ПРОМЫШЛЕННЫЕ ЭНКОДЕРЫ КОМПАНИИ SICK
Олег Лысенко, к.т.н., инженер по продажам, SICK LLC
SICK AG является мировым лидером в производстве оптоэлектронных устройств различного типа: переключателей, датчиков положения, расстояния, определения цвета, наличия маркировки, индуктивных и магнитных датчиков, а также сканеров штриховых кодов, устройств защиты персонала и т.д.
Компания была образована в 1946 г Ервином Сиком (Erwin Sick) и в настоящее время занимает лидирующие позиции на рынке приборов промышленной автоматизации.
Сегодня насчитывается более 40 представительств в различных частях света от Америки до Китая, в которых работает более 4000 человек.
С первых дней своего существования компания SICK уделяла особое внимание научно-исследовательской деятельности, поэтому значительную часть своего денежного оборота тратила на научные разработки и исследования. На рисунке 1 показан объем вложений, потраченных на исследования в 1999—2003 гг. Благодаря этому, а также гибкой политике цен и высочайшему качеству выпускаемой продукции, фирма в настоящее время занимает второе место в мире по обороту в области промышленной автоматизации и первое место — по оптическим и фотоэлектрическим датчикам.
Структура организации состоит из четырех подразделений:
1. Промышленные датчики — энкодеры; системы для приводов с обратной связью; ультразвуковые датчики; индуктивные, емкостные и магнитные датчики положения; магнитные датчики для определения положения поршня в пневмоцилиндрах; широкий ассортимент фотоэлектрических
датчиков, датчиков контраста и цвета, люминесцентных сенсоров, датчиков дистанции и ряда других.
2. Системы промышленной безопасности — световые барьеры; лазерные сканеры; фотоэлектрические ключи и интерлоки.
3. Аналитические системы — специфические датчики уровня для обнаружения сыпучих материалов; приборы контроля промышленных выбросов; анализаторы технологичных и сточных вод; приборы контроля для туннелей и автомобильных дорог.
4. Системы аутоидентификации — различные стационарные и ручные считыватели штрих-кодов и 2В-кодов, а также ряд сложных систем на их основе.
При этом деятельность компании не ограничивается вышеперечисленными направлениями — выпускаются различные системы на базе лазерных сканеров, например, системы для избежания столкновений или охранные системы.
ПРОМЫШЛЕННЫЕ ЭНКОДЕРЫ
Невозможно представить подробно все производственные возможности компании SICK AG в рамках одной статьи, поэтому сегодня хотелось бы поподробнее остановиться на рассмотрении продукции первого подразделения — промышленных энкодