一种快速有效检测编码器的方法

涂志刚

摘 要：顶部驱动钻井装置是当今钻井装备中技术含量较高、结构复杂的机电液一体化的设备，已成为现代钻机的重要配置，是21世纪钻井三大技术装备之一。顶驱电机驱动系统中采用编码器作为闭环控制中的速度反馈源。本文以北石顶驱使用的Hubner HOG165光电编码器为例，介绍一种快速有效检测编码器的方法。

关键词：顶驱 编码器 S120

编码器作为高精度的数字测速机，在石油化工、冶金、交通运输，医药等行业有着广泛的用途。作为21世纪钻井三大技术装备之一的顶驱装置，其电机驱动系统一般采用交流变频技术，编码器作为闭环控制中的速度反馈源，其工作状态的好坏直接决定着顶驱是否能平稳运转，是整个控制系统中不可或缺的一环。

一、编码器原理

目前检测编码器的手段主要是采用万用表测量输出电压和示波器检测输出波形相结合的方式，这种方法可以较好的检测出静态或极低速运转状态下编码器的输出波形，但测量单个编码器所需的时间相对较长，而在测量高速运转状态下的编码器输出波形，或测量波形中的丢码、尖峰等失真信号时，则显得无能为力，另一方面，上述检测手段也不能检测出编码器与编码器接口模块是否匹配，只有在顶驱整机装配完成，台架实验的时候才能验证编码器与其接口模块是否匹配，一旦无法匹配，则只能更换编码器或接口模块，耽误生产进度。因此，在编码器大规模应用于顶驱装置的现实需求下，迫切需要找到一种快速，有效的编码器检测方法。本文以北石顶驱使用的Hubner HOG165增量式光电编码器为例，提出一种基于Siemens S120系统的编码器检测方法。

Siemens S120系统采用Starter软件调试，该软件图形化程度高，人机界面友好。其中集成的Trace功能可以提供类似示波器的作用，借助CU320控制单元的强大数据处理能力，其基本采样周期可以短至2ms，下面就具体的软硬件配置分別介绍。

二、编码器软硬件配置

硬件部分利用实验室现有设备，用一套小功率S120交流变频系统，一台带编码器连接轴和反扭矩支架的小功率电机，模拟一台I型顶驱，除输出功率远小于顶驱系统外，CU320控制单元、编码器接口模块和网络拓扑结构都尽可能与I型顶驱保持一致，保证检测结果的准确性和实际性。

软件部分为尽量避免数据传输、转换过程中的设定值偏差，通过Starter软件集成的Control Panel功能，直接将速度设定值传送到驱动装置内部，再通过Trace功能实时将编码器接口模块采集到的编码器信号显示在计算机屏幕上，直观的看到编码器检测结果。通过改变速度设定值，可以非常方便的测试不同转速下的编码器反馈信号，转速范围可以在0-2300rpm之间任意设定，调速精度可以达到1rpm。

通过Trace功能，可以直接看到接口模块检测到的编码器反馈信号。

为了降低使用难度，也可以采用WinCC等较为友好的人机界面，测试时启动WinCC即可以直观方便的输入速度设定值。

三、编码器检测方法的优点

与传统检测方法相比，本文提出的检测方法具有以下优点：

1.操作简单，具有计算机基础知识者稍加培训即可操作；

2.充分利用现有设备，不需额外增加资金投入；

3.静态、低速，高速等各种工况均可以模拟，模拟精度高，检测范围全面，且可以同时检测编码器和编码器接口模块；

4.检测速度快，因编码器和接口模块均采用快速插接端子连接信号线，拆装只需5分钟，不需要特殊工装，尤其适合检测大批量的编码器和接口模块。