基于編碼器的鋼絲繩定位分析與改進(jìn)

羅康福 趙海金 郭歡歡 周潭水

摘要：對(duì)電動(dòng)葫蘆編碼器的安裝應(yīng)用進(jìn)行改造，以減少設(shè)備定位故障，提高電動(dòng)葫蘆運(yùn)行的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)葫蘆;編碼器;吊籃提取系統(tǒng);EVS

0? ? 引言

江中藥業(yè)在中藥吊籃提取系統(tǒng)中使用電動(dòng)葫蘆將吊籃取出或放置到對(duì)應(yīng)工位。此前，因電動(dòng)葫蘆編碼器使用原因造成過設(shè)備停機(jī)，為此，對(duì)電動(dòng)葫蘆編碼器的安裝應(yīng)用進(jìn)行改造，以減少設(shè)備定位故障，提高電動(dòng)葫蘆運(yùn)行的穩(wěn)定性。這對(duì)于中藥吊籃提取系統(tǒng)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)與安全作業(yè)至關(guān)重要，而電動(dòng)葫蘆的定位精度與穩(wěn)定性更是關(guān)鍵中的關(guān)鍵。

1? ? 改造前電動(dòng)葫蘆存在的問題

以江中藥業(yè)提取車間中藥吊籃提取系統(tǒng)EVS小車電動(dòng)葫蘆編碼器改造為例，目前市場(chǎng)上無同類技術(shù)，江中藥業(yè)自行成立技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造。改造前電動(dòng)葫蘆在使用過程中出現(xiàn)了如下問題：

（1）編碼器安裝于電動(dòng)葫蘆馬達(dá)軸上，通過編碼器直接讀取馬達(dá)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)計(jì)算出鋼絲繩的行程，此方法安裝簡(jiǎn)單，可直接讀取馬達(dá)轉(zhuǎn)速行程。但馬達(dá)轉(zhuǎn)子在高速運(yùn)動(dòng)過程中存在抖動(dòng)，導(dǎo)致編碼器故障頻繁。

（2）電動(dòng)葫蘆在運(yùn)動(dòng)過程中鋼絲繩與滾輪之間不可避免存在間隙，且滾輪與鋼絲繩之間有潤(rùn)滑的存在，易出現(xiàn)打滑，導(dǎo)致編碼器數(shù)值和實(shí)際距離存在一定誤差，多次運(yùn)動(dòng)后誤差將會(huì)積累，實(shí)際位置與程序計(jì)算出來的位置相差甚遠(yuǎn)。

2? ? 研究開發(fā)內(nèi)容和方法

針對(duì)經(jīng)常發(fā)生的問題，工程技術(shù)人員進(jìn)行分析，確認(rèn)改造方向?yàn)椋?/p>

（1）原先采用的增量式編碼器存在抗干擾能力差、停電后需重新找原點(diǎn)等缺點(diǎn)，將其更換為多圈絕對(duì)值編碼器。多圈絕對(duì)值編碼器由機(jī)械位置確定編碼，無需記憶，無需找參考點(diǎn)，且不用一直計(jì)數(shù)，什么時(shí)候需要知道位置，什么時(shí)候就去讀取它的位置。這樣，編碼器的抗干擾特性、數(shù)據(jù)的可靠性就大大提高了。多圈編碼器另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量范圍大，這樣在安裝時(shí)就沒有必要費(fèi)勁找零點(diǎn)，將某一中間位置作為起始點(diǎn)就可以了，大大簡(jiǎn)化了安裝調(diào)試難度。

（2）編碼器安裝于電機(jī)軸上，不可避免地會(huì)存在抖動(dòng)，因此將編碼器改裝到電動(dòng)葫蘆卷筒軸上，卷筒軸運(yùn)行穩(wěn)定，抖動(dòng)大大降低。

3? ? 工藝分析

放吊籃順序：?jiǎn)?dòng)EVS小車，EVS小車移動(dòng)至裝卸垛平臺(tái)抓取吊籃，電動(dòng)葫蘆鋼絲繩上升至運(yùn)輸?shù)趸@高度，然后移動(dòng)至提取罐上方將電動(dòng)葫蘆鋼絲繩下降至提取罐放置吊籃高度，電動(dòng)葫蘆鋼絲繩再上升至原點(diǎn)狀態(tài)，如此往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

