊港三期裝船機(jī)編碼器采用的是絕對(duì)值多圈光柵編碼器，其與PLC之間的通訊采用Devicenet通訊，Devicenet是一種簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)解決方案，它在提供多供貨商同類部件間的可互換性的同時(shí)，減少了配線和安裝工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的成本和時(shí)間，是一種低成本的通訊總線。但是自從設(shè)備調(diào)試以來(lái)，三期編碼器故障一直不斷，給安全生產(chǎn)帶來(lái)不便。

關(guān)鍵詞：編碼器；故障原因；問(wèn)題探討

編碼器故障現(xiàn)象就是當(dāng)編碼器發(fā)生故障以后，現(xiàn)場(chǎng)編碼器指示燈會(huì)由綠色變?yōu)榧t色，電氣室里的編碼器通訊模塊也亮紅燈，顯示“Bus off”；故障以后相應(yīng)的編碼器數(shù)據(jù)不再發(fā)生變化（故障時(shí)顯示多少就停留在多少），由于系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)聯(lián)鎖保護(hù)，編碼器故障后的單機(jī)只能在一定限制區(qū)域內(nèi)活動(dòng)（活動(dòng)范圍取決于故障時(shí)編碼器數(shù)據(jù)值），要想全范圍活動(dòng)必須對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)聯(lián)鎖保護(hù)進(jìn)行程序短封處理。

1 引起編碼器故障的主要原因

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)排查，斷定引起三期裝船機(jī)編碼器故障的原因?yàn)镈evicenet通訊干擾及組態(tài)不當(dāng)造成；許多引起DeviceNet系統(tǒng)不正常而需要修復(fù)的是Bus Off，該信息顯示在作為掃描器設(shè)備的DNB上，并且網(wǎng)絡(luò)各設(shè)備的紅燈亮起。這是因?yàn)槊總€(gè)設(shè)備有一個(gè)錯(cuò)誤累積計(jì)數(shù)器，這個(gè)計(jì)數(shù)器累積的CAN的網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤，同時(shí)信息發(fā)送完好時(shí)，又會(huì)減少錯(cuò)誤累積數(shù)，如果這個(gè)錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器在短時(shí)間內(nèi)增加得很快，設(shè)備將認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)是不穩(wěn)定的并關(guān)閉自己，由于這種傳遞，好的設(shè)備也跟著關(guān)閉。

通常引起B(yǎng)us Off的原因有：

設(shè)備錯(cuò)誤的波特率。

來(lái)自于有缺陷的設(shè)備的垃圾數(shù)據(jù)包。

在上電或下電時(shí)有問(wèn)題的設(shè)備引起CAN錯(cuò)誤。

終端電阻太大或是太小。

電源上升時(shí)間太慢。

網(wǎng)絡(luò)電纜靠近高壓線。

支線電纜超過(guò)6米。

主干線電纜超過(guò)限定長(zhǎng)度。

要想修復(fù)Bus Off，用網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)設(shè)備、通信量分析軟件、在RSNet Worx組態(tài)軟件對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備復(fù)位操作或者編程MSG指令對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備復(fù)位，都不能解決問(wèn)題，原因是系統(tǒng)Bus Off已令網(wǎng)上所有設(shè)備失去通信，無(wú)法連接至每臺(tái)電腦，以致無(wú)法實(shí)施操作，網(wǎng)絡(luò)重上電是唯一的辦法，只有重上電才能清除掃描器內(nèi)錯(cuò)誤累積數(shù)。

2 經(jīng)驗(yàn)分享

根據(jù)以上理論及一些現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)人員對(duì)三期編碼器問(wèn)題進(jìn)行了仔細(xì)排查，并做了大量改造工作，最終取得了可喜效果，跟大家分享一下經(jīng)驗(yàn)：

2.1 聯(lián)軸節(jié)問(wèn)題：經(jīng)現(xiàn)仔細(xì)觀察，確認(rèn)編碼器聯(lián)軸節(jié)聯(lián)接正常，編碼器的軸轉(zhuǎn)動(dòng)正常，排除了編碼器軸不轉(zhuǎn)動(dòng)的聯(lián)接問(wèn)題。

