旋轉(zhuǎn)編碼器引起的電梯故障分析

王愛香　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;同時其引起的電梯故障也逐漸增多。本文通過對旋轉(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

近年來隨著國內(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。同時電梯乘坐的舒適性及安全性與過去相比也不可同日而語。而這一切都得益于電梯在運(yùn)行過程中對速度和位置的精確控制。在這其中電梯旋轉(zhuǎn)編碼器就是一個對速度、距離進(jìn)行反饋的裝置，它與微機(jī)、變頻器、電機(jī)構(gòu)成了一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，并對電梯的速度和轎廂的位置進(jìn)行監(jiān)測。本文通過對電梯旋轉(zhuǎn)編碼器工作原理的介紹，來分析其引起電梯故障的原因，進(jìn)而提出避免或降低其對電梯故障的影響，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，對該信號進(jìn)行處理后檢測位置、速度等的傳感器。編碼器有兩種形式:增量式編碼器和絕對編碼器。電梯編碼器一般分為增量型與絕對型，它們最大的區(qū)別是:增量電梯編碼器的脈沖計數(shù)位置是從零位標(biāo)記開始計算的脈沖數(shù)量確定的，而絕對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，每個位置的輸出代碼的讀數(shù)是唯一的;因此，當(dāng)電源斷開時，絕對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)成了一個速度閉環(huán)控制系統(tǒng):連接在電動機(jī)軸上的旋轉(zhuǎn)編碼器在電梯運(yùn)行的過程中采集電機(jī)軸旋轉(zhuǎn)的速度信號，并轉(zhuǎn)化為脈沖信號通過信號電纜輸入微機(jī)(包括PLC或單片機(jī))控制器。微機(jī)控制器將反饋回來的速度信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換運(yùn)算同輸出給電機(jī)的控制信號作比較并進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)信號不一致超過范圍時電梯報故障。旋轉(zhuǎn)編碼器的故障有很多，但總體可分為兩大類，一是編碼器自身問題(包括制造，安裝過程的缺陷及后期維保不規(guī)范);二是外界對其信號傳輸?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1:一臺電梯，平層不準(zhǔn)確同時在運(yùn)行行程中有“騰一騰”的振動現(xiàn)象，后來發(fā)現(xiàn)是旋轉(zhuǎn)編碼幾個光電感應(yīng)孔被灰塵封堵而導(dǎo)致的故障。清潔后故障消除。

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

實(shí)例3:1臺變頻調(diào)速電梯在運(yùn)行中經(jīng)常突然停梯，然后自動平層后又可正常運(yùn)行。經(jīng)槍查該故障不是因?yàn)橹苿踊芈吩蛩?，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)行過程中反饋信號突然中斷的現(xiàn)象所致。

實(shí)例4:1臺電梯檢修運(yùn)行正常，快車運(yùn)行時轎廂強(qiáng)烈地振蕩，電梯有規(guī)律地上下抖動，在檢查電梯主回路印刷板及驅(qū)動單元之后，仍未找到真正原因，后對曳引機(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。通過上述的實(shí)例我們發(fā)現(xiàn)無論是編碼器光電碼盤有灰塵，還是信號線虛接、碼盤磨損、編碼器軸套與電機(jī)軸不同心等，都會造成編碼器信號采集的丟失。而這些故障都會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，即平時所說的諧波分量。圖1是電梯變頻器起動前后輸入端的波形。

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，諧波向下會影響終端使用設(shè)備，向上會影響該段電網(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)部開關(guān)電源輸入的，開關(guān)電源的輸入和變頻器的輸入來自同一端口。因此，當(dāng)變頻器噪聲沿輸入回路傳遞，會很容易干擾同一網(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，對波形的干擾會有所改善。同時變頻器動力電纜和編碼器通訊電纜要分開敷設(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)，但不能低于這個數(shù)值，如若低于會造成電機(jī)和變頻器噪聲增大。變頻器對電梯控制系統(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原因是由于其與變頻器或控制器通過串行通訊的方式進(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，一般通訊線路都會采用屏蔽電纜。但在實(shí)際應(yīng)用過程中，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，對信號電纜屏蔽層接地點(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線纜均采用屏蔽線，尤其是永磁同步無齒輪曳引機(jī)的速度傳感器信號線，必須采用屏蔽線纜，否則曳引機(jī)會出現(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，此時可以將接觸器電源和提供給編碼器的開關(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。但編碼器信號傳輸屬于弱信號，容易受到外界和內(nèi)部的電磁干擾，所以，對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

通過對旋轉(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，所以對旋轉(zhuǎn)編碼器在安裝過程中必須嚴(yán)格按照工藝要求安裝，同時維護(hù)保養(yǎng)也需要專業(yè)人員來負(fù)責(zé);同時要作好抗干擾措施(包括屏蔽層和傳輸電纜的有效接地)。以此來提高電梯系統(tǒng)的可靠性，并延長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]中華人民共和國國家質(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:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2003,11.

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