wersja mobilna
Online: 384 Czwartek, 2016.09.29

Raporty

Przetworniki położenia i silniki skokowe

czwartek, 07 sierpnia 2014 12:12

Zapewnienie precyzyjnego pomiaru prędkości obrotowej i pozycji elementów wykonawczych jest w przypadku wielu maszyn i procesów technologicznych nieodzowne. W szeregu aplikacji wymagane jest też dokładne regulowanie prędkości obrotowej oraz wykonywania ruchów obrotowych o ściśle określony kąt. W pierwszym z przypadków stosuje się przetworniki położenia, w drugim zaś - silniki skokowe. Ponieważ urządzenia te dostarczane są często przez te same firmy i występują wspólnie, w raporcie łączymy omówienie obydwu grup wyrobów. Zapraszamy do lektury nowej edycji opracowania, w którym przedstawiamy zastosowania i cechy charakterystyczne tytułowych urządzeń, ich dostawców oraz zmiany na rynku dystrybucji w Polsce.

Spis treści » Przede wszystkim maszyny
» Przetworniki przemieszczania - wzrost możliwości komunikacyjnych i niezawodkości
» Kübler, Sick i reszta stawki
» Silniki skokowe - zalety i wady
» W stronę integracji
» Specyfikacja sektora silników skokowych
» Wymagania odbiorców
» Pozytywne nastroje w branży
» Pokaż wszystko
PRZEDE WSZYSTKIM MASZYNY

Rys. 1. Najpopularniejsze zastosowania omawianych w raporcie przetworników położenia i silników

Głównym obszarem zastosowań omawianych w tym miesiącu urządzeń są - poza pewnymi wyjątkami omówionymi nieco dalej - w zdecydowanej większości maszyny. Enkodery używane są jako elementy pomiarowe (określanie kąta i odległości, liczby obrotów oraz prędkości obrotowej/przemieszczania się), natomiast silniki skokowe - w różnorodnych aplikacjach, gdzie istnieje konieczność wykonywania ruchu obrotowego (lub liniowego), w szczególności w maszynach precyzyjnych. Przetworniki położenia stosowane są m.in. w obrabiarkach, robotach, maszynach pakujących, ich odbiorcami są też producenci silników (w tym przypadku enkodery stanowią element systemu napędowego dostarczanego przez producenta).

O ile absolutna większość respondentów redakcyjnej ankiety wskazała właśnie takie zastosowania jak omawiane (patrz rys. 1), o tyle wśród odpowiedzi pojawiły się też m.in. odpowiedzi dotyczące wind i podnośników (przetworniki położenia), elektroniki konsumenckiej i urządzeń biurowych (silniki) oraz zastosowań budynkowych i wojskowych (obydwa typy urządzeń). Szczególnie istotne w tym zestawieniu są te pierwsze, a więc windy, gdzie enkodery montowane są powszechnie w układach wciągarek i odpowiadają za kontrolę pozycji kabiny.

Warto w tym miejscu dodać, że omawiana sytuacja (tj. wyniki przedstawione na wykresie) nie zmienia się - bardzo podobne rezultaty uzyskaliśmy w badaniach przeprowadzonych w poprzednich latach. Dostawcy są też dosyć jednomyślni, jeżeli chodzi o przyszłość - typując najbardziej perspektywiczne zastosowania enkoderów i silników skokowych, wybierali głównie produkcję maszyn, szeroko rozumianą automatykę i przemysł.

Jeżeli chodzi o enkodery, to wskazywane były w szczególności motoryzacja oraz przemysł ciężki (rys. 2), natomiast silniki skokowe - branża OEM oraz sektor urządzeń medycznych. Ten ostatni, co należy podkreślić, znalazł się praktycznie na miejscu ex aequo z maszynami (patrz rys. 3).

