Каждая система отслеживания положения электропривода, например серводвигатель или шаговый двигатель, должна знать, в каком положении она сейчас находится. Если этого не произойдет, она никогда не достигнет своей цели. Но датчик обратной связи должен сначала быть откалиброван к установленному положению, исходному положению вала, которое определяет его взаимосвязь с компонентами механизма. Знание исходного положения позволяет отслеживать перемещение электропривода относительно других элементов системы.
Самокалибровка
Исходные позиции устанавливаются во время самокалибровки энкодера. В режиме возврата в исходное положение электропривод вращает двигатель вперед и назад, пока не обнаружит сигнал от датчика исходного положения (концевой выключатель или датчик, установленный рядом с валом электродвигателя). Когда привод обнаруживает датчик, он записывает информацию с датчика и записывает ее как исходное положение двигателя. С этого момента все вращательные движения определяются относительно этой исходной точки.
Самокалибровка обычно выполняются на низкой скорости, чтобы обеспечить точный сигнал датчика исходного положения и минимизировать риск аварии, если датчик не найден (например, из-за обрыва провода или препятствия для прохождения сигнала). Для линейных осей с длинными ходами процессы самокалибровки могут занимать минуты или даже более. В сложных машинах, где оси пересекают другие оси, процедуры калибровки часто должны выполняться последовательно, одна ось за другой, а не параллельно. Это позволяет избежать столкновения между осями. Объединение всех этих медленных процедур самокалибровки увеличивает время запуска до нескольких минут и более.
При использовании нескольких энкодеров, таких как инкрементальные и абсолютные однооборотные энкодеры, для каждого цикла включения питания требуются процедуры возврата в исходное положение. Это означает, что каждый раз, когда машина выключается в конце смены, или для технического обслуживания, процедуры возврата в исходное положение должны выполняться снова после включения машины. Если во время аварийных остановок все вращающиеся части были отключены по соображениям безопасности, добавьте еще больше подпрограмм самокалибровки. Это означает, что на линии может быть много простоев и меньше времени на производство.
Оси управления движением инкрементальными или абсолютными однооборотными энкодерами теряют свою информацию о положении при отключении питания. Хуже всего дела обстоят с инкрементальными энкодерами, которые просто предоставляют информацию об относительном положении с момента их включения в сеть и подключения к электроприводу — с этого времени привод сохраняет промежуточные суммы счетчиков и рассчитывает профили движения на основе этих промежуточных значений. Абсолютные однооборотные энкодеры предоставляют уникальную информацию для каждой позиции в пределах одного оборота двигателя и, следовательно, не требуют возврата в исходное положение, если ось перемещается менее чем на один оборот для всех своих позиций. Но большинство осей управления движением должны двигаться более чем на один оборот при работе.
Многооборотные абсолютные энкодеры
Многооборотные абсолютные энкодеры решают проблему «длительных пробегов» при сбросе данных и длительных простоях, предоставляя и сохраняя информацию о положении двигателя до нескольких тысяч оборотов, даже если вал был отсоединен на длительные периоды времени. Это означает, что исходное положение, установленное во время калибровки, день назад, неделю назад или даже несколько лет назад, сохраняется энкодером, и электропривод может получить доступ к данной информации при подключении вала электрической машины к измерительному прибору. Достаточно всего один раз задать исходное положение во время начальной калибровки машины, чтобы установить точку отсчета, которая будет сохранена надолго. Это исключает возврат к началу отсчета при каждом включении питания, процедуре технического обслуживания, переключении между режимами или аварийной остановки, что значительно сокращает время простоя и повышает производительность.
Для создания многооборотных абсолютных энкодеров можно использовать несколько различных подходов. Обычно все начинается с базового инкрементального или однооборотного абсолютного энкодера. Затем добавляют аккумулятор, чтобы схема оставалась подключенной к питанию, даже когда отключен основной источник питания, чтобы энкодер постоянно отслеживал ее положение. Обратной стороной этого подхода является то, что батареи имеют большие размеры по сравнению с другими компонентами схемы и их необходимо регулярно менять. Это влияет на размер оси и требования к обслуживанию.
Другой подход — установить прецизионный редуктор между валом двигателя и однооборотным абсолютным энкодером. Редуктор будет спроектирован таким образом, чтобы для поворота однооборотного энкодера на полный оборот потребовались бы тысячи оборотов двигателя. Такой подход сокращает объем технического обслуживания, но для зубчатой передачи требуется место в корпусе энкодера, что значительно увеличивает стоимость. Это делает систему электропривода больше и дороже, чем другие подходы.
Третий подход основан на методе сбора энергии, основанном на эффекте Виганда, который генерирует импульс энергии при каждом повороте вала двигателя. Этого импульса достаточно для питания энкодера, чтобы можно было зафиксировать изменения положения, когда вал отсоединен. Нет механических компонентов, которые могли бы изнашиваться, а также не нужны аккумуляторы. В результате получился компактный, экономичный и не требующий обслуживания многооборотный энкодер, который сохраняет информацию абсолютного позиционирования.
Для приложений, в которых минимизация времени простоя имеет решающее значение, экономичным и простым подходом является использование многооборотных абсолютных энкодеров на всех осях управления движением. Это исключает повторяющиеся процедуры возврата в исходное положение. Также неплохо использовать энкодер со сбором энергии на основе Wiegand, чтобы сэкономить деньги при одновременном увеличении производства и сокращении времени простоя на техническое обслуживание.
