旋转编码器引起的电梯故障分析

王爱香　冀海亮

(河北省特种设备监督检验院,河北石家庄　050021)

旋转编码器引起的电梯故障分析

王爱香冀海亮

(河北省特种设备监督检验院,河北石家庄050021)

电梯技术的飞速发展使得旋转编码器在电梯控制系统中得到广泛应用;同时其引起的电梯故障也逐渐增多。本文通过对旋转编码器引起电梯故障的原因进行分析,并提出解决方案。从而降低旋转编码器发生故障的概率,提高电梯控制系统安全运行的可靠性。

旋转编码器故障干扰

近年来随着国内电梯数量迅猛增加，电梯的控制技术也得到了飞速发展。同时电梯乘坐的舒适性及安全性与过去相比也不可同日而语。而这一切都得益于电梯在运行过程中对速度和位置的精确控制。在这其中电梯旋转编码器就是一个对速度、距离进行反馈的装置，它与微机、变频器、电机构成了一个闭环控制系统，并对电梯的速度和轿厢的位置进行监测。本文通过对电梯旋转编码器工作原理的介绍，来分析其引起电梯故障的原因，进而提出避免或降低其对电梯故障的影响，以提高电梯系统的可靠性。

1　电梯旋转编码器的原理及分类

旋转编码器，是将旋转的机械位移量转换为电气信号，对该信号进行处理后检测位置、速度等的传感器。编码器有两种形式:增量式编码器和绝对编码器。电梯编码器一般分为增量型与绝对型，它们最大的区别是:增量电梯编码器的脉冲计数位置是从零位标记开始计算的脉冲数量确定的，而绝对型电梯编码器的位置是由输出代码的读数确定的。在一圈里，每个位置的输出代码的读数是唯一的;因此，当电源断开时，绝对型电梯编码器并不与实际的位置分离。如果电源再次接通，那么位置读数仍是当前的，有效的;不像增量电梯编码器那样，必须去寻找零位标记。但在电梯系统由于受一些条件限制(包括价格，环境，抗干扰性等)大部分使用的是增量编码器。

2　旋转编码器引起的电梯故障及原因分析

在电梯控制系统里，旋转编码器与微机、变频器、电机构成了一个速度闭环控制系统:连接在电动机轴上的旋转编码器在电梯运行的过程中采集电机轴旋转的速度信号，并转化为脉冲信号通过信号电缆输入微机(包括PLC或单片机)控制器。微机控制器将反馈回来的速度信号进行转换运算同输出给电机的控制信号作比较并进行调整，当信号不一致超过范围时电梯报故障。旋转编码器的故障有很多，但总体可分为两大类，一是编码器自身问题(包括制造，安装过程的缺陷及后期维保不规范);二是外界对其信号传输的干扰，造成数据丢失或误码。

首先我们看第一类故障。

图1　变频器输入端波形

实例1:一台电梯，平层不准确同时在运行行程中有“腾一腾”的振动现象，后来发现是旋转编码几个光电感应孔被灰尘封堵而导致的故障。清洁后故障消除。

实例2:一台电梯在进行空轿厢安全钳一限速器联动试验后出现了异常现象，电梯选层起动后爬行大约50mm便停止。通过排查是旋转编码器与微机的信号线连接有虚接现象。

实例3:1台变频调速电梯在运行中经常突然停梯，然后自动平层后又可正常运行。经枪查该故障不是因为制动回路原因所引起，也不是安全回路及门锁回路瞬间通断所导致，而是因为旋转编码器严重磨损导致电梯在运行过程中反馈信号突然中断的现象所致。

实例4:1台电梯检修运行正常，快车运行时轿厢强烈地振荡，电梯有规律地上下抖动，在检查电梯主回路印刷板及驱动单元之后，仍未找到真正原因，后对曳引机及控制柜外围着重进行检查，发现装在电机尾部用于测速反馈的 PG接地铜皮扭曲变形使得电梯在运行中电机轴与编码器的轴套不同心，后重新加工1片连接铜片，更换后故障现象消除。

我们知道电梯旋转编码器是一个精密的速度传感器，它与变频器、微机控制器、电机构成的闭环调速系统。本文所研究的故障都属于传感器故障。通过上述的实例我们发现无论是编码器光电码盘有灰尘，还是信号线虚接、码盘磨损、编码器轴套与电机轴不同心等，都会造成编码器信号采集的丢失。而这些故障都会引起电梯的非正常运行。

