港口設(shè)備編碼器故障表現(xiàn)和處理方法

楊敏康

摘 要：編碼器在港口設(shè)備中應(yīng)用廣泛，按照功能用途可分為檢測(cè)速度和記錄位置，按照結(jié)構(gòu)形式分為增量編碼器和絕對(duì)值編碼器。本文主要對(duì)某煤碼頭編碼器使用過(guò)程中存在問(wèn)題進(jìn)行討論并提出改造方案。

關(guān)鍵詞：港口;編碼器;PLC;精度

引言

編碼器屬于電氣控制中的測(cè)量設(shè)備，一般用于電機(jī)控制。按照用途可分為絕對(duì)值編碼器和增量型編碼器。作為測(cè)量設(shè)備編碼器的精度直接影響反饋數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，實(shí)踐表明編碼器在運(yùn)行過(guò)程中精確度易受影響，除了自身誤差和安裝精度外，PLC程序的邏輯嚴(yán)密性至關(guān)重要。

1 ?絕對(duì)值編碼器存在的問(wèn)題分析

絕對(duì)值編碼器屬于光電編碼器，其主要功能是一種用來(lái)計(jì)算位置的檢測(cè)設(shè)備，一般安裝在設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)軸上跟隨軸的旋轉(zhuǎn)記錄機(jī)械位置，每次旋轉(zhuǎn)都有相應(yīng)并且唯一的二進(jìn)制信號(hào)編碼與位置進(jìn)行對(duì)應(yīng)信號(hào)通過(guò)工業(yè)總線(xiàn)傳遞到PLC，停電后位置數(shù)據(jù)會(huì)被保留，具有很強(qiáng)的精確度并且不易受到干擾。以裝船機(jī)為例大車(chē)行走編碼器在編碼器斷電或整機(jī)斷電后，裝船機(jī)PLC會(huì)計(jì)算得到一個(gè)常數(shù)，中控及其他裝船機(jī)會(huì)錯(cuò)誤地認(rèn)為斷電時(shí)裝船機(jī)在常數(shù)位置，導(dǎo)致4臺(tái)裝船機(jī)之間防撞系統(tǒng)失效，裝船機(jī)大車(chē)行走異常甚至發(fā)生裝船機(jī)相互碰撞事件，因此斷電期間存在較大安全隱患。在編碼器重新送電后大車(chē)行走位置會(huì)自動(dòng)恢復(fù)正常。

圖中為裝船機(jī)修改后大車(chē)行走編碼器計(jì)算程序段，修改前無(wú)Rung4的判斷及賦值，直接在Rung3的CPT公式中對(duì)大車(chē)位置寄存器Gantry_Encoder_Cal[0]進(jìn)行賦值。經(jīng)測(cè)試程序修改前編碼器斷電后Gantry_ABS_Encoder_Hi_Signal與Gantry_ABS_Encoder_Signal兩個(gè)PLC模擬量輸入值均會(huì)變成0，這進(jìn)而經(jīng)過(guò)計(jì)算得到1號(hào)裝船機(jī)在1120米位置處（此位置已在裝船碼頭東側(cè)以外）。程序修改后增加中間寄存器Gantry_Encoder_read3[0]該寄存器類(lèi)型為float型與大車(chē)位置寄存器Gantry_Encoder_Cal[0]相同。在Rung3的CPT公式中不是直接將計(jì)算數(shù)值寫(xiě)入大車(chē)位置寄存器Gantry_Encoder_Cal[0]而是先寫(xiě)入中間寄存器Gantry_Encoder_read3[0]中。增加Rung4判斷大車(chē)行走位置模擬量輸入值Gantry_ABS_Encoder[0]是否為0當(dāng)其為非0值時(shí)，將中間寄存器Gantry_Encoder_read3[0]中的數(shù)值寫(xiě)入大車(chē)位置寄存Gantry_Encoder_Cal[0]中。當(dāng)編碼器斷電Gantry_ABS_Encoder[0]數(shù)值為0時(shí)Gantry_Encoder_read3[0]中的數(shù)值不再寫(xiě)入Gantry_Encoder_Cal[0]大車(chē)位置即可保持住，直到編碼器恢復(fù)供電。

