基于編碼器的鋼絲繩定位分析與改進

羅康福 趙海金 郭歡歡 周潭水

摘要：對電動葫蘆編碼器的安裝應用進行改造，以減少設備定位故障，提高電動葫蘆運行的穩定性。

關鍵詞：電動葫蘆;編碼器;吊籃提取系統;EVS

0? ? 引言

江中藥業在中藥吊籃提取系統中使用電動葫蘆將吊籃取出或放置到對應工位。此前，因電動葫蘆編碼器使用原因造成過設備停機，為此，對電動葫蘆編碼器的安裝應用進行改造，以減少設備定位故障，提高電動葫蘆運行的穩定性。這對于中藥吊籃提取系統的高效運轉與安全作業至關重要，而電動葫蘆的定位精度與穩定性更是關鍵中的關鍵。

1? ? 改造前電動葫蘆存在的問題

以江中藥業提取車間中藥吊籃提取系統EVS小車電動葫蘆編碼器改造為例，目前市場上無同類技術，江中藥業自行成立技術攻關團隊對設備進行改造。改造前電動葫蘆在使用過程中出現了如下問題：

（1）編碼器安裝于電動葫蘆馬達軸上，通過編碼器直接讀取馬達旋轉圈數計算出鋼絲繩的行程，此方法安裝簡單，可直接讀取馬達轉速行程。但馬達轉子在高速運動過程中存在抖動，導致編碼器故障頻繁。

（2）電動葫蘆在運動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滑的存在，易出現打滑，導致編碼器數值和實際距離存在一定誤差，多次運動后誤差將會積累，實際位置與程序計算出來的位置相差甚遠。

2? ? 研究開發內容和方法

針對經常發生的問題，工程技術人員進行分析，確認改造方向為：

（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等缺點，將其更換為多圈絕對值編碼器。多圈絕對值編碼器由機械位置確定編碼，無需記憶，無需找參考點，且不用一直計數，什么時候需要知道位置，什么時候就去讀取它的位置。這樣，編碼器的抗干擾特性、數據的可靠性就大大提高了。多圈編碼器另一個優點是測量范圍大，這樣在安裝時就沒有必要費勁找零點，將某一中間位置作為起始點就可以了，大大簡化了安裝調試難度。

（2）編碼器安裝于電機軸上，不可避免地會存在抖動，因此將編碼器改裝到電動葫蘆卷筒軸上，卷筒軸運行穩定，抖動大大降低。

3? ? 工藝分析

放吊籃順序：啟動EVS小車，EVS小車移動至裝卸垛平臺抓取吊籃，電動葫蘆鋼絲繩上升至運輸吊籃高度，然后移動至提取罐上方將電動葫蘆鋼絲繩下降至提取罐放置吊籃高度，電動葫蘆鋼絲繩再上升至原點狀態，如此往復運動。

取吊籃順序：啟動EVS小車，EVS小車移動至提取罐上方將電動葫蘆鋼絲繩下降至提取罐放置吊籃高度取出吊籃，電動葫蘆鋼絲繩上升至運輸吊籃高度，然后移動至裝卸垛平臺將電動葫蘆鋼絲繩下降至裝卸垛平臺高度放下吊籃，電動葫蘆鋼絲繩再上升至原點狀態，如此往復運動，如圖1所示。

經分析，現場鋼絲繩升降一共存在4個固定高度：（1）原點高度;（2）裝卸垛平臺高度;（3）吊籃運輸高度;（4）提取罐吊籃放置高度。編程時只需固定4個高度位置，即可滿足使用要求。

4? ? 技術成果

如圖2所示，改造前，編碼器安裝于電動葫蘆馬達扇葉軸上，因電機軸運動過程中發生不規則抖動，造成編碼器頻繁故障，無法保證正常使用。工程技術人員對該現象進行分析后，將編碼器安裝位置從電機軸更換為電動葫蘆卷筒軸，安裝方式如圖3所示。

4.1? ? 改造后編碼器精度測算

改造后采用倍加福多圈絕對值編碼器，精度達到14 bit一圈，相當于16 384位置/圈，電動葫蘆卷筒與馬達轉速比為1：100。高速電動葫蘆使用英國摩睿品牌S5系列型號S5B，該款電動葫蘆可雙速運行，高速速度為6.25 m/min，低速速度為4 m/min。

按照電動葫蘆鋼絲繩行走1 m計算：

編碼器每圈行程為6.1 mm，現場吊籃設計最大下降高度為3.5 m，編碼器旋轉574圈。

4.2? ? 編碼器故障判斷方式

在正常運行過程中，編碼器會產生反饋值，啟動電動葫蘆后編碼器數值將會發生變化，通過程序記錄編碼器當前值與前一秒的值，將兩組數值進行對比，若兩者之間數值不變或少于設定值，則認為電動葫蘆出現故障，程序產生報警信號。

設定值計算方法：電動葫蘆在高速模式下所需時間：×60≈107 s;每秒編碼器旋轉圈數：≈5.3圈。當編碼器每圈變化值少于5，即可認為電動葫蘆故障。

程序塊實現方式如圖4所示。

5? ? 經濟效益和社會效益

改造完成后，電動葫蘆編碼器應用程序及操作流程可固化，其具備自動化、安全、無人操作等特點，減少了人工勞動，解決了頻繁維修的問題，具有良好的經濟和社會效益。

6? ? 應用前景

改造完成后，解決了編碼器抖動問題，簡化了程序計算，提高了中藥吊籃提取設備整體運行穩定性。經過近半年的運行，電動葫蘆編碼器未出現過異常故障。實踐證明，本文所述技術改進方式可復制、可推廣。

收稿日期：2019-12-04

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