2.2 軸對(duì)中問(wèn)題：經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)仔細(xì)觀察，編碼器軸與傳動(dòng)軸對(duì)中，并且編碼器聯(lián)軸節(jié)有一定的偏差余量，編碼器軸的活動(dòng)范圍在偏差范圍之內(nèi)，排除了兩軸對(duì)中問(wèn)題及由此引起的編碼器故障。

2.3 編碼器自身問(wèn)題：對(duì)“故障”編碼器與運(yùn)行正常編碼器進(jìn)行了對(duì)調(diào)，原來(lái)報(bào)“故障”的編碼器又好了，不再報(bào)編碼器故障；為此排除了編碼器本身故障的可能性。

2.4 掃描器模塊自身問(wèn)題：對(duì)“好”“壞”編碼器通訊模塊（Devicenet模塊）進(jìn)行了互換，原來(lái)報(bào)“故障”的模塊不再出現(xiàn)故障，而原來(lái)工作正常的模塊卻報(bào)出了“故障”。為此排除了編碼器通訊模塊本身故障的可能。

2.5 對(duì)通訊接頭進(jìn)行了更換處理，排除了通訊接頭故障的可能。

2.6 回路電阻問(wèn)題：對(duì)回路電阻進(jìn)行了測(cè)量，單個(gè)電阻測(cè)量為120-123Ω之間，兩個(gè)電阻并聯(lián)，回路總電阻值為61Ω左右，理論值為60Ω，回路電阻值正常。

2.7 回路電壓?jiǎn)栴}：對(duì)電源回路電壓進(jìn)行測(cè)量，遠(yuǎn)端電源電壓23v，正常工作需要值為不低于15v，電源電壓正常。

2.8 Devicenet重新組態(tài)：對(duì)編碼器進(jìn)行了重新組態(tài)，排除了組態(tài)問(wèn)題。

2.9 波特率設(shè)置：掃描器設(shè)置125kb，編碼器設(shè)置50kb，對(duì)編碼器波特率重新設(shè)置，統(tǒng)一設(shè)置為125kb，改完后故障率大大降低。

2.10 屏蔽干擾問(wèn)題：對(duì)編碼器部分線路（主要是離動(dòng)力電纜比較近的那部分）進(jìn)行重新敷設(shè)并加裝屏蔽，效果比較明顯，編碼器故障率降低了很多。

2.11 接線問(wèn)題：對(duì)編碼器進(jìn)線進(jìn)行處理，由粗線改為細(xì)線（粗細(xì)

線之間用用端子排連接），效果比較明顯，9、10、11號(hào)裝船機(jī)編碼器故障基本上不出，但8號(hào)裝船機(jī)還是比較頻繁。

2.12 對(duì)SL8編碼器電纜進(jìn)行重新敷設(shè)并屏蔽。

2.13 對(duì)編碼器屏蔽線進(jìn)行一端接地。

2.14 在RSLOGIX5000中重新組態(tài)Devicenet模塊，調(diào)其數(shù)據(jù)輸入輸出數(shù)據(jù)表的尺寸（輸入數(shù)據(jù)尺寸由原來(lái)默認(rèn)的的124位調(diào)整為10位，輸出數(shù)據(jù)尺寸由原來(lái)默認(rèn)的123位調(diào)整為10位，狀態(tài)位由原來(lái)的默認(rèn)的32位調(diào)整為10位。

3 問(wèn)題探討

經(jīng)過(guò)以上排查調(diào)整，編碼器運(yùn)行正常不再出現(xiàn)故障。分析這次排查經(jīng)過(guò)主要發(fā)現(xiàn)以下問(wèn)題：

3.1 編碼器線與動(dòng)力回路線混著走，干擾比較大；重新走線、屏蔽解決問(wèn)題。

3.2 編碼器線屏蔽線未接地；確保屏蔽線有且只有一端接地。

3.3 編碼器波特率設(shè)置與DEVICENET掃描器波特率設(shè)置不一致；應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置一致波特率。

3.4 通訊對(duì)線路質(zhì)量要求比較高，而編碼器處接線空間比較小，接頭易受擠壓，所以對(duì)接線質(zhì)量要求比較高。

3.5 DEVICENET掃描器配置地址列表過(guò)多，過(guò)多的冗余會(huì)加長(zhǎng)掃描周期，影響通訊質(zhì)量；冗余量根據(jù)實(shí)際情況不要設(shè)置過(guò)大。