PRZETWORNIKI PRZEMIESZCZENIA - WZROST MOŻLIWOŚCI KOMUNIKACYJNYCH I NIEZAWODNOŚCI

Rys. 2. Najbardziej perspektywiczne zastosowania enkoderów - opinie polskich dostawców

Pierwszą z dużych grup produktów omawianych w raporcie stanowią przetworniki przemieszczenia. Takie są wersje liniowe oraz - zdecydowanie bardziej rozpowszechnione - przetworniki położenia obrotowego, a więc enkodery i resolwery. W przypadku enkoderów, które stanowią popularne elementy wielu maszyn i systemów automatyki, wydzielić można dwa podstawowe typy - inkrementalne (czyli impulsowe) oraz absolutne.

Różnią się one budową, przeznaczeniem, a także cenami zakupu. Wersje inkrementalne służą do pomiarów przemieszczeń kątowych, określania prędkości kątowej oraz kierunku ruchu. Pozwalają one także na określanie różnicy pomiędzy dwoma wartościami kątów, a także stosowane mogą być w układach zliczających liczbę pełnych obrotów. Jeżeli zaś chodzi o enkodery absolutne, to pozwalają one na określanie bieżącej pozycji osi, a nie tylko jej względnego kąta obrotu.

Taki pomiar jest niewrażliwy na przerwy w zasilaniu, gdyż każdorazowo z tarczy enkodera odczytywana jest bezwzględna wartość związana z kątem. Dalszy podział enkoderów przebiega, w przypadku absolutnych, na jedno- oraz wieloobrotowe (te ostatnie umożliwiają uzyskanie informacji o liczbie wykonanych obrotów, zaś jednoobrotowe powtarzają informację o kącie obrotu co 360°).

Rys. 3. Najbardziej perspektywiczne zastosowania silników skokowych - opinia polskich dostawców

Drugi z podziałów przebiega względem sposobów odczytu pozycji, czyli tak naprawdę zasady działania. Większość enkoderów wykonywanych jest obecnie w wersjach optycznych, w przypadku których pomiar bazuje na zasadzie detekcji (odczytu) kresek na obracającej się tarczy szklanej lub z tworzywa sztucznego. Zliczana może tu być liczba kresek (enkodery inkrementalne) lub odczytywany ciąg tworzący kod cyfrowy (enkodery absolutne). W obydwu przypadkach tarcza obraca się wraz z osią enkodera (zazwyczaj stosuje się układ przeniesienia napędu) i pozwala na wykonywanie pomiarów o dużej dokładności oraz rozdzielczości (wiele tysięcy impulsów na obrót).

Wspomniana mechanika jest prawdopodobnie najsłabszym ogniwem każdego enkodera, gdyż zastosowany mechanizm może ulegać uszkodzeniom w przypadku zbytnich wibracji podczas pracy urządzenia lub obciążeń mechanicznych osi. W poprawnym odczycie mogą przeszkadzać również zabrudzenia wewnątrz obudowy i kondensacja pary wodnej.

Z tych powodów coraz popularniejsze stają się enkodery magnetyczne, w których tarcza szklana zastępowana jest namagnesowanym elementem o większej wytrzymałości. Takie enkodery pierwotnie stosowane były przede wszystkim w przypadku trudniejszych środowisk pracy, aczkolwiek wraz ze wzrostem rozdzielczości i postępującą redukcją ich kosztów zakupu stały się one alternatywą tradycyjnych wersji optycznych.

Przetworniki położenia - oferta dostawców

Omówienie cech oferowanych na rynku polskim enkoderów jest praktycznie niemożliwe - dostawcy mają ich w ofertach typowo po kilkadziesiąt czy nawet kilkaset typów, do tego oferują często możliwość dostarczenia wersji specjalizowanych - np. z modyfikacjami mechanicznymi czy dotyczącymi stosowanych interfejsów. Można natomiast wskazać kilka ogólnych trendów mówiących o istotnych kierunkach rozwoju technicznego omawianych produktów. Zdaniem przedstawicieli lokalnie działających firm takie są przede wszystkim:

