轴编码器在矿井提升机中的应用

2014-12-13黄传武

江西煤炭科技 2014年3期

黄传武，方华

（1.萍矿集团公司杨桥煤矿，江西萍乡 336614；2.江西煤矿抢险排水站，江西南昌 330029）

1 概述

以PLC为控制系统核心的新型矿井提升机电控系统中，绝大多数都是通过PLC高速计数端口，采集与提升机高速或低速轴相联接的轴编码器输出的电气脉冲信号，用来进行提升机运行速度、行程位置的检测计算，从而实现提升机电控软件系统各项速度保护、减速功能保护、过卷保护以及到位停车功能等。另外，在变频提升机电控系统中作为变频器矢量控制的转速反馈，以保证变频器较高的动态响应能力和在低频时稳定的转矩输出。

轴编码器主要由码盘4（圆光栅、指示光栅）、机体、发光器件5、透镜6、7感光器件8等组成（见图1）。其工作原理是：由圆光栅和指示光组成一对扫描系统，在扫描系统的一侧投射一束红外光，在扫描系统另一侧的感光器件就可以收到扫描光信号；当圆光栅转动时，感光器件收到的扫描光信号会发生变化。感光器件可以把光信号转变成电信号，并输出给控制系统。

图1 轴编码器的组成

轴编码器按测量的基点类型分为增量式轴编码器和绝对式轴编码器，矿井提升机中使用的都是增量式轴编码器。

在轴编码器的使用中需主要注意三个方面的问题，一是选型的问题，二是安装时机械和电气方面的问题，三是当编码器出现计数有问题时，如何判断是PLC高速计数接口损坏还是轴编码器以及接线电缆的问题。

2 轴编码器的选型问题

轴编码器选型主要涉及到三个方面的因素：

1）要考虑到机械安装尺寸，包括轴径、安装孔位、安装的空间体积以及工作环境是否满足防护等级要求。

2）要根据所接PLC高速计数器端口的采样频率来选择轴编码器工作时每圈输出的脉冲数。例如FX2N 系列PLC的高速计数器计数端，其采集编码器脉冲个数最佳工作范围一般应限制在2.5kHz（即每秒最多2500个脉冲），比如轴编码器安装在740r／min的高速轴端，换算后为12 r／s，假如选择的编码器型号为E6B2-CWZ6C，1000P／R，则轴编码器一秒钟计12×1000=12000个脉冲，大大高于2500个脉冲。因为PLC 的高速计数口工作于中断方式，当计数频率过高时，中断响应可能跟不上，使得PLC 的运行周期变长，严重情况会导致PLC停机，所以应避此种情况出现。

3）电气接口方面，所选编码器其输出方式应和控制系统的接口电路相匹配。

3 编码器安装时机械和电气方面应注意的问题

1）应保证轴编码器轴与用户输出轴的不同轴度＜0.2 mm，与轴线的偏角＜1.5°，如果不能保证良好的同心度，偏摆较厉害，建议用软管联接。在变频器矢量控制带编码器的转速反馈系统中，编码器的联接是否良好，显得尤为重要。采用西门子6SE70系列变频器拖动的提升机，如果轴编码器与电机轴联接不好，造成轴编码器反馈输出信号丢失，会引起在加速过程中，变频器极F011过流故障，提升机紧急制动，有时也会造成电机输出转矩脉动变化，损坏减速机。

2）安装时严禁击打和碰撞，以免损坏码盘，长期使用时应注意经常检查轴编码器的联接是否同心以及编码器的固定螺丝是否松动。

3）轴编码器屏蔽层近端、远端或双端接地，接地线应尽量粗，一般大于Φ3mm，保证接地良好，减少电气系统对编码器的干扰。与编码器连接的电机等设备应保证接地良好，不要有静电。

4）编码器的信号线不要接到直流和交流电源上，编码器的输出线应注意不要接错，彼此搭接以免损坏编码器的输出电路。

5）配线时应采用屏蔽电缆，避免与动力电缆敷设在一起。