安钢260机组编码器故障分析及改进措施

王素红

（河南安阳安钢第一轧钢厂，河南 安阳 455004）

1 引言

260 机组是一条小型棒材生产线，全轧线共15架轧机，终轧速度为18.5m/s，年产量已达90万吨，产品规格为∮12～∮32mm的棒材。该机组主轧线传动选用直流电机驱动，其控制系统采用美国GE-DV300系列全数字可控硅变流装置，主机速度反馈检测选用德国倍加福（PEPPERL+FUCHS）公司的增量型旋转型编码器。由于轧轧速度快，电机转速较高（精轧电机最高转速1400多转），加之两切、三切分轧制的成功应用对速度精度提出了更高的要求，以及生产现场较恶劣的环境和电磁干扰，致使编码器性能不稳，导致使用该编码器的主机在生产中经常出现转速不稳、速度反馈丢失、超速、自动升速、自动降速等现象，严重制约生产。

2 编码器特性与工作原理

（1）特性：260机组使用倍加福（P+F）30－3641－A－1024型增量旋转编码器，其输出方式为10-30V推挽式输出，输出信号为 A,A-;B,B-;Z,Z-，用插头连接器轴向连接，每转输出脉冲为1024个。该编码器是专为用在机械负载水平场合而设计的，外壳用钢制成，代替了铝的外壳。轴的设计很特别，在轴上有一键槽，使它可与皮带轮或相似的设备吻合。其特点是体积小，重量轻，功能全，频响高，分辨能力高，力矩小，耗能低，性能稳定，可靠使用寿命长等特点。

（2）工作原理: 旋转编码器是集光机电技术于一体的速度位移传感器，当旋转编码器轴带动光栅盘旋转时，经发光元件发出的光被光栅盘狭缝切割成断续光线，并被接收元件接收产生初始信号。该信号经后继电路处理后，输出脉冲或代码信号。

（3）信号输出有正弦波（电流或电压）,方波（TTL、HTL）,集电极开路（PNP、NPN）,推挽式多种形式，其中 TTL为长线差分驱动（对称A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL也称推拉式、推挽式输出，编码器的信号接收设备接口应与编码器对应。图 1为运行中的编码器波形。

图1 编码器波形图

（4）信号连接：编码器的脉冲信号一般连接PLC高速计数器模块或功能模块、数控调速系统调节板或智能化模块。260机组是将编码器的信号连接至DV－300调节板,如图2所示。DV－300是美国GE公司系列全数字可控硅变流装置，所有的控制、调节、监控及附加功能都由16位的微处理器来实现，调节系统结构可软件组态，通过其调节板可读取数字量的脉冲信号作为速度反馈。

图2 编码器接线图

3 故障分析

该机组成立了攻关小组，对问题进行了分析。

（1）外界干扰

外界干扰可导致编码器信号传递错误，比如是否有大型电动机、电焊机频繁起动造成干扰，是否和动力线在同一管道传输，编码器表面是否有油污、灰尘，工作环境是否潮湿、污浊等。在很多的情况下编码器并没有坏，而只是干扰原因造成波型不好，导致计数不准。

（2）未按要求正确使用

安装时，因旋转编码器由精密器件构成，所以当受到不适当的冲击时，如用锤子或钳子等工具用力敲击或摔打碰撞，即会损坏内部功能器件，从而造成编码器损坏。另外，编码器是否工作在最佳的安全电压中，使用的连接器是否合适等，都会造成编码器损坏。

（3）振动

加在旋转编码器上的振动，往往会成为误脉冲发生的原因。

（4）关于配线和连接

误配线，可能会损坏内部回路，故在配线时应充分注意。260机组使用的编码器共有6根输出信号线和2根电源线，输出线彼此不能搭接，不能接到直流电源或交流电源上，尽量避免电源线与地线反接，正、负极不能接错等。

