Интересной тенденцией в промышленности является замена автономных энкодеров (датчиков вращения с собственным корпусом, подшипниками и валом) модульными или «комплектными» энкодерами. Новые устройства предназначены для установки на или внутри корпуса двигателя, при этом вращательные движения измеряются непосредственно от вала электрической машины. Интеграция устройств обратной связи по положению в двигатели или другие типы машин может сэкономить средства и упростить конструкцию рабочей машины. Но это не означает конец пути для обычных автономных энкодеров.
Немного об энкодерах
Поворотные датчики были ключевыми компонентами в системах управления движением с самых первых дней цифрового управления, преобразовывая вращательное движение в цифровой сигнал обратной связи для ПЛК, микроконтроллера или компьютера системы управления.
Автономные энкодеры, имеющие собственный вал, подшипники, корпус и уплотнения, уже давно пользуются популярностью у машиностроителей и системных интеграторов. Эти устройства, которые производятся с огромным разнообразием размеров, форм и эксплуатационных характеристик, могут быть установлены практически в любом месте машины, где необходимо отслеживать вращательные движения.
Однако, поскольку многие промышленные системы управления движением приводятся в действие электродвигателями, растет интерес к интеграции обратной связи движения и положения в двигатели, созданию серводвигателей или шаговых двигателей с обратной связью. Движущими факторами здесь были стоимость и заинтересованность в упрощении конструкции за счет уменьшения количества отдельных компонентов.
Для встроенной обратной связи двигателя измерительные компоненты энкодера прикреплены к корпусу двигателя, а вращательные движения измеряются непосредственно от приводного вала. Технологии, используемые в этих интегрированных устройствах, часто тесно связаны с технологиями, используемыми в автономных энкодерах, а эти устройства, называемые «комплектом» или модульными энкодером, во многих случаях представляют собой отдельные версии своих автономных аналогов.
Интегрированная в двигатель обратная связь
Серводвигатели часто используются для точного контроля положения в роботах или высокоточных станках с ЧПУ. Технология оптического датчика была фаворитом в этой области из-за ее точности и превосходного динамического отклика. Однако новое поколение прецизионных компонентов магнитного энкодера предлагает привлекательную альтернативу. Они имеют компактные форм-факторы (всего 22 мм в диаметре) и менее подвержены воздействию пыли, влаги, ударов и вибрации, чем оптические энкодеры.
Магнитные энкодеры также легче устанавливать при нормальных заводских условиях, поскольку они допускают умеренные отклонения между валом и измерительным модулем. Кроме того, имеются магнитные энкодеры с возможностью многооборотного измерения, основанные на счетчиках вращения с автономным питанием, питаемых по технологии сбора энергии Wiegand. Это элегантное решение устраняет необходимость в резервных батареях или сложных дисковых системах с редуктором, используемых в некоторых многооборотных оптических энкодерах.
Набор энкодеров также может быть установлен на шаговых двигателях для обеспечения интегрированной обратной связи с системой управления, что повышает точность за счет устранения ошибок позиционирования из-за пропущенных шагов. (Это может стать серьезной проблемой при более высоких скоростях, когда выходной крутящий момент от шаговых двигателей уменьшается, а вероятность пропущенных шагов увеличивается.)
Большой привлекательностью шаговых двигателей является их относительно низкая стоимость, особенно по сравнению с серводвигателями высокого класса. Отсюда следует, что стоимость является важным фактором при выборе решения с интегрированным энкодером. Простые недорогие оптические инкрементальные энкодеры могут обеспечить системе управления достаточную точность, например, было ли выполнено пошаговое движение в соответствии с запросом.
Для более требовательных приложений управления положением абсолютные энкодеры могут быть лучшим выбором, поскольку они предоставляют контроллеру полную картину положения вращения вала двигателя, включая число выполненных оборотов. Экономичные многооборотные магнитные абсолютные энкодеры хорошо подходят для этой задачи.
Энкодер полого вала
Описанные выше датчики набора часто устанавливаются на неприводной стороне двигателя (рисунок выше). Однако в некоторых случаях полезно иметь возможность позиционировать элементы измерения вращения на стороне привода двигателя. Кольцевые энкодеры с полым валом могут быть установлены вокруг приводного вала или в других местах в редукторной системе.
