海德漢HEIDENHAIN編碼器應(yīng)用產(chǎn)業(yè)

位置和速度控制環(huán)可獲得的增益以及驅(qū)動電機(jī)響應(yīng)指令的帶寬和控制系統(tǒng)的可靠性有時(shí)受限于電機(jī)軸與編碼器軸間的連接剛性和聯(lián)軸器的固有頻率。為此，海德漢公司的旋轉(zhuǎn)編碼器和角度編碼器采用高剛性的聯(lián)軸器。 安裝在編碼器中定子聯(lián)軸器的固有頻率zui高達(dá)1800 Hz。模塊式和感應(yīng)式旋轉(zhuǎn)編碼器的定子和轉(zhuǎn)子用螺栓連接電機(jī)殼和軸。如果選用有功能安全特性的海德漢編碼器，能避免轉(zhuǎn)子或定子聯(lián)軸器突然松動。 支持的工作溫度越高，特定額定扭矩所允許的電機(jī)尺寸越小。由于電機(jī)溫度也影響編碼器溫度，海德漢公司的編碼器允許的工作溫度高達(dá)120°C。因此，這些編碼器允許機(jī)器選用更小的電機(jī)。電機(jī)在工作中的功耗與其所帶來的發(fā)熱和電機(jī)噪聲與編碼器單信號周期內(nèi)的位置誤差有關(guān)。為此，選用信號質(zhì)量優(yōu)于±1 %信號周期的編碼器。對于安裝在電機(jī)內(nèi)的純串行接口的旋轉(zhuǎn)編碼器，海德漢建議進(jìn)行誤碼率確定的型式測試。如果使用的功能安全編碼器沒有全封閉金屬外殼及/或使用的電纜組件不符合電氣連接規(guī)范要求必須在實(shí)際應(yīng)用條件下的型式測試中測量誤碼率。對用在機(jī)器或拖鏈中有限空間的應(yīng)用，配EnDat22接口編碼器的電機(jī)必須采用復(fù)合電纜技術(shù)連接后續(xù)電子電路。HMC 6復(fù)合電纜能節(jié)省許多空間，因?yàn)樗峁┚幋a器、電機(jī)和制動器的所有連接線。zui大允許的電纜長度達(dá)100 m。

只要特定機(jī)器環(huán)境中的污染程度允許使用光學(xué)測量系統(tǒng)或需要相對較高的測量精度，例如高精密機(jī)床和測量設(shè)備或半導(dǎo)體工業(yè)用的生產(chǎn)和檢測設(shè)備，海德漢建議選用敞開式直線光柵尺。如果機(jī)床使用冷卻液和潤滑液，海德漢建議選用封閉式直線光柵尺。相對敞開式直線光柵尺，封閉式直線光柵尺對安裝面和機(jī)床導(dǎo)軌精度的要求相對低一些，因此安裝速度更快。給出的旋轉(zhuǎn)編碼器和角度編碼器信號傳輸信息基本都適用于直線光柵尺。例如，如果需要0.01 m/min以上的運(yùn)動速度和250μs的采樣時(shí)間，并假定一個(gè)采樣周期至少需改變一個(gè)測量步距，那么測量步距大約需要0.04 μm。為避免對后續(xù)信號處理電子電路提出特殊要求，輸入頻率應(yīng)限制在1 MHz以下。因此，正弦輸出信號的直線光柵尺或EnDat 2.2接口的式直線光柵尺用于運(yùn)動速度快和測量步距小的應(yīng)用。特別是，1VPP電平的正弦電壓信號可獲得約200 kHz頻率的-3 dB截止頻率，而且允許的電纜長度可達(dá)150 m。下圖為直線光柵尺輸出頻率、運(yùn)動速度和信號周期間關(guān)系。如果信號周期為4 μm和運(yùn)動速度為70 m/min，頻率只有300 kHz。海德漢HEIDENHAIN編碼器應(yīng)用產(chǎn)業(yè)

