编码器在工厂的使用及常见故障处理

　　摘要:编码器是将信号或数据进行编制、转换为可用于通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器有着诸多的优点，在工业中的应用越来越广泛。但在使用过程中也常有故障发生。介绍了韶钢特轧厂板材工序编码器在应用中常见的故障，提出了解决方法，并阐述了在编码器应用中减少故障的具体措施和方法。

　　关键词:编码器;编码盘;绝对式编码器;增量式编码器

　　机械工程师论文范文阅读：起重机械故障原因诊断与检验检测

　　随着起重机械的大量使用，起重机械的故障成为很多企业研究的重中之重，企业对很多起重机械进行故障检测，同时，对起重机械进一步调查，总结出起重机械在实际使用中经常出现的故障，并对其进行分析，总结出这些故障出现的原因以及预防措施，以保证起重机械的实际使用效果。

　　1工厂常用编码器工作原理

　　1.1板材工序常用的编码器

　　宝武集团广东韶关钢铁有限公司(以下简称“韶钢”)特轧厂板材工序用的编码器用量和种类较多，有用于速度反馈的编码器和用于位置反馈的编码器，分别为增量编码器和绝对编码器。光电式编码器的码盘是一块圆形的光学玻璃，采用照相腐蚀工艺，在码盘上刻出透光和不透光的码形。并采用光电转换元件代替接触式编码器电刷。光电编码器的精度取决于码盘的精度。下面主要介绍光电式码盘编码器的工作原理。

　　1.2光栅位移测量系统

　　光栅传感器是一种能把位移转化为数字量输出的数字式传感器。

　　1.2.1光栅的测量原理

　　光栅是在基体上刻有均匀分布条纹的光学元件。光栅主要由标尺光栅、指示光栅、光路系统和光电元件等组成。标尺光栅的有效长度即为测量范围。使用时两光栅相互重叠，两者之间有微小的空隙d，W为栅距，使其中一片固定，另一片随着被测物体移动，即可实现位移测量。

　　1.2.2莫尔条纹

　　在与光栅线纹大致垂直的方向上产生出亮、暗相间的条纹，这些条纹称为“莫尔条纹”。莫尔条纹的间距与两光栅线纹夹角θ之间的关系为:B=W2sinθ2≈Wθ在两光栅沿刻线的垂直方向作相对移动时，莫尔条纹在刻线方向移动。两光栅相对移动一个栅距W，莫尔条纹也同步移动一个间距B。当W一定时，θ越小，则B越大。相当于把栅距放大了1/θ倍，提高了测量灵敏度。一般角θ很小，W可以做到约0.01mm，而B可以到6～8mm。采用特殊电子线路可以区分出B/4的大小，因此可以分辨出W/4的位移量。例如W=0.01mm的光栅可以分辨0.0025mm的位移量。密封，以防止油污、灰尘、铁屑等的污染。

　　1.2.3辩向电路

　　两个相隔1/4莫尔条纹间距的光电元件，将各自得到相差π/2的电信号u1和u2。它们经整形转换成两个方波信号u1’和u2’。当光栅沿A方向移动时，u1经微分电路后产生的脉冲正好发生在u2’处于“l”电平时，从而经Yl输出一个计数脉冲;而u1’经反相并微分后产生的脉冲则与u2’的“0”电平相遇，与门Y2被阻塞，没有脉冲输出。当光栅沿C方向移动时，u1’的微分脉冲发生在u2’为“0”电平时，与门Y1无脉冲输出;而u1’的反相微分脉冲则发生在u2’的“1”电平时，与门Y2输出一个计数脉冲。于是可以根据运动方向正确地给出加计数脉冲或减计数脉冲，再将其输入可逆计数器，即可实时显示出相对于某个参考点的位移量。光栅的特点:光栅式位移传感器具有分辨力高(可达1μm或更小)、测量范围大(几乎不受限制)、动态范围宽等优点，且易于实现数字化测量和自动控制，是数控机床和精密测量中应用较广的检测元件。其缺点是对使用环境要求较高，现场使用要求。

　　1.3轴角编码器

　　1.3.1光电盘

　　光电盘是一种最简单的光电式转角测量元件。电盘装在回转轴上，轴的另一端装有齿轮，该齿轮与驱动齿轮或齿条啮合时，可带动光电盘旋转。回转轴也可以直接被主轴或丝杠驱动。光电盘置于光源和光电管之间，当光电盘转动时，光电管把通过光电盘和光栏板射来的忽明忽暗的光信号转换为电脉冲信号，经整形、放大、分频、计数和译码后输出或显示。由于光电盘每转发生的脉冲数不变，故由脉冲数即可测出被测轴的转角或转速。也可根据传动装置的速比换算出直线运动机构的直线位移。根据光栏板上两条狭缝中信号的先后顺序，可以判别光电盘的旋转方向。光电盘制造精度较低，只能测增量值，易受环境干扰，所以多用在简易型和经济型数控机床上。

