摘要：本文通过对安康水电站350T桥机加装安全监控系统中使用的正交增量编码器干扰问题的现场调试与研究，详细阐述了正交编码器信号干扰的特征与解决办法，结合具体的工程实例分析，为编码器信号抗干扰的工程应用，尤其是起重机上的使用提供了一种切实可行的方案。
关键词：编码器 信号干扰 起重机监控系统PLC
1概述
编码器在自动控制领域应用相当广泛，它是一种将角位移或直线位移信号或数据进行一定的编制，转换为可以实现通讯、传输和存储的信号（一般为电信号）形式的精密设备。它主要由码盘和码尺构成。按照工作原理，编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成高速计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。
其中增量型编码器以其较高的性价比应用最为常见，本文以增量编码器为例，结合实际工程来讨论其信号干扰问题和解决措施。
2 工程实例分析
2.1设计思路
安康水电站350T桥机监控系统采用4个增量编码器分别测主起升、副起升、大车和小车机构的4个位移量。具体方法是：增量编码器与计米轮同轴连接，然后通过弹性支架将计米轮压在车轮和卷筒上，从而将滚动位移通过旋转编码器的输出脉冲信号直接输入给PLC，利用PLC的高速计数器对其脉冲信号进行计数，以获得测量结果。
本项目选用的旋转编码器输出A、B、Z三相脉冲，PLC高速计数器只取A、B两相。编码器有5条引线，其中3条是脉冲输出线，1条是COM端线，1条是电源线（OC门输出型）。编码器和PLC高数计数器分别采用两个独立的直流24V开关电源供电。每个编码器通过一根6x0.75的屏蔽电缆将“24V，0V，A，B”分别与直流电源的“+”“-”端和PLC高速计数器连接，由于编码器为NPN型，而使用的PLC为西门子S7-200SMART，其为源型输入，因此编码器的A，B相须接上拉电阻，即将色环电阻并接在PLC的输入和电源“+”之间。
2.2问题描述
调试中发现PLC程序在线监测到编码器采集的数值扰动很大，数值飘动严重，而且出现主起升编码器转动，其余编码器不动时，所有编码器数值都飘动，且无论编码器正转还是反转，数值只增不减。
2.3问题排查
a)首先拆下编码器直接连在PLC高速计数器上，转动编码器时，PLC程序在线监测编码器正常，排除编码器本身的问题。
b)检查编码器接线，接线正确，屏蔽电缆的屏蔽层和编码器屏蔽层均正确接地，用万用表测接地电阻小于1Ω，符合规范要求，上拉电阻接线正确。
c)检查编码器滑线电缆时发现，施工中施工队为了节省电缆，编码器屏蔽电缆存在共用现象，即两个编码器共用一根屏蔽电缆，不符合规范，猜想导致信号相互间干扰原因之一，后现场改为一个编码器使用一根屏蔽电缆。
d)排除上述原因和问题后，编码器显示仍不正常，经过一番查资料试验后，最终锁定编码器电源和PLC电源的“直流共地”问题，后通过将两个开关电源的“-”极公共接地后，问题消失，编码器显示正常。如下图所示：
.png)
图1开关电源的负极共地
3 研究总结
通过对安康水电站350T桥机中增量编码器信号干扰问题解决过程的分析和整理，拓展总结在编码器使用中的一些注意事项和规范如下：
1)编码器屏蔽电缆的正确选择和接线。为保证信号的可靠传输应使用编码器专用的“双绞屏蔽”电缆，屏蔽层必须接地，因为电缆上传导的是高频电磁波，较高频率的频谱电磁波有沿着金属导体表面传播的特性，线间就会显现出两两线间电容特性，高频电磁波是走电容的。信号芯线与电源线也会形成线间电容，信号芯线与屏蔽层也会形成线间电容。高频电磁波从一个信号芯线通过电容到另一个信号芯线，这称为“串音干扰”，例如A相对B相相互串音干扰。“双绞”的作用是将A+与A-在外部看过去是合成为一种正相与反相电磁波的叠加，而配对双绞叠加后看似一个直流场，没有电磁场变化的传导。直流传导形成的电磁场对线间电容不敏感，也就是没有了串音干扰。
2)注意编码器是NPN型还是PNP型，涉及与源型和漏型PLC模块的匹配问题，一般是NPN型配对漏型PLC，PNP型配对源型PLC，否则需要接上拉电阻或下拉电阻来实现编码器被PLC高速计数器的有效采集。
3)每个编码器单独走线，避免屏蔽电缆共用造成的相互干扰问题。
4)编码器和PLC电源供电。此项尤其需要重视，编码器和PLC采用同一个直流电源供电，若采用两个单独的电源供电，则必须保证两个电源的“负极共地”，才能保证编码器和PLC的正确通信与显示。
5)PLC程序必须调用高速计数器指令才能实现编码器和PLC的正确通讯，PLC才能抓取到编码器采集的高速脉冲信号。
4结束语
通过本次对安康水电站350T桥机加装安全监控系统中使用的正交增量编码器干扰问题的成功解决和经验总结，尤其是针对起重机中编码器的正确使用分析，给其他工程项目中此类问题的解决提供了一种切实可行的思路和方案。
参考文献
[1]起重机械安全监控管理系统:GB/T 28264-2017[S],2017.
[2]荣大龙.旋转编码器在有轨缆车PLC控制系统中的应用[J].微计算机信息，2016
[3]顾燕明,李建华.堆取料机行走编码器的抗干扰故障排除[J].电世界,2008.
论文作者:韩宇宣
论文发表刊物:《电力设备》2019年第22期
论文发表时间:2020/4/13
标签：编码器论文; 信号论文; 屏蔽论文; 干扰论文; 增量论文; 电缆论文; 安康论文; 《电力设备》2019年第22期论文;