Enkoder przyszłości. Pierwszy na świecie bezkontaktowy enkoder indukcyjny o najwyższej rozdzielczości pomiarowej

EKSPLOATACJA MECHANICZNA KONWENCJONALNYCH ENKODERÓW

Rys. 1. Wszechstronna ochrona: aluminiowy pierścień otacza element pozycjonujący, który jest zamontowany między ścianką skrzyni biegów a czujnikiem umocowanym na wale

Wszystkie wcześniej wymienione zalety nie kompensują podstawowej wady tych urządzeń. Są one bezpośrednio łączone z wałem maszyny, w efekcie czego zużywają się mechanicznie. Przyśpieszonej eksploatacji ulegają sprężyste części urządzenia, uszczelnienia oraz sam enkoder. Ten sam problem dotyczy rozwiązań potencjometrycznych. Sami producenci tych urządzeń nie ukrywają, że potencjometr ulega zużyciu mechanicznemu. Ponadto uzyskanie w tym typie enkodera wysokiej rozdzielczości można osiągnąć jedynie kosztem wytrzymałości obudowy.

Bardzo częstym problemem enkoderów jest odpowiednie uszczelnienie ich obudowy. Po pewnym okresie pracy stają się kruche, podatne na pęknięcia i przecieki. Ciągłe obciążenie ze strony wału obrotowego powoduje w końcu pękanie. Dostanie się do środka obudowy wody i zanieczyszczeń uszkadza wrażliwe obwody czujnika, co powoduje błędne wyniki pomiarów.

W przypadku systemów magnetycznych problemy wiążące się z nimi są całkowicie odmiennej natury. Wcześniej opisywane wady nie występują, a obciążalność mechaniczna urządzeń jest wyjątkowo duża. Zasada działania opiera się na magnesie obrotowym, który generuje pole magnetyczne. W ten sposób tworzona jest krzywa cos/sin jako odwzorowanie wartości obrotów. Enkodery magnetyczne są bezstykowymi urządzeniami pomiarowymi. Ich podstawowymi wadami są: wrażliwość na zakłócenia elektryczne i magnetyczne oraz brak tolerancji przesunięcia elementu pozycjonującego, co wymaga precyzyjnego montażu samego enkodera. Natomiast jego rozdzielczość zależy od maks. prędkości wałka.

Dla użytkowników, którzy nie mogą zaakceptować wad rozwiązań optycznych, potencjometrycznych czy magnetycznych w swoich aplikacjach, firma Turck oferuje enkodery zupełnie nowej kategorii działające w oparciu o metodę indukcyjnego obwodu rezonansowego. Już z górą 2 lata podobna technologia jest z powodzeniem stosowana w czujnikach pomiaru przemieszczenia liniowego i kątowego. Enkoder indukcyjny serii RI360 łączy w sobie zalety wszystkich wyżej wymienionych urządzeń eliminując równocześnie wszystkie ich wady. Nie podlega on zużyciu mechanicznemu, oferując wysoką rozdzielczość. Ponadto może pracować przy dużych prędkościach i jest niewrażliwy na wibracje i pola magnetyczne, a jego obudowa wykonana jest w stopniu ochrony IP69K.

PEŁNE USZCZELNIENIE ELEKTRONIKI

Rys. 2. Całkowite uszczelnienie: czujnik (po lewej) i element pozycjonujący (po prawej) są całkowicie uszczelnione i zabezpieczone przed oddziaływaniem wody

Dzięki metodzie pomiaru opartej o obwód rezonansowy i zastosowaniu osobnego, niezwiązanego mechanicznie z główną obudową czujnika elementu pozycyjnego, możliwe stało się zastosowanie całkowicie uszczelnionej, kompaktowej obudowy bez dodatkowych uszczelek. Eliminuje to możliwość dostania się do elektroniki wody i pyłu. Bezkontaktowa zasada pomiaru pozwala również na kompensację wibracji i przesunięć (aż do 4 mm). Ponadto pola magnetyczne nie mają żadnego wpływu na proces pomiaru, bo element pozycjonujący opiera się na systemie cewek indukcyjnych, a nie na magnesie.

Jeden z pierwszych klientów na enkodery indukcyjne, elektrownia słoneczna w Hiszpanii, wykorzystywał tradycyjne enkodery do kontroli ustawienia luster w odpowiedniej pozycji względem centralnej wieży. Jednakże osiągnięto granice możliwości konwencjonalnych rozwiązań. W odległości 1 km od wieży centralnej wymagana rozdzielczość umożliwiająca poprawne ustawienie luster i odbicie światła we właściwym kierunku wynosiła 1 milliradian = około 0,06°. Okazało się, że enkodery magnetyczne nie oferują takiej dokładności, a rozwiązania optyczne nie są w stanie sprostać wymagającemu klimatowi pustynnemu, którego gorące dni i zimne noce sprzyjały kondensacji wody, która destrukcyjnie wpływała na niedostatecznie uszczelnione urządzenia. Woda, oddziałując na obwody elektroniczne i elementy optyczne, powodowała notoryczne awarie enkoderów optycznych.

