基于编码器的钢丝绳定位分析与改进

罗康福 赵海金 郭欢欢 周潭水

摘要：对电动葫芦编码器的安装应用进行改造，以减少设备定位故障，提高电动葫芦运行的稳定性。

关键词：电动葫芦;编码器;吊篮提取系统;EVS

0    引言

江中药业在中药吊篮提取系统中使用电动葫芦将吊篮取出或放置到对应工位。此前，因电动葫芦编码器使用原因造成过设备停机，为此，对电动葫芦编码器的安装应用进行改造，以减少设备定位故障，提高电动葫芦运行的稳定性。这对于中药吊篮提取系统的高效运转与安全作业至关重要，而电动葫芦的定位精度与稳定性更是关键中的关键。

1    改造前电动葫芦存在的问题

以江中药业提取车间中药吊篮提取系统EVS小车电动葫芦编码器改造为例，目前市场上无同类技术，江中药业自行成立技术攻关团队对设备进行改造。改造前电动葫芦在使用过程中出现了如下问题：

（1）编码器安装于电动葫芦马达轴上，通过编码器直接读取马达旋转圈数计算出钢丝绳的行程，此方法安装简单，可直接读取马达转速行程。但马达转子在高速运动过程中存在抖动，导致编码器故障频繁。

（2）电动葫芦在运动过程中钢丝绳与滚轮之间不可避免存在间隙，且滚轮与钢丝绳之间有润滑的存在，易出现打滑，导致编码器数值和实际距离存在一定误差，多次运动后误差将会积累，实际位置与程序计算出来的位置相差甚远。

2    研究开发内容和方法

针对经常发生的问题，工程技术人员进行分析，确认改造方向为：

（1）原先采用的增量式编码器存在抗干扰能力差、停电后需重新找原点等缺点，将其更换为多圈绝对值编码器。多圈绝对值编码器由机械位置确定编码，无需记忆，无需找参考点，且不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置。这样，编码器的抗干扰特性、数据的可靠性就大大提高了。多圈编码器另一个优点是测量范围大，这样在安装时就没有必要费劲找零点，将某一中间位置作为起始点就可以了，大大简化了安装调试难度。

（2）编码器安装于电机轴上，不可避免地会存在抖动，因此将编码器改装到电动葫芦卷筒轴上，卷筒轴运行稳定，抖动大大降低。

3    工艺分析

放吊篮顺序：启动EVS小车，EVS小车移动至装卸垛平台抓取吊篮，电动葫芦钢丝绳上升至运输吊篮高度，然后移动至提取罐上方将电动葫芦钢丝绳下降至提取罐放置吊篮高度，电动葫芦钢丝绳再上升至原点状态，如此往复运动。

取吊篮顺序：启动EVS小车，EVS小车移动至提取罐上方将电动葫芦钢丝绳下降至提取罐放置吊篮高度取出吊篮，电动葫芦钢丝绳上升至运输吊篮高度，然后移动至装卸垛平台将电动葫芦钢丝绳下降至装卸垛平台高度放下吊篮，电动葫芦钢丝绳再上升至原点状态，如此往复运动，如图1所示。

经分析，现场钢丝绳升降一共存在4个固定高度：（1）原点高度;（2）装卸垛平台高度;（3）吊篮运输高度;（4）提取罐吊篮放置高度。编程时只需固定4个高度位置，即可满足使用要求。

4    技术成果

如图2所示，改造前，编码器安装于电动葫芦马达扇叶轴上，因电机轴运动过程中发生不规则抖动，造成编码器频繁故障，无法保证正常使用。工程技术人员对该现象进行分析后，将编码器安装位置从电机轴更换为电动葫芦卷筒轴，安装方式如图3所示。

4.1    改造后编码器精度测算

改造后采用倍加福多圈绝对值编码器，精度达到14 bit一圈，相当于16 384位置/圈，电动葫芦卷筒与马达转速比为1：100。高速电动葫芦使用英国摩睿品牌S5系列型号S5B，该款电动葫芦可双速运行，高速速度为6.25 m/min，低速速度为4 m/min。

按照电动葫芦钢丝绳行走1 m计算：

编码器每圈行程为6.1 mm，现场吊篮设计最大下降高度为3.5 m，编码器旋转574圈。

4.2    编码器故障判断方式

在正常运行过程中，编码器会产生反馈值，启动电动葫芦后编码器数值将会发生变化，通过程序记录编码器当前值与前一秒的值，将两组数值进行对比，若两者之间数值不变或少于设定值，则认为电动葫芦出现故障，程序产生报警信号。

设定值计算方法：电动葫芦在高速模式下所需时间：×60≈107 s;每秒编码器旋转圈数：≈5.3圈。当编码器每圈变化值少于5，即可认为电动葫芦故障。

程序块实现方式如图4所示。

5    经济效益和社会效益

改造完成后，电动葫芦编码器应用程序及操作流程可固化，其具备自动化、安全、无人操作等特点，减少了人工劳动，解决了频繁维修的问题，具有良好的经济和社会效益。

6    應用前景

改造完成后，解决了编码器抖动问题，简化了程序计算，提高了中药吊篮提取设备整体运行稳定性。经过近半年的运行，电动葫芦编码器未出现过异常故障。实践证明，本文所述技术改进方式可复制、可推广。

收稿日期：2019-12-04

作者简介：罗康福（1990—），男，江西南昌人，助理工程师，从事制药设备工程技改工作。