（5）参数设置不合理

该机组轧线主传动控制系统是美国 GE公司的DV-300全数字直流调速装置，其型号为6KDV31800-Q2C70，该直流调速系统电枢额定电流为 1800A，DC440V，励磁额定电流为70A，DC220V，为两象限的控制系统。该系统所有的控制、调节、监控及附加功能都由 16位的微处理器来实现，调节系统结构可软件组态，其应用软件为“GE CONTROL SYSTEM SOLUTIONS”，装置还自带有数字显示器的参数设定单元（操作面板）。利用其应用软件和操作面板的功能键均可实现参数的设定、修改、查看，在参数设置中，有一项是SPEED FBK ERROR（编码器脉冲误差的百分数），即检测到的脉冲数与编码器实际发出的脉冲数差值的百分比，一旦达到这个百分比，装置就会认为“速度反馈丢失”，即编码器及其回路有故障，从而DV300装置保护性跳闸。跳闸的次数与这个百分比有很大的关系。

4 措施

针对以上原因，采取了相应的改进措施，并逐一实施。

（1）针对外界干扰，采取了如下措施：

1）排除（搬离、关闭、隔离）干扰源；

2）不准将旋转编码器进行拆解，这样做将有损防油和防滴性能。防滴型产品不宜长期浸在水、油中，表面有水、油时及时擦拭干净。

（2）针对未按要求正确使用的问题，采取了如下措施：

1）安装牢固：该机组规定凡是在生产过程中更换的编码器，要利用本班换槽、待温等停车时间重新检查，进行“二次安装”。如本班无停车时间，一定要交班，下班利用交接时间进行“二次安装”。

2）安装时不要给轴施加直接的冲击。编码器轴与机器的连接，应使用柔性连接器。在轴上装连接器时，应缓缓套入，不要硬压入。即使使用连接器，因安装不良，也有可能给轴加上比允许负荷还大的负荷，或造成拨芯现象。

3）检查确认编码器的工作电压为24V，并在控制柜中装设24V的稳压电源，保证了编码器总是工作在最佳的安全电压中。

4）检查确认所使用的连接器是厂家配备的连轴器，是合适的。

（3）关于振动产生问题的措施：

点检及时：该机组制定了严格的点检制度，对于在线编码器每班至少点检三次，点检内容包括：接手是否松动，插瓣是否脱落，编码器是否串动、编码器固定丝是否松动等。

（4）针对配线和连接的问题，采取如下措施：

1）配线应在电源 OFF状态下进行，电源接通时，若输出线接触电源，则有时会损坏输出回路。

2）若配线错误，则有时会损坏内部回路，所以配线时应充分注意电源的极性等。

3）打开电缆沟盖板，将编码器线与动力线分开敷设，并保持了一定的距离。

4）延长电线时，应在 10m以下。并且由于电线的分布容量，波形的上升、下降时间会较长，有问题时，采用施密特回路等对波形进行整形。

5）为了避免感应噪声等，要尽量用最短距离配线。向集成电路输入时，特别需要注意。

6）全部改为符合要求的屏蔽线，采用双绞屏蔽电缆取代普通屏蔽电缆。双绞屏蔽电缆具有两个重要的技术特性，一是对电缆受到的电磁干扰具有较强的防护能力，因为空间电磁场在线上产生的干扰电流可以互相抵消。二是互绞后两线间距很小，两线对干扰线路的距离基本相等，两线对屏蔽网的分布电容也基本相同，对抑制共模干扰的效果更加明显。

7）给串行数据线接上了120Ω的终端电阻。

（5）针对DV300应用软件 “GE CONTROL SYSTEM SOLUTIONS”和操作面板中SPEED FBK ERROR参数设置不合理的现象，重新修改了参数，解决了DV300装置频繁跳闸这有一问题，屏蔽了这一现象。打开DV300应用软件，点击软件菜单中的通用参数表，做如下修改：

MAIN MENU（主菜单）－CONFIGURATION（配置）－SPEED FBK（速度反馈）－SPEED FBK ERROR（编码器脉冲误差的百分数）=22%，将22%改为33%。

若利用操作面板，则通过面板上的功能按键，选择通用参数表，做同样的修改。

5 结论

经过以上改进，编码器故障率高这一问题得到了解决。随着我国经济的高速发展，节能降耗成了首要问题。编码器故障得到了控制，既减少编码器的消耗，可节约备件费，降低成本；又可减少设备事故次数，为机组的优质高产保驾护航，从一定程度上缓解了公司经济上的压力。