Niewymagający obsługi enkoder serii RI zapewnił w tej aplikacji duże oszczędności. Na terenie elektrowni słonecznej pracuje około 20 tys. enkoderów. Wcześniej w każdym roku ze względu na awarie lub zużycie wymieniano około jednej trzeciej tych urządzeń. Przy cenie 100 euro za nowy enkoder wartość samego sprzętu wynosiła prawie 700 000 euro. Doliczając do tego koszty obsługi serwisowej oraz straty energii, całkowity koszt, jaki ponoszono przy stosowaniu konwencjonalnych enkoderów, wynosił ponad 1 milion euro.

UNIWERSALNY ENKODER - 100 URZĄDZEŃ W JEDNYM

Rys. 3. Uniwersalna koncepcja montażu i bezkontaktowy pomiar zapewniają różne możliwości instalacji, z których można wybrać optymalną i najbezpieczniejszą

Stosując nowy enkoder firmy Turck, użytkownik już nigdy nie będzie musiał wybierać pomiędzy rozdzielczością a wytrzymałością. Wszystkie stosowane dotychczas i zwiększające awaryjność rozwiązania w postaci podwójnych łożysk czy układów sprężynowych stały się zbędne. Oprócz odporności na zużycie mechaniczne oraz zakłócenia użytkownik uzyskuje urządzenie, którego parametryzacji można dokonać na tak wiele sposobów, że może zastąpić praktycznie każdy inny enkoder. Również sposób montażu odpowiada koncepcji uniwersalności. Pierścienie adaptera umożliwiają instalację elementu pozycyjnego na różnych rozmiarach wałka. W rezultacie użytkownik może mieć w magazynie tylko jeden typ enkodera, który można zastosować w różnych aplikacjach na wałkach o średnicy do 20 mm.

W ofercie znajduje się także wersja z IO-Link. Dzięki temu użytkownik ma możliwość ustawienia charakterystyki enkodera oraz jego parametrów za pomocą tego interfejsu. W ten sposób można zdalnie parametryzować zarówno enkodery inkrementalne, jak i absolutne jedno- czy wieloobrotowe. Dla trybu jednoobrotowego rozdzielczość można ustawić do maks. 18 bitów i to nawet przy najwyższej prędkości obrotowej. Użytkownik może również skonfigurować sygnał wyjściowy zgodnie z indywidualnymi wymaganiami, np. SSI, kod Grey, sygnał binarny o długości 24, 25 lub 26 bitów, itp. W przygotowaniu są również wersje z Modbus RTU oraz zgodne ze specyfikacją e1 dotyczącą urządzeń przeznaczonych do stosowania w pojazdach i charakteryzujących się wyjściem napięciowym 0,5...4,5 V.

Koncepcja montażu odpowiada uniwersalnością parametryzacji. Adaptery umożliwiają zastosowanie urządzenia na wałkach i w otworach o średnicy do 20 mm. Czujnik ma okrągłą obudowę z otworem w środku, dzięki czemu może być instalowany w osi tuż za otworem centralnym z elementem montażowym montowanym tuż za lub przed nim - zależnie od warunków aplikacji.

Jednakże dopiero wymagania stawiane przez klientów rynku sektora budowy maszyn pokazują, jak wszechstronnym i niepowtarzalnym produktem jest enkoder firmy Turck. Wymagania są tutaj całkowicie różne niż w elektrowniach, gdzie pomiary wykonywane były wolno i wykorzystywano jedynie urządzenia jednoobrotowe o wysokiej rozdzielczości. Maszyny CNC wymagają enkoderów wieloobrotowych o zakresie pomiarowym do 25 tys. rpm. Prędkość taka nie jest żadnym problemem dla enkodera RI360P-QR24. W odróżnieniu od innych rozwiązań dostępnych na rynku enkodery indukcyjne nie mają ograniczenia maksymalnej prędkości.

NIEOGRANICZONY POTENCJAŁ

Możliwości nowego enkodera indukcyjnego firmy Turck są tak duże, jak możliwości jego konfiguracji. Szczególnie interesujący jest on do aplikacji na urządzeniach mobilnych, w sektorze przemysłowym energii odnawialnych, w maszynach pakujących, obrabiarkach, systemach logistycznych czy zakładach przemysłowych. Nowy enkoder indukcyjny jest na tyle uniwersalny, że jest doskonałym rozwiązaniem dla praktycznie każdego rynku oraz każdej aplikacji i to z wymiernym zyskiem dla użytkownika.

TURCK Sp. z o.o.
www.turck.pl