电梯旋转编码器的第二类故障则是主要由于外界的电磁干扰造成的。而在电梯系统中，旋转编码器所受的电磁干扰主要来自变频器的通断。变频器干扰主要原因是由于整流器从三相电源的每一相中依次引入电流，引入的电流在整流器换相过程中产生了畸变，形成非正弦波电流。电流畸变意味着使电源电流波形中包含了谐波，电流畸变的波形可以分解出一组非正弦波分量，即平时所说的谐波分量。图1是电梯变频器起动前后输入端的波形。

由上图可以看出变频器本身的整流逆变器件所产生谐波，谐波向下会影响终端使用设备，向上会影响该段电网。变频器输入电流受谐波干扰较大，而且变频负载越小，电流受谐波干扰越大，而编码器所接电源是由控制柜内部开关电源输入的，开关电源的输入和变频器的输入来自同一端口。因此，当变频器噪声沿输入回路传递，会很容易干扰同一网络的编码器。变频一般受5次、7次谐波干扰最大，对波形的影响也很明显，就是波峰凹陷，所以在变频器输出端装设电抗器后，对波形的干扰会有所改善。同时变频器动力电缆和编码器通讯电缆要分开敷设，距离拉大。这样就可降低耦合噪声。

变频器的噪声主要通过变频器本身及其输入、输出端的引线进行辐射，沿着电源线进行传播。所以在电梯系统里，需要将变频器的载波频率设置为最低(2KHz)，但不能低于这个数值，如若低于会造成电机和变频器噪声增大。变频器对电梯控制系统主要是电磁噪声和谐波的干扰。而旋转编码器之所以容易受到干扰的另外一个原因是由于其与变频器或控制器通过串行通讯的方式进行数据交换，而且数据总线方式一般采用RS485总线，但RS485总线的通讯状态易

············被干扰。

为了提高电梯串行通讯的可靠性，一般通讯线路都会采用屏蔽电缆。但在实际应用过程中，由于接地不当，经常出现通信误码率高的现象，据有关资料和实践证明，对信号电缆屏蔽层接地点的选择应视具体情况而定，最佳的选择应是信号源侧一点接地，这样不仅可以抑制共模干扰，也可以抑制静电感应干扰。电梯变频器调速是一种高精度快速响应的控制系统，一般要安装速度传感器，如旋转编码器来进行速度闭环控制。为了提高抗干扰能力，速度传感器与变频器之间的信号线缆均采用屏蔽线，尤其是永磁同步无齿轮曳引机的速度传感器信号线，必须采用屏蔽线缆，否则曳引机会出现失速或不能运转。因此，一定要保证曳引机和变频器的可靠独立接地，或者选用传感器外壳不与控制屏蔽层连接的传感器，在变频器侧实施一点接地。电梯控制系统一般采用三相供电，此时可以将接触器电源和提供给编码器的开关电源取自交流电源不同的相，避免接触器产生的电磁干扰窜入5V开关电源的交流侧，可以有效的提高系统的抗干扰能力。用双绞线作为接触器的馈电线，由于两导线中的电流方向相反，磁通可以相互抵消，因此可以消弱电磁干扰，提高系统的抗干扰能力。

由上可知，旋转编码器作为闭环控制系统的速度反馈元件，其反馈信号质量的好坏直接影响到电梯的加减速控制，平层精度以及舒适感等众多功能。但编码器信号传输属于弱信号，容易受到外界和内部的电磁干扰，所以，对编码器所受干扰源进行分析并采取相应措施抑制干扰，从而提高电梯正常运行的可靠性。

3　结语

通过对旋转编码器引起电梯故障原因的分析，发现故障的原因较多而且较复杂，所以对旋转编码器在安装过程中必须严格按照工艺要求安装，同时维护保养也需要专业人员来负责;同时要作好抗干扰措施(包括屏蔽层和传输电缆的有效接地)。以此来提高电梯系统的可靠性，并延长电梯部件的使用寿命。

[1]韦如湘.电梯变频器的电磁兼容性与电磁干扰[J].电梯工业, 2006.27-29.

[2]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局发布.电梯制造与安装安全规范GB7588-2003.北京:中国标准出版社,2003,11.

王爱香(1974—),女,河北石家庄人,大学,副高级工程师,河北省特种设备监督检验院,研究方向:电气自动化。