Абсолютні енкодери

Абсолютні енкодери: Загальні відомості

Абсолютні поворотні енкодери – це датчики, які точно визначають положення і широко використовуються в промислових застосуваннях, таких як виробництво сталі, вітроенергетика, крани, судна та медична техніка. Виробники, такі як Baumer, TR-Electronic, SICK, Pepperl+Fuchs, Omron пропонують широкий асортимент таких пристроїв.

Основні особливості абсолютних енкодерів

Ключова відмінність абсолютних енкодерів полягає в тому, що вони можуть визначати поточне абсолютне значення положення відразу після увімкнення живлення, без необхідності проведення операції референсування (пошуку нульової точки), використання лічильників чи батарей. Це усуває потребу в контрольному русі після подачі живлення.

Енкодери поділяються на дві основні категорії залежно від того, що вони вимірюють:

• Singleturn (однообертові): Визначають абсолютне положення в межах одного оберту вала енкодера.
• Multiturn (багатообертові): Надають абсолютне положення в межах одного оберту, а також додатково фіксують кількість виконаних обертів. Для виявлення кількості обертів у багатообертових енкодерах часто використовується магнітний підрахунок через редуктор або інноваційні системи без батареї.

Технічні характеристики та методи сканування

Для визначення позиції абсолютні енкодери використовують оптичне або магнітне сканування. Вибір методу залежить від вимог до точності, швидкості та стійкості до навколишнього середовища.

Основні технології сканування:

• Оптичне сканування: Завдяки сучасній технології Opto-Asic може забезпечувати дуже високу роздільну здатність - до 18 біт (або 262 144 кроків) в межах одного оберту. Цей тип сканування застосовується, коли необхідне швидке захоплення позиції з високою роздільною здатністю. Оптичне сканування для стандартних промислових завдань зазвичай забезпечує роздільну здатність до 15 біт на оберт і до 4096 або 256 000 сканованих обертів.
• Магнітне сканування: Це надійний та економічно вигідний варіант, який є найкращим вибором для застосувань із меншими вимогами до точності, роздільної здатності та часу реакції. Типова роздільна здатність може становити 11 біт на оберт, доповнена 4096 абсолютними сканованими обертами.

Різні моделі енкодерів пропонуються у різних типорозмірах корпусу, наприклад, 22 мм (найменші абсолютні багатообертові), 36 мм (компактні), 58 мм (промисловий стандарт) і навіть великі корпуси 110 мм та 115 мм, які вміщують порожнисті вали діаметром до 50 мм.

Переваги та комунікаційні можливості

Абсолютні енкодери, які пропонують виробники, такі як TR-Electronic та SICK, оснащені широким спектром інтерфейсів і додаткових функцій, що полегшує їхню інтеграцію в системи автоматизації:

• Комунікаційні інтерфейси: Доступні численні промислові стандарти, включаючи SSI, ISI, ASI, LWL, Parallel, CANopen, Profibus-DP, а також високопродуктивні Ethernet-інтерфейси, такі як PROFINET, EtherCAT, EtherNet-IP та DRIVE-CLiQ (для сімейства приводів SINAMICS від Siemens AG).
• Діагностика та Індустрія 4.0: Сучасні енкодери підтримують концепції Industry 4.0 та Smart Factory. Вони надають діагностичні повідомлення та інформацію про стан машини, такі як температура, час роботи, а також сигнали тривоги. Це дозволяє здійснювати довгостроковий нагляд за обладнанням та превентивне обслуговування.
• Налаштування в процесі роботи: Функція “On the fly” preset дозволяє виконувати абсолютні коригування положення синхронно з циклом керування, навіть коли система працює, що усуває необхідність зупинки осі.
• Контроль швидкості: Деякі енкодери можуть генерувати вихід швидкості з настроюваним усередненням, а також забезпечувати програмований апаратний вихід для моніторингу швидкості або граничних вимикачів.
• Стійкість до середовища: Існують моделі з повністю інкапсульованою електронікою, надзвичайно міцні та герметичні (наприклад, IP 69 K), виготовлені з нержавіючої сталі, що ідеально підходять для агресивних середовищ (паперова промисловість, харчова та фармацевтична промисловість).