Например, когда система привода включает в себя редукторы с усилителем крутящего момента, полые элементы датчика положения вала могут быть установлены на выходном конце привода, чтобы избежать ошибок позиционирования, вызванных люфтом в зубчатой передаче. Для рукавов робота или суставов запястья угловые отклонения могут быть измерены непосредственно в месте соединения с полыми элементами вала, встроенными в секции рычага. Большие центральные отверстия доступны для прокладки кабелей и шлангов в конструкции.
Энкодеры без подшипников
Бесподшипниковые энкодеры — это относительно новая концепция, которая сохраняет прочный корпус автономных энкодеров, но с вращающейся частью измерительной системы (например, постоянным магнитом для магнитных энкодеров), прикрепленной непосредственно к валу ведущей-машины. Такое расположение исключает опоры и уплотнения обычных автономных энкодеров, экономя пространство и снижая затраты. Внешняя оболочка защищает измерительные элементы от физического повреждения.
Постоянная роль автономных энкодеров?
Хотя интегрированная обратная связь с двигателями занимает все большую долю рынка систем управления движением, будущее для автономных энкодеров по-прежнему выглядит блестящим. Движущей силой здесь является взрывной рост цифровых систем управления движением и положением всех типов. Благодаря значительному прогрессу в технологии обработки информации, включая использование мощных микропроцессоров и сложных алгоритмов обработки сигналов, многие новые интересные области применения становятся технически и экономически осуществимыми.
Современные цифровые энкодеры, как встроенные, так и автономные, значительно меньше, жестче и дешевле своих предшественников, что делает их жизнеспособными в областях, выходящих за рамки их первоначальной базы производства и промышленной автоматизации. Небольшие недорогие энкодеры в сочетании с цифровым управлением появились в качестве высокопроизводительной замены для старых аналоговых систем на основе потенциометров или резольверов в таких областях, как мобильная техника, медицинское оборудование или даже бытовая электроника.
В области промышленного управления движением автономные энкодеры по-прежнему доминируют в важных нишах. Автономные энкодеры остаются отличным решением для машин, которые используют неэлектрические приводные двигатели, такие как пневматика или гидравлика. Кроме того, поскольку автономные устройства можно устанавливать рядом с «рабочей поверхностью», их можно использовать, чтобы избежать потери точности позиционирования, которая может возникнуть, когда мощность двигателя передается через длинные зубчатые передачи, ремни или другие механизмы.
Существуют также экономические факторы, помимо стоимости устройств. Например, автономные абсолютные цифровые энкодеры часто поддерживают связь по шине fieldbus или Ethernet, в которой используются системы проводки с общим кабелем (например, с последовательным подключением). Это обеспечивает гораздо более простую разводку проводов, чем это было бы возможно при двухточечной аналоговой или последовательной связи. Современные датчики с расширенными возможностями связи также могут иметь функции самодиагностики, которые ускоряют обслуживание и устранение неисправностей.
Таким образом, управление движением играет важнейшую роль во многих развивающихся отраслях, включая ветряную и солнечную энергетику, автономные управляемые транспортные средства (AGV), роботы / коботы и хирургические инструменты. Особые требования в каждой из этих областей будут означать новые требования к энкодерам всех типов — встроенным и автономным.
Упрощенная замена энкодера
Автономные энкодеры были установлены на огромном количестве машин, и хотя большинство из них часто обеспечивало длительный, надежный сервис, срок службы и уровень износа могут ухудшить их производительность и надежность. Когда приходит время искать замену, владельцы машин могут оказаться в шоке: найти старые модели становится проблематично, а иногда и невозможно.
Производитель энкодеров Posital облегчает поиск подходящих замен для труднодоступных устройств. Благодаря философии модульного дизайна и технологии производства, компания может создавать новые датчики с механическими, электрическими и эксплуатационными характеристиками, которые дублируют характеристики более старых продуктов их и других производителей, одновременно снижая затраты. Инструмент Posital Encoder Match позволяет клиентам вводить номер модели продуктов от многих производителей и находить функционально эквивалентные модели из каталога компании.