  • rozwój interfejsów sieciowych - to najczęściej wymieniana zmiana, która dotyczy m.in. popularyzacji wersji z wyjściami cyfrowymi pozwalającymi na podłączanie enkoderów bezpośrednio do przemysłowych sieci komunikacyjnych (w szczególności do bazujących na Ethernecie przemysłowym),
  • wersje specjalne - popularyzacja enkoderów z certyfikatem ATEX (do stref zagrożonych wybuchem) oraz typu heavy duty (przeznaczonych do pracy w bardzo trudnych warunkach, o zwiększonej wytrzymałości mechanicznej i środowiskowej),
  • enkodery programowalne - zapewniają uniwersalność i łatwość dopasowania do aplikacji dzięki możliwości doboru liczby kroków na obrót (typowo od jednego do kilku-, kilkudziesięciu tysięcy),
  • zwiększanie rozdzielczości - enkodery o bardzo wysokich rozdzielczościach (np. milion kroków),
  • miniaturyzacja - m.in. mniejsze średnice enkoderów,
  • popularyzacja enkoderów magnetycznych,
  • zwiększanie wytrzymałości obudów.

Powyższe informacje przedstawiono w kolejności zgodnej z liczbą ich wskazań przez dostawców.

Co decyduje o wyborze konkretnego enkodera przez klienta?

Patryk Zalewski, Turck
Preferencje klientów determinuje zwykle obszar zastosowania enkoderów w ich aplikacjach. Klienci potrzebujący pewnego, precyzyjnego, często certyfikowanego (np. ATEX czy atesty higieniczne) rozwiązania z pewnością wybiorą nie najtańsze, ale sprawdzone marki, gdzie mogą liczyć także na jakość, wsparcie techniczne, serwis itp. Jest również sporo klientów, dla których jedynym kryterium jest cena i oni wybierają najtańsze dostępne na rynku rozwiązania.

Wojciech Pająk, POSITAL FRABA
W branży często pojawia się opinia, że konieczne jest oferowanie kompletnych systemów, a nie samych produktów. My skupiamy się jednak na produktach, na enkoderach. Wychodzimy przy tym z założenia, że enkoder to element, który ma pasować do systemu, a nie odwrotnie. To podejście sprawia, że musimy posiadać i posiadamy różnorodne wykonania czujników pod względem mechaniki, jak również elektroniki. Nasz kontrahent, producent systemów lub maszyn, w takiej sytuacji może liczyć, że z ponad 150 tys. różnych modeli enkoderów naszej firmy uda mu się dobrać rozwiązanie idealnie pasujące do jego aplikacji. Takie podejście cenią firmy, którym dostarczamy nasze czujniki.

Tomasz Haliniak, Eldar
Potrzeby klientów są bardzo zróżnicowane zarówno pod względem właściwości mechanicznych (wymiary, sposób montażu, średnica wału/otworu itp.), jak i elektrycznych (rozdzielczość, rodzaj wyjść, itp.). Z tego powodu enkodery są często elementami "szytymi na miarę" i przy pojedynczych zastosowaniach bywa, że na urządzenie trzeba poczekać nawet kilka tygodni. Wiodący producenci potrafią jednak w sytuacjach awaryjnych dostarczyć enkoder w trybie przyśpieszonym w ciągu paru dni. W takich sytuacjach ciekawym rozwiązaniem są również programowalne enkodery inkrementalne (np. IP58 firmy Lika) lub absolutne (np. HM58P firmy Lika).

Mateusz Janik, Pepperl+Fuchs
W przypadku enkoderów obrotowych możemy mówić o dużym zróżnicowaniu poszczególnych produktów. Jednak wyznaczone standardy wykonań spowodowały, że różnice pomiędzy konkretnymi markami zacierają się. Dlatego dla klienta liczy się nie tylko marka i cena, ale również odpowiednie wsparcie oraz elastyczność producenta, jeśli chodzi o jak najlepiej dopasowane rozwiązanie pod kątem aplikacji. Niestandardowe wykonanie wałka, liczby impulsów na obrót, typ połączenia to jedne z wielu specjalnych modyfikacji na życzenie klienta. Tutaj czasem nawet i drobne odstępstwo od standardu decyduje o podjęciu przez klienta decyzji.