HeavyDuty енкодери Baumer

Абсолютні енкодери категорії HeavyDuty (наприклад, від Baumer, чий центр компетенції Hübner Berlin відомий своєю HeavyDuty технологією) спеціально розроблені для максимальної надійності та довговічності в екстремальних умовах навколишнього середовища, де виникають високі механічні навантаження.

Ці енкодери призначені для застосування у важкій промисловості, включаючи портові установки та кранову техніку, сталеливарні та прокатні заводи, великі приводи, генератори та вітрові турбіни.

Особливості конструкції HeavyDuty енкодерів

Конструкція HeavyDuty від Baumer забезпечує безпрецедентну довговічність:

• Надійна механіка: Характеризується міцною конструкцією, двостороннім розташуванням підшипників та великою відстанню між ними. Це забезпечує високий запас навантажувальної здатності при великих радіальних та осьових навантаженнях вала. Для запобігання індукційним струмам вала використовуються гібридні підшипники з керамічними кульками.
• Стійкість до корозії: Корпус виготовляється з алюмінію або нержавіючої сталі та має видатний антикорозійний захист, який може відповідати категорії CX (C5-M), що робить їх ідеальними для використання поблизу берега або в морі.
• Герметизація: Складна концепція ущільнення забезпечує довгострокову стабільність класів захисту IP 66 та IP 67 у широкому діапазоні температур, аж до +95 °C.

Технологічні переваги Baumer HeavyDuty

Крім фізичної міцності, HeavyDuty енкодери Baumer використовують інноваційні технологічні рішення:

• Енергонезалежний багатообертовий лічильник MicroGen: Це унікальний запатентований мікрогенератор, який отримує енергію безпосередньо від руху поворотного вала. Він працює без редуктора та без батареї, не має зношуваних частин і не потребує обслуговування.
• Висока роздільна здатність: Магнітне однообертове сканування забезпечує високу точність, порівнянну з оптичною технологією, для забезпечення високої якості управління. Загальна роздільна здатність (для багатообертових версій) може досягати до 40 біт.
• Сигнальні виходи високої потужності: Інкрементальні вихідні драйвери (HTL/TTL) мають високу продуктивність і захист від короткого замикання, витримуючи струмові піки до 300 мА. Вони забезпечують надійну якість сигналу при передачі на великі відстані (наприклад, TTL до 550 м).
• Сумісність з Industry 4.0: HeavyDuty енкодери підтримують такі інтерфейси, як PROFINET та OPC UA, надаючи доступ до додаткових параметрів та діагностичної інформації для оптимізації процесів.

Відмінність інкрементальних енкодерів від абсолютних енкодерів

Основна відмінність між інкрементальними та абсолютними енкодерами полягає у способі визначення положення. Інкрементальні енкодери вимірюють лише зміну кута, тоді як абсолютні енкодери вимірюють абсолютне положення.

Інкрементальний енкодер - це енкодер, який видає квадратну або синусоїдальну/косинусоїдальну хвилю. Кількість періодів можна підрахувати за синусоїдальним/косинусоїдальним виходом, а кількість імпульсів підраховується для квадратного виходу, щоб отримати інформацію про швидкість або прискорення. Зворотний зв'язок інкрементального енкодера зазвичай використовується в таких галузях, як пакування, друк, конвеєри та переробка, для контролю швидкості та прискорення.

Абсолютні енкодери працюють інакше - вони записують обертальний рух валу, присвоюючи унікальний кодовий шаблон (світлову маску) кожному кутовому зсуву. Абсолютний енкодер видає унікальне значення положення для кожного положення вала. Завдяки цьому абсолютні енкодери завжди передають точне абсолютне положення валу, незалежно від того, чи було вимкнене живлення, і їм не потрібно повторно визначати свою позицію.

Однією з найбільших відмінностей між цими двома типами енкодерів є інформація про положення. З інкрементними енкодерами інформація про положення не зберігається після вимкнення живлення і не вказує конкретне положення, а лише зміну положення. Водночас абсолютний енкодер показує точне положення при ввімкненні живлення і вказує зміну положення та конкретне положення.