1.现场案例及分析解决
1.1 由于机械安装等原因造成的脉冲丢失的问题
Case1:某钢厂热连轧精轧机架F1主传动交交变频系统:
编码器系统采用霍伯纳增量式编码器。在设备调试期间,变频器设置为I/F运行模式(此模式:无编码器运行,测试的一个重要内容是在设定频率下,观测编码器反馈信号的极性,大小及稳定程度等)。电机的基本数据:额定转速100rpm,额定频率6.67Hz,电机极对数4.
在设定频率为0.125Hz时电机转速对应转速约为6.3rpm,此时发现电机每转一圈,来自于编码器的速度实际值出现跌落尖峰。
Case2:直流调速装置在做弱磁优化过程中编码器监控故障
无测试方式运行测试下观测编码器反馈的信号r0061,如图
观测到速度实际值出现回零的速度跌落。并且均匀的周期出现跌落的情况。
Case1,2问题的分析:出现此类编码器信号跌落的频率与电机转速实际值存在一定对应关系,一般说明编码器在某些位置上的光栅信号出现问题。
造成这样的问题的主要原因在于编码器安装过程中出现敲击,冲撞等机械损伤,从而影响编码器的光电系统引起相关问题。
解决问题:由于硬件的损伤,只能进行更换!
1.2 由于电磁干扰造成的编码器信号不稳定的问题
Case1:原料自动化立体仓储定位控制,采用SSI编码器,现场出现位置给定与实际值之间偏差较大的故障。
Case1的问题分析:现场工程师通过变频器是否使能脉冲观察SSI编码器的时钟信号。
变频器未使能情况下的SSI信号
变频器使能情况下的SSI信号
通过判断,SSI编码器的时钟信号在变频器使能的情况下出现了“毛刺”:干扰源:变频器;耦合路径:交变强电厂耦合至编码器信号回路;受扰体:编码器信号。
检查电缆的屏蔽接地情况:
SSI信号电缆屏蔽层没有可靠焊接到SUB-D接口金属壳上。
问题的解决:一方面处理信号电缆的屏蔽层可靠接地的情况;另一方面通过与干扰源(变频器及动力)进行空间的隔离处理。
驱动系统EMC安装的典型示意图
编码器屏蔽电缆可靠接地后SSI波形。
1.3 编码器长线传输高频特性问题
Case1:某皮带机采用编码器矢量控制,在电机转速>1000rpm以上时转速实际值丢失情况;在<1000rpm无故障
低速下的编码器信号
高速下的编码器信号
问题分析:编码器的脉冲信号的输出频率与转速成线性比例关系的。随着转速的增加编码器的输出信号频率增加。从故障现象看,这是典型的信号长线传输高频特性不良造成的问题。
线路传输距离约100m:动力电缆与信号电缆没有分开走线。
编码器信号进选用了普通多芯、非屏蔽、非双绞电缆
高速下(1450rpm时),编码器开路情况下测量下的波形(正常)(测量位置在编码器端)
工程师通过测试编码器基本排除编码器自身的硬件问题。通过线路及电缆的情况调查,基本将问题锁定在编码器传输线路上。
问题的解决:改善信号电缆的输出特性;减小高频信号的传输距离;信号电缆的空间排布;增强编码器输出带载能力等。基于现场实际情况,重新整理信号电缆的传输距离(从130m减小到90m)后,大大减小了信号传输的距离,极大的改善了长线高频信号传输的特性。
1.4 模拟测速电机的相关噪声问题的处理
Case1:直流调速系统,在零速给定情况下,电机摆动,无法停车。
问题的分析:在系统没有运行时的测速电机的反馈信号,存在不规律的数值波动,由于速度调节器采用的时PI控制,是无差系统,在零速给定的情况下,反馈信号在“0”附件的变化造成系统无法正常停车,出现抖动情况。
问题的解决:对于叠加到模拟信号的背景噪声,以及模拟电路中的漂移信号等,一般是高频噪声,可通过软件或硬件滤波方式进行处理;对于信号电缆应该选用双绞屏蔽电缆,并且电缆屏蔽层要两端可靠接地;但是需要注意的时,双端接地对于低频的噪声串扰,将会在信号中叠加低频“hum”接地环流噪声,一方面在驱动侧将屏蔽层可靠接地,现场端可通过MKT型电容器(容量10nF/100V)可靠接地;在软件方面,也可通过速度调节器的PIP控制的切换等方法解决相关问题。
2. 总结
通过编码器干扰问题1/2介绍,我们可以看到在解决有关编码器的干扰问题时,应该从系统设计入手,根据实际现场的应用与环境条件选择合适的设备,编码器系统一般受到共模和差模干扰,对于共模干扰来讲我们可选择差分类型的编码器,比如双极性类型,对于差模干扰,一般对于电缆选择,线路路径,电源系统隔离处理,信号参考等需要仔细设计与布置。
通过上面case的举例,在现有系统中,需要仔细甄别编码器故障的性质,方能采用正确的手段进行处理。
由于EMC问题的复杂性,分析与处理方法可能会有不同和不足,对于实际问题的分析,希望能抛砖引玉,深入讨论,以利进一步处理实际工程问题。