KÜBLER, SICK I RESZTA STAWKI

Rys. 4. Najpopularniejsze w Polsce marki (dostawcy) przetworników położenia - zestawienie nie odzwierciedla udziału wymienionych firm w rynku, lecz jest przybliżoną informacją o popularności marek w kraju

Przetworniki położenia to produkty dosyć popularne wśród lokalnie działających dostawców automatyki. W bieżącym zestawieniu przedstawiono ofertę ponad 30 takich producentów i dystrybutorów - firm w większości dobrze znanych czytelnikom magazynu APA. Enkodery stanowią dla wielu z nich element uzupełniającą ofertę, komplementarny w stosunku do silników, ale też mogą być jedną z ważniejszych ich części. Tak jest m.in. dla firm WObit, Balluff, Eldar, Sick, Turck, Multiprojekt oraz Astat czy Eltron. Dla dwóch podmiotów, którymi są Kübler Polska oraz POSITAL, enkodery są wyrobem kluczowym.

Dostawcy oferują zazwyczaj szeroki asortyment produktów - od enkoderów standardowych, przez wykonania kompaktowe (małe średnice), wersje heavy duty i mogące być stosowane w strefach zagrożonych wybuchem, po rozwiązania specjalne. Firmy proponują też odbiorcom komplet komponentów pozwalający na stworzenie systemu pomiarowego, co obejmuje także dodatkowe elementy mechaniczne i elektroniczne.

Przetworniki położenia - przykładowe produkty

Jeżeli zaś chodzi o najczęściej wybieraną przez lokalnych odbiorców markę produktów, to jest nią z bardzo dużym prawdopodobieństwem Kübler. Jego produkty oferowane są przez lokalny oddział, jak też dystrybutorów - takich jak przedstawione w raporcie firmy Astat, Impol-1, Stermag oraz Zeltech Mechatronika.

Podobnie jak w poprzednich zestawieniach, tak też obecnie firma zdystansowała konkurentów (patrz rys. 4), aczkolwiek, co należy również zaznaczyć, dużą liczbę wskazań odnotował też Sick, a w następnej kolejności pojawiły się m.in.: Omron, Bourns, Heudenhain, Baumer, Renishaw oraz Balluff, Lika i Hengstler.

W przypadku dalszej części stawki trudno mówić o jakichś wyraźnych preferencjach zakupowych klientów. Widać natomiast, że kupujący przetworniki położenia wybierają zazwyczaj produkty markowe i jednocześnie najczęściej producentów zachodnioeuropejskich. Innymi słowy - poprawnego działania omawianych elementów systemów automatyki w żadnym razie nie pozostawiają przypadkowi.

Gdzie wykorzystuje się najczęściej enkodery? Kto je najczęściej kupuje?

Mateusz Janik, Pepperl+Fuchs
Enkodery obrotowe wykorzystuje się wszędzie tam, gdzie konieczne jest precyzyjne monitorowanie prędkości obrotowej, przyspieszenia, nachylenia czy pozycji. Główne branże sięgające po nie to przemysł maszynowy, motoryzacyjny i energetyczny oraz tzw. sektor material handling. Enkodery montowane są wówczas na wózkach widłowych, ramionach robotów, dźwigach, na przenośnikach i podajnikach. Głównym gronem klientów są osoby odpowiedzialne za serwis urządzeń oraz dział utrzymania ruchu, za nimi plasują się producenci maszyn.

Patryk Zalewski, Turck
Długoletnia i powszechna znajomość technologii enkoderów oraz dostępność szerokiej gamy tych urządzeń na rynku sprawia, że enkodery są wybierane jako pierwsze i preferowane rozwiązanie w typowych aplikacjach pomiaru przemieszczeń liniowych i obrotowych oraz prędkości obrotowej. W obecnym czasie zastosowanie enkoderów wykracza mocno poza typowe obszary przemysłowe. Urządzenie tego typu można spotkać np. w maszynach rolniczych, fotelach dentystycznych czy nawet zabawkach.