取吊籃順序：?jiǎn)?dòng)EVS小車，EVS小車移動(dòng)至提取罐上方將電動(dòng)葫蘆鋼絲繩下降至提取罐放置吊籃高度取出吊籃，電動(dòng)葫蘆鋼絲繩上升至運(yùn)輸?shù)趸@高度，然后移動(dòng)至裝卸垛平臺(tái)將電動(dòng)葫蘆鋼絲繩下降至裝卸垛平臺(tái)高度放下吊籃，電動(dòng)葫蘆鋼絲繩再上升至原點(diǎn)狀態(tài)，如此往復(fù)運(yùn)動(dòng)，如圖1所示。

經(jīng)分析，現(xiàn)場(chǎng)鋼絲繩升降一共存在4個(gè)固定高度：（1）原點(diǎn)高度;（2）裝卸垛平臺(tái)高度;（3）吊籃運(yùn)輸高度;（4）提取罐吊籃放置高度。編程時(shí)只需固定4個(gè)高度位置，即可滿足使用要求。

4? ? 技術(shù)成果

如圖2所示，改造前，編碼器安裝于電動(dòng)葫蘆馬達(dá)扇葉軸上，因電機(jī)軸運(yùn)動(dòng)過程中發(fā)生不規(guī)則抖動(dòng)，造成編碼器頻繁故障，無法保證正常使用。工程技術(shù)人員對(duì)該現(xiàn)象進(jìn)行分析后，將編碼器安裝位置從電機(jī)軸更換為電動(dòng)葫蘆卷筒軸，安裝方式如圖3所示。

4.1? ? 改造后編碼器精度測(cè)算

改造后采用倍加福多圈絕對(duì)值編碼器，精度達(dá)到14 bit一圈，相當(dāng)于16 384位置/圈，電動(dòng)葫蘆卷筒與馬達(dá)轉(zhuǎn)速比為1：100。高速電動(dòng)葫蘆使用英國(guó)摩睿品牌S5系列型號(hào)S5B，該款電動(dòng)葫蘆可雙速運(yùn)行，高速速度為6.25 m/min，低速速度為4 m/min。

按照電動(dòng)葫蘆鋼絲繩行走1 m計(jì)算：

編碼器每圈行程為6.1 mm，現(xiàn)場(chǎng)吊籃設(shè)計(jì)最大下降高度為3.5 m，編碼器旋轉(zhuǎn)574圈。

4.2? ? 編碼器故障判斷方式

在正常運(yùn)行過程中，編碼器會(huì)產(chǎn)生反饋值，啟動(dòng)電動(dòng)葫蘆后編碼器數(shù)值將會(huì)發(fā)生變化，通過程序記錄編碼器當(dāng)前值與前一秒的值，將兩組數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，若兩者之間數(shù)值不變或少于設(shè)定值，則認(rèn)為電動(dòng)葫蘆出現(xiàn)故障，程序產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。

設(shè)定值計(jì)算方法：電動(dòng)葫蘆在高速模式下所需時(shí)間：×60≈107 s;每秒編碼器旋轉(zhuǎn)圈數(shù)：≈5.3圈。當(dāng)編碼器每圈變化值少于5，即可認(rèn)為電動(dòng)葫蘆故障。

程序塊實(shí)現(xiàn)方式如圖4所示。

5? ? 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

改造完成后，電動(dòng)葫蘆編碼器應(yīng)用程序及操作流程可固化，其具備自動(dòng)化、安全、無人操作等特點(diǎn)，減少了人工勞動(dòng)，解決了頻繁維修的問題，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

6? ? 應(yīng)用前景

改造完成后，解決了編碼器抖動(dòng)問題，簡(jiǎn)化了程序計(jì)算，提高了中藥吊籃提取設(shè)備整體運(yùn)行穩(wěn)定性。經(jīng)過近半年的運(yùn)行，電動(dòng)葫蘆編碼器未出現(xiàn)過異常故障。實(shí)踐證明，本文所述技術(shù)改進(jìn)方式可復(fù)制、可推廣。

收稿日期：2019-12-04

作者簡(jiǎn)介：羅康福（1990—），男，江西南昌人，助理工程師，從事制藥設(shè)備工程技改工作。