軸編碼器在礦井提升機(jī)中的應(yīng)用

黃傳武，方 華

（1.萍礦集團(tuán)公司 楊橋煤礦，江西 萍鄉(xiāng) 336614；2.江西煤礦搶險(xiǎn)排水站，江西 南昌 330029）

1 概述

以PLC為控制系統(tǒng)核心的新型礦井提升機(jī)電控系統(tǒng)中，絕大多數(shù)都是通過PLC高速計(jì)數(shù)端口，采集與提升機(jī)高速或低速軸相聯(lián)接的軸編碼器輸出的電氣脈沖信號(hào)，用來進(jìn)行提升機(jī)運(yùn)行速度、行程位置的檢測計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)提升機(jī)電控軟件系統(tǒng)各項(xiàng)速度保護(hù)、減速功能保護(hù)、過卷保護(hù)以及到位停車功能等。另外，在變頻提升機(jī)電控系統(tǒng)中作為變頻器矢量控制的轉(zhuǎn)速反饋，以保證變頻器較高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力和在低頻時(shí)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩輸出。

軸編碼器主要由碼盤4（圓光柵、指示光柵）、機(jī)體、發(fā)光器件5、透鏡6、7感光器件8等組成（見圖1）。其工作原理是：由圓光柵和指示光組成一對掃描系統(tǒng)，在掃描系統(tǒng)的一側(cè)投射一束紅外光，在掃描系統(tǒng)另一側(cè)的感光器件就可以收到掃描光信號(hào)；當(dāng)圓光柵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，感光器件收到的掃描光信號(hào)會(huì)發(fā)生變化。感光器件可以把光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，并輸出給控制系統(tǒng)。

圖1 軸編碼器的組成

軸編碼器按測量的基點(diǎn)類型分為增量式軸編碼器和絕對式軸編碼器，礦井提升機(jī)中使用的都是增量式軸編碼器。

在軸編碼器的使用中需主要注意三個(gè)方面的問題，一是選型的問題，二是安裝時(shí)機(jī)械和電氣方面的問題，三是當(dāng)編碼器出現(xiàn)計(jì)數(shù)有問題時(shí)，如何判斷是PLC高速計(jì)數(shù)接口損壞還是軸編碼器以及接線電纜的問題。

2 軸編碼器的選型問題

軸編碼器選型主要涉及到三個(gè)方面的因素：

1）要考慮到機(jī)械安裝尺寸，包括軸徑、安裝孔位、安裝的空間體積以及工作環(huán)境是否滿足防護(hù)等級(jí)要求。

2）要根據(jù)所接PLC高速計(jì)數(shù)器端口的采樣頻率來選擇軸編碼器工作時(shí)每圈輸出的脈沖數(shù)。例如FX2N 系列PLC的高速計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)端，其采集編碼器脈沖個(gè)數(shù)最佳工作范圍一般應(yīng)限制在2.5kHz（即每秒最多2500個(gè)脈沖），比如軸編碼器安裝在740r／min的高速軸端，換算后為12 r／s，假如選擇的編碼器型號(hào)為E6B2-CWZ6C，1000P／R，則軸編碼器一秒鐘計(jì)12×1000=12000個(gè)脈沖，大大高于2500個(gè)脈沖。因?yàn)镻LC 的高速計(jì)數(shù)口工作于中斷方式，當(dāng)計(jì)數(shù)頻率過高時(shí)，中斷響應(yīng)可能跟不上，使得PLC 的運(yùn)行周期變長，嚴(yán)重情況會(huì)導(dǎo)致PLC停機(jī)，所以應(yīng)避此種情況出現(xiàn)。

3）電氣接口方面，所選編碼器其輸出方式應(yīng)和控制系統(tǒng)的接口電路相匹配。

3 編碼器安裝時(shí)機(jī)械和電氣方面應(yīng)注意的問題

1）應(yīng)保證軸編碼器軸與用戶輸出軸的不同軸度＜0.2 mm，與軸線的偏角＜1.5°，如果不能保證良好的同心度，偏擺較厲害，建議用軟管聯(lián)接。在變頻器矢量控制帶編碼器的轉(zhuǎn)速反饋系統(tǒng)中，編碼器的聯(lián)接是否良好，顯得尤為重要。采用西門子6SE70系列變頻器拖動(dòng)的提升機(jī)，如果軸編碼器與電機(jī)軸聯(lián)接不好，造成軸編碼器反饋輸出信號(hào)丟失，會(huì)引起在加速過程中，變頻器極F011過流故障，提升機(jī)緊急制動(dòng)，有時(shí)也會(huì)造成電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)變化，損壞減速機(jī)。

2）安裝時(shí)嚴(yán)禁擊打和碰撞，以免損壞碼盤，長期使用時(shí)應(yīng)注意經(jīng)常檢查軸編碼器的聯(lián)接是否同心以及編碼器的固定螺絲是否松動(dòng)。

3）軸編碼器屏蔽層近端、遠(yuǎn)端或雙端接地，接地線應(yīng)盡量粗，一般大于Φ3mm，保證接地良好，減少電氣系統(tǒng)對編碼器的干擾。與編碼器連接的電機(jī)等設(shè)備應(yīng)保證接地良好，不要有靜電。

4）編碼器的信號(hào)線不要接到直流和交流電源上，編碼器的輸出線應(yīng)注意不要接錯(cuò)，彼此搭接以免損壞編碼器的輸出電路。

5）配線時(shí)應(yīng)采用屏蔽電纜，避免與動(dòng)力電纜敷設(shè)在一起。

3 編碼器出現(xiàn)計(jì)數(shù)有問題時(shí)，如何判斷是PLC高速計(jì)數(shù)接口損壞還是軸編碼器以及接線電纜的問題

1）以三菱PLC 為例，判斷PLC 高速計(jì)數(shù)接口是否損壞

（1）用2個(gè)按鈕接線（見圖2）。

圖2 判斷計(jì)數(shù)接口損壞的接線方式

（2）PLC上電，模擬高低電平，監(jiān)視程序計(jì)數(shù)：按下按鈕1，接著按下按鈕2，然后松開按鈕1，松開按鈕2。

如果監(jiān)視到PLC計(jì)數(shù)增1，由此可以判斷PLC接口沒問題，否則檢查PLC接口。

2）判斷編碼器是否損壞

將編碼器接線按順序接好線，插頭先不要插上，送電后，先用萬用表測量電源是否正常，測量后再插上插頭，轉(zhuǎn)動(dòng)編碼器軸，用萬用表測量輸出A 相和B相是否有電壓交替變化（一般從11V 到24V 之間變化）。如果沒有變化，接線電源正確的情況下，則可判斷編碼器損壞。

3）判斷軸編碼器接線電纜的問題

將電纜兩頭斷開，分別用萬用表測量屏蔽電纜芯線是否開路，芯線與芯線之間是否有短路，即可判斷電纜是否損壞。