Monitorowanie prędkości z wykorzystaniem enkoderów

Enkoder to przetwornik mechaniczno-elektryczny zamieniający ruch obrotowy wirnika na impulsy elektryczne. Na podstawie liczby wygenerowanych podczas obrotu wałka impulsów można precyzyjnie określić pozycję w jakiej znajduje się wałek enkodera a tym samym element na którym jest on zabudowany.

Fot. 1. Enkoder SC 3 z wałkiem

Oznacza to, że dzięki enkoderowi można określić zarówno położenie kątowe jak i zmierzyć pokonany dystans. Najważniejszą cechą enkodera jest jego rozdzielczość czyli liczba impulsów generowanych w trakcie jednego obrotu wirnika.

Parametr ten, zawierający się w przedziale od kilkuset do kilku tysięcy impulsów na minutę, jest podstawą do określenia klasy dokładności pomiaru - im większa ilość generowanych impulsów tym większa dokładność pomiaru. Jest to szczególnie ważne w urządzeniach produkcyjnych od których wymagana jest duża dokładność wykonania np. centra obróbcze, automaty do rozkroju.

Z uwagi na sposób pomiaru wyróżniamy dwa rodzaje enkoderów:

• inkrementalne (przyrostowe) czyli przetworniki mechaniczno - impulsowe, generujące na wyjściu ilość impulsów odpowiadającą określonemu położeniu kątowemu wałka,
• absolutne czyli przetworniki mechaniczno - kodowe, generujące na wyjściu kody pozwalające na precyzyjne określenie pozycji wałka nawet po odłączeniu zasilania.

Pomimo nieomal identycznej budowy i zasady działania oba rodzaje enkoderów różni forma generowanych impulsów - w enkoderach inkrementalnych dąży się do zachowania możliwości wygenerowania jak największej ilości impulsów na jeden obrót zaś w enkoderach absolutnych do zwiększenia prędkości transmisji danych.

Fot. 2. Enkoder SC 3 z wejściem na wałek (tuleją)

Enkodery jako elementy bezpieczeństwa współpracują ze sterownikami programowalnymi lub modułami bezpieczeństwa służącymi do monitorowania prędkości. Zgodnie z normą EN 61800-5-2 za pomocą enkodera można monitorować następujące funkcje:

• SS1 - Safe Stop 1- monitorowanie drogi hamowania i postoju po zatrzymaniu;
• SS2 - Safe Stop 2 - monitorowanie drogi hamowania i bezpiecznego zatrzymania pracy po zatrzymaniu;
• SOS - Safe Operating Stop - bezpieczne zatrzymanie pracy / monitorowanie silnika pod napięciem podczas zatrzymania;
• SLS - Safe Limited Speed - bezpieczne ograniczenie prędkości / monitorowanie wartości ograniczenia prędkości;
• SLI - Safe Limited Increment - zachowanie bezpiecznej prędkości / monitorowanie zachowania ustawionej prędkości;
• SDI - Safe Direction - bezpieczny kierunek / monitorowanie zamierzonego kierunku obrotu;
• SSM - Safe Speed Monitoring - bezpieczne monitorowanie prędkości / wyjściowy sygnał bezpieczeństwa jest generowany gdy prędkość obrotowa silnika jest niższa niż założona.

ZASTOSOWANIA

Fot. 3. Moduł MVS1 sterownika MOSAIC do monitorowania prędkości

Enkodery znajdują zastosowanie m.in. w urządzeniach CNC np. do kontroli prędkości obróbki skrawaniem w obrabiarkach, prędkości posuwu oraz przejazdów w urządzeniach do rozkroju, zautomatyzowanych liniach produkcyjnych, kontroli wyhamowywania kabin wind przy dojeździe na wyznaczone piętro oraz robotach przemysłowych do kontroli kąta ustawienia ramion.

W swojej ofercie handlowej firma INSTOM ma optyczne enkodery inkrementalne sin/cos firmy ReeR serii SAFECODER, dedykowane do aplikacji bezpieczeństwa. Dostępne są w wersjach zasilania 5 V_DC i 24 V_DC oraz w dwóch wersjach wykonania - z wyprowadzonym wałkiem o średnicy 10mm (fot. 1) oraz wejściem na wałek (tuleją) o średnicy 12mm (fot. 2).

Mają rozdzielczość 2048 impulsów na obrót, są one odporne na wstrząsy, wibracje oraz oddziaływanie pola magnetycznego. Ich zawarta i mocna konstrukcja pozwala na pracę przy wysokich prędkościach obrotowych oraz dużych obciążeniach wałka.

Pracę w trudnych warunkach zapewnia stopień ochrony IP67 (IP65 dla uszczelnienia wałka). Podłączenie enkoderów realizowane jest przy pomocy standardowego złącza M12 - 8 pin. W naszej ofercie dostępne są przewody o różnych długościach zakończone złączem prostym lub kątowym.

Oferowane przez nas enkodery dedykowane są do współpracy ze sterownikiem programowalnym MOSAIC za pośrednictwem modułu MV1 lub MV2 - fot. 3. W takim zestawieniu realizują funkcję monitorowania prędkości obrotowej spełniając wymagania określone dla poziomu zapewnienia bezpieczeństwa SIL 3.

Fot. 4. Przykładowa aplikacja do monitorowania prędkości

Moduł MV1 umożliwia kontrolowanie pracy jednego enkodera oraz dwóch czujników zbliżeniowych zaś moduł MV2 dwóch enkoderów oraz dwóch czujników zbliżeniowych. Zastosowanie sterownika programowalnego MOSAIC znacznie zwiększa możliwości zapewnienia bezpieczeństwa chronionego urządzenia.

Przykładowa aplikacja zaprezentowana na fot. 4 pokazuje możliwości zastosowania różnego elementów bezpieczeństwa oraz obrazuje łatwość tworzenia programów w sterowniku.

POZOSTAŁE PRODUKTY

Opisane w tym artykule enkodery stanowią jedynie niewielką część szerokiej gamy produktów firmy ReeR oferowanych przez INSTOM, który od 2006 roku jest jej wyłącznym przedstawicielem w Polsce. Więcej informacji na temat oferty produktów firmy INSTOM uzyskają Państwo na stronie www.instom.com.pl lub wysyłając zapytanie na adres: handlowy@instom.com.pl

INSTOM sp. z o.o.