SILNIKI SKOKOWE - ZALETY I WADY

Silniki skokowe - oferta dostawców/przykładowe produkty

Silniki skokowe (krokowe) to, pod względem zasady działania, w pewnym sensie odwrócenie idei pomiarów z wykorzystaniem enkoderów - impulsowe zasilanie prądem pozwala na wykonywanie ruchu obrotowego rotora z określoną prędkością lub o dany kąt. Podobnie jak w przypadku przetworników położenia wykonywany może być nie tylko ruch obrotowy, ale też dyskretny ruch liniowy. Na tym jednak - może jeszcze za wyjątkiem kwestii częstej sprzedaży wymienionych produktów przez tych samych dostawców - podobieństwa się kończą.

Omawiane silniki należą do maszyn prądu stałego - grupy obejmującej m.in. również wersje komutatorowe oraz bezszczotkowe (z elektronicznym komutatorem). Te ostatnie pozwalają na uzyskiwanie dużych prędkości obrotowych, jednak do kontroli bieżącej pozycji wirnika konieczne jest zastosowanie układu z enkoderem lub innym elementem zapewniającym sprzężenie zwrotne.

Z kolei cechą silników skokowych jest możliwość zatrzymania ruchu obrotowego i pozostanie osi w spoczynku z pełnym momentem obrotowym. Cechują się one skokowym wirowaniem wektora pola magnetycznego, a wartości kąta obrotu i prędkości zależą, oprócz liczby podawanych impulsów, w dużym stopniu też od budowy danego silnika. Z tą ostatnią związana jest także maksymalna szybkość obrotowa oraz moment obrotowy i trzymający.

Tytułowe silniki są maszynami bezszczotkowymi, przez co cechują się one dosyć długim czasem pracy, natomiast brak wymogu co do konieczności zapewnienia sprzężenia zwrotnego upraszcza konstrukcję systemu napędowego. Z drugiej strony konieczne jest stosowanie odpowiedniego sterowania (układu elektronicznego), który generuje impulsy pozwalające na dyskretny ruch obrotowy rotora.

Wadami (a w każdym razie ograniczeniami omawianych silników) są niewielkie zakresy osiąganych prędkości obrotowych (w przypadku dużych szybkości korzystniej jest stosować standardowe silniki AC lub DC), stosunkowo niskie moce i momenty obrotowe, a także występujące kwestie związane z grzaniem się możliwymi wibracjami podczas pracy. Stąd też sprawdzają się one przede wszystkim w aplikacjach, gdzie konieczna jest praca z niewielkimi obciążeniami i stosunkowo dużymi zmianami prędkości, a jednocześnie nie wymaga się aż tak ścisłej koordynacji między osiami ruchu (np. sprzęt medyczny, niewielkie maszyny, CNC, itd.).



 

zobacz wszystkie Nowe produkty

Stałoprądowe zasilacze 300-600 W EVS do systemów magazynowania energii

2016-09-28   |
Stałoprądowe zasilacze 300-600 W EVS do systemów magazynowania energii

Stałoprądowe zasilacze nowej serii EVS zostały zaprojektowane do zastosowań w systemach magazynowania energii i innych wymagających zasilania stałym prądem, np. oczyszczania wody czy powlekania galwanicznego. W zależności od wersji mogą być chłodzone przez naturalny obieg powietrza (wersje 300 W) lub za pomocą wbudowanego wentylatora (wersje 600 W).
czytaj więcej

Huby USB do zastosowań przemysłowych

2016-09-28   | Conrad Electronic Sp. z o.o.
Huby USB do zastosowań przemysłowych

Conrad Business Supplies wprowadził do oferty nowe huby (rozdzielacze) USB 2.0 marki renkforce. Urządzenia z czterema lub siedmioma portami są przeznaczone do zastosowań przemysłowych i innych, gdzie wymagana jest wysoka stabilność mechaniczna oraz bezpieczeństwo instalacji.
czytaj więcej

Nowy numer APA