　　1.3.2编码盘

　　编码盘是把被测转角直接转换成相应代码的检测元件。编码盘有光电式、接触式和电磁式3种。光电式码盘是目前应用较多的一种，它是在透明材料的圆盘上精确地印制上二进制编码。码盘上各圆环分别代表一位二进制的数字码道，在同一个码道上印制黑白间隔图案，形成一套编码。黑色不透光区和白色透光区分别代表二进制的“0”和“1”。在一个四位光电码盘上，有四圈数字码道，在圆周范围内可编数码数为16个。工作时，码盘的一边放置灯光，另一边放置光电接受装置，每个数位都对应一个光电管及相应放大、整形电路。码盘转到不同位置，光电元件接受光信号，并转成相应的电信号，经放大整形后，成为相应数码电信号。

　　2编码器常见故障及解决方法分析

　　韶钢板材工序编码器使用中经常出现各种故障，影响线上生产，造成经济损失。故障一般处理方法如下。1)编码器本身故障。指编码器本身元器件故障，导致其不能产生和输出正确的波形。主要原因是编码器本身质量或者使用年限已经很长。这种情况下需更换编码器。2)编码器连接电缆故障。这种故障较常见，通常为编码器电缆断路、短路或接触不良，处理方法是换电缆或接头。同时注意是否是由于电缆固定不紧，造成松动引起开焊或断路，若是，需卡紧电缆。3)编码器+5V电源下降。指+5V电源过低，正常不能低于4.75V，过低原因是供电电源故障或电源传送电缆阻值偏大而引起损耗，这时检查电源或更换电缆。

　　4)绝对式编码器电池电压下降。这种故障通常有含义明确的报警作用。这时需更换电池，如果参考点位置记忆丢失，还须执行重回参考点操作。5)编码器电缆屏蔽线未接或脱落。会引入干扰信号，使波形不稳定，影响通信的准确性，这时，对屏蔽线进行可靠的焊接及接地。6)编码器安装松动。影响位置控制精度，造成停止和移动中位置偏差量超差，甚至一开机即产生伺服系统过载报警，需要特别注意。处理方法是紧固轴连接螺丝和编码器固定螺丝。

　　7)光栅污染。信号输出幅度下降，必须用脱脂棉沾无水酒精轻轻擦除油污。

　　3编码器故障解决的注意事项

　　1)增量旋转编码器使用应注意选型，主要3方面的参数。a)机械安装尺寸，包括定位止口，轴径，安装孔位;电缆出线方式;安装空间体积;工作环境防护等级是否满足要求。b)分辨率，即编码器工作时每圈输出的脉冲数，是否满足设计使用精度要求。c)电气接口，编码器输出方式常有推拉输出(F型HTL格式)，电压输出(E)，集电极开路(C，常见C为NPN型管输出，C2为PNP型管输出)，长线驱动器输出。其输出方式应和其控制系统的接口电路相匹配。2)注意编码器电源和PLC的连接。板材工序编码器的工作电源有3种:5Vdc、5～13Vdc和11～26Vdc。11～26Vdc的编码器取用PLC的24V电源，需注意的是:a)编码器的功耗，在PLC的电源功率范围内。

　　b)编码器如是并行输出，连接PLC的I/O点，需了解编码器的信号电平是推挽式输出还是集电极开路输出。集电极开路输出的，有N型和P型2种，需与PLC的I/O极性相同。推挽式输出连接则没有问题。c)编码器如是驱动器输出，一般信号电平是5V，连接时须防止24V电源电平串入5V的信号中而损坏编码器的信号端。3)排除编码器受干扰的影响。在很多的情况之下，编码器没有坏，只是受干扰，造成波型不好，导致计数不准。这主要因为编码器周围干扰比较严重，比如:大电动机运行，电焊机频繁起动，与动力线同一管道传输等。4)编码器故障判断常用步骤。a)排除(搬离、关闭、隔离)干扰源。b)判断是否为机械间隙累计误差，c)判断是否为控制系统和编码器的电路接口不匹配(编码器选型错误)。判断是否是编码器自身故障的简单方法是排除法:换1台相同型号的编码器，如果故障现象相同，则可排除编码器故障，若故障立刻排除，则可判定是编码器故障。

　　4结语

　　通过对韶钢特轧厂宽板工序编码器运行过程中存在的问题进行分析，提出了解决问题的实际方法和措施。采取针对性的措施后，编码器的故障时间大为减少，故障率大幅降低。编码器故障虽然比较复杂，但只要掌握其工作原理和故障的基本特征及产生原因，平时工作多积累经验，就能快速、准确地判断故障的根源，从而采取有效措施，提高使用稳定性。