如果直線電機(jī)的連接剛性不好，將限制位置控制環(huán)的帶寬。直線光柵尺在機(jī)床中的安裝方式對連接剛性有重大影響。封閉式直線光柵尺的讀數(shù)頭沿光柵尺運(yùn)動。連接器將讀數(shù)頭與安裝塊連接在一起并補(bǔ)償光柵尺與機(jī)床導(dǎo)軌間的不對正誤差。它允許安裝公差相對較大。連接器沿測量方向的剛性很大，而且沿垂直方向又有一定柔性。如果連接器沿測量方向的剛性不足，將導(dǎo)致位置和速度控制環(huán)的固有頻率低，從而限制驅(qū)動電機(jī)的帶寬。海德漢推薦用于直線電機(jī)的封閉式直線光柵尺通常使用沿測量方向固有頻率高于650 Hz或2 kHz的連接器，對于大多數(shù)應(yīng)用，這樣的固有頻率幾乎高于所有機(jī)床的機(jī)械固有頻率和速度控制環(huán)帶寬至少5到10倍。因此，用于直線電機(jī)的所有海德漢公司直線光柵尺對位置和速度控制環(huán)幾乎沒有任何限制。海德漢公司的功能安全編碼器可用于高安全應(yīng)用中。這些編碼器為單編碼器系統(tǒng)，通過EnDat 2.2接口進(jìn)行純串行數(shù)據(jù)傳輸。位置值傳輸可靠的基礎(chǔ)是兩路獨(dú)立生成的位置值和錯(cuò)誤碼信息，這些信息提供給有安全功能的數(shù)控系統(tǒng)。安全系統(tǒng)的架構(gòu)和控制系統(tǒng)的診斷功能可能還有其他要求。例如，控制系統(tǒng)的操作指令必須明確表示編碼器與驅(qū)動間的機(jī)械連接斷開時(shí)是否需要排除故障。

位置測量系統(tǒng)的安全基礎(chǔ)是兩路相互獨(dú)立的位置值和編碼器生成的附加錯(cuò)誤碼并通過EnDat 2.2協(xié)議傳給EnDat主單元。EnDat主單元執(zhí)行多項(xiàng)監(jiān)測功能，監(jiān)測編碼器和傳輸期間發(fā)生的錯(cuò)誤。例如，比較兩個(gè)位置值，然后EnDat主單元將數(shù)據(jù)提供給安全控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)定期檢測高安全性位置測量系統(tǒng)，監(jiān)測其是否正常工作。EnDat 2.2協(xié)議的系統(tǒng)架構(gòu)允許其處理所有安全相關(guān)信息和在非受控工作期間執(zhí)行控制功能。這是因?yàn)榘踩嚓P(guān)信息保存在附加信息中。根據(jù)EN 61 508標(biāo)準(zhǔn)，位置測量系統(tǒng)的架構(gòu)被視為單通道檢測系統(tǒng)。位置測量系統(tǒng)應(yīng)用對控制系統(tǒng)，機(jī)床設(shè)計(jì)人員，安裝人員和服務(wù)人員等都有一些要求。這些必要信息在位置測量系統(tǒng)的技術(shù)文檔中。為將位置測量系統(tǒng)用于面向安全應(yīng)用環(huán)境中，需選用適當(dāng)控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)需能與編碼器通信和能安全處理編碼器數(shù)據(jù)。有關(guān)安全控制系統(tǒng)中用帶監(jiān)測功能的EnDat主單元的要求，參見海德漢文檔533095。其中包括位置值和錯(cuò)誤碼的計(jì)算和處理技術(shù)參數(shù)信息，電氣連接和位置測量系統(tǒng)的周期檢測信息。機(jī)床和成套設(shè)備制造商不需要關(guān)心這些細(xì)節(jié)。這些功能必須由控制系統(tǒng)提供。用產(chǎn)品介紹，樣本和安裝說明幫助選用恰當(dāng)編碼器。產(chǎn)品信息和樣本中提供有關(guān)編碼器功能和應(yīng)用的一般信息，以及技術(shù)參數(shù)和環(huán)境條件要求。安裝說明提供詳細(xì)的編碼器安裝信息。

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