2 ?利用磁性限位對(duì)絕對(duì)值編碼器進(jìn)行校正

絕對(duì)值編碼器作業(yè)過(guò)程中誤差不斷累計(jì)此屬于編碼器技術(shù)局限所致為了解決此問(wèn)題需要在港機(jī)行走軌道梁上設(shè)置位置校正點(diǎn)，磁鐵限位作為校正限位具有抗干擾強(qiáng)穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。磁性限位復(fù)位后反饋給PLC的信號(hào)為0觸發(fā)后置位為1可以利用此特性區(qū)分大機(jī)處于限位的左側(cè)或右側(cè)，從而在程序邏輯中實(shí)現(xiàn)漏檢預(yù)警。利用一號(hào)裝船機(jī)為例采用磁體式感應(yīng)限位進(jìn)行校正，在控制合大車(chē)向左向右命令具備同時(shí)磁性限位信號(hào)上升沿下降沿具備的條件下。原先的計(jì)算值Gantry_Encoder_read3[0]減去0得到一個(gè)新的中間值Gantry_Encoder_readGY_2，原先的編碼器計(jì)算值再減去新的中間值 Gantry_Encoder_readGY_2得到與磁性感應(yīng)校正限位的實(shí)時(shí)偏差值，此偏差值加上錨定坑校正限位離左側(cè)廊道0位處的值53.6米就是編碼器的準(zhǔn)確值Gantry_Encoder_readGY_4，再把此值送入程序中編碼器的設(shè)定標(biāo)簽Gantry_Encoder_Cal[0]中。為了防止編碼器出現(xiàn)卡死以及大車(chē)在行走但是編碼器數(shù)值不變等情況，在控制合，大車(chē)向左向右命令，錨定坑感應(yīng)限位信號(hào)上升沿下降沿具備的條件下，校正前的值減去53.6得出偏差，偏差超過(guò)正負(fù)2米報(bào)編碼器偏差故障。漏檢故障報(bào)警程序設(shè)計(jì)思路為，利用磁性限位信號(hào)在感應(yīng)前后分別為0和1兩種狀態(tài)，如果過(guò)校正位后信號(hào)狀態(tài)未變化則判斷為漏檢。編碼器故障和磁鐵感應(yīng)限位漏檢故障由于關(guān)系到大機(jī)安全問(wèn)題，這兩個(gè)故障司機(jī)是不能進(jìn)行復(fù)位的，只有搶修人員和技術(shù)員有處理權(quán)限，在程序設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)進(jìn)行了限制。

3 ?增量編碼器斷軸導(dǎo)致引起變頻器故障

增量型編碼器屬于速度檢測(cè)設(shè)備，根據(jù)輸出方式不同分為單路和雙路兩種脈沖形式，單路只可以檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速雙路可依靠?jī)山M脈沖波相位差判斷電機(jī)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。電機(jī)控制過(guò)程中變頻器輸出給定頻率需要增量型編碼器反饋電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)亩鴮?shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)輸出的閉環(huán)控制反饋信號(hào)接入變頻器控制板。某次作業(yè)裝船機(jī)作業(yè)過(guò)程報(bào)大車(chē)1#變頻器過(guò)流故障，現(xiàn)場(chǎng)查看發(fā)現(xiàn)此故障是在大車(chē)行走過(guò)程中報(bào)出且每次報(bào)出時(shí)大車(chē)行走時(shí)長(zhǎng)不同。裝船機(jī)有20組電機(jī)，變頻器采用一拖多結(jié)構(gòu)接線(xiàn)，共使用2臺(tái)ABB ACS800變頻器1#變頻器拖動(dòng)編號(hào)為奇數(shù)的10組電機(jī)2#變頻器拖動(dòng)編號(hào)為偶數(shù)的10臺(tái)電機(jī)。故障出現(xiàn)后用鉗形表測(cè)1#變頻器輸出電流發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定電流變化范圍較大（正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)在90A左右，實(shí)際1#變頻器輸出電流在80-110A范圍內(nèi)波動(dòng)）。按照故障處理流程測(cè)量奇數(shù)號(hào)電機(jī)的絕緣電阻結(jié)果絕緣電阻全部正常隨后采取依次斷開(kāi)單數(shù)號(hào)電機(jī)的方式行走大車(chē)故障仍然會(huì)報(bào)出。分別排除電機(jī)絕緣損壞和堵轉(zhuǎn)引起過(guò)流后，分析可能是增量編碼器反饋給變頻器的信號(hào)錯(cuò)誤導(dǎo)致電機(jī)輸出電流過(guò)大，隨即打開(kāi)安裝在9#行走電機(jī)的增量編碼器外殼后發(fā)現(xiàn)增量編碼器與電機(jī)軸的連接軸斷裂。變頻器給定輸出后，由于增量編碼器發(fā)生斷軸編碼器碼盤(pán)不能跟隨電機(jī)旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致反饋給變頻器的速度始終為0，因此變頻器需要不斷提高輸出頻率增加電機(jī)轉(zhuǎn)速最終導(dǎo)致變頻器發(fā)生過(guò)電流問(wèn)題。處理方法為考慮到大車(chē)行走不需要十分精確的反饋，應(yīng)急作業(yè)時(shí)可將大車(chē)行走電機(jī)控制由閉環(huán)控制改為開(kāi)環(huán)控制，待備件到貨可更換編碼器轉(zhuǎn)軸恢復(fù)原有閉環(huán)控制方式。改變控制方式需要在變頻器控制板設(shè)定，首先將DP通訊相關(guān)參數(shù)清除，導(dǎo)致大車(chē)行走2#變頻器報(bào)PPCC LINK（故障代碼5210），在ENCODER-MODE中屏蔽編碼器，待增量編碼器更換完成后恢復(fù)原狀。

4 ?結(jié)論

本文主要針對(duì)絕對(duì)值編碼器校正策略和斷電后數(shù)據(jù)的保存問(wèn)題提出解決方法增量型編碼器通過(guò)發(fā)生的一起典型隱匿的故障最終判斷為編碼器斷軸引起變頻器過(guò)流，鎖定故障位置后更換損壞部件故障解決。

參考文獻(xiàn)：

[1]張艷兵，趙建華，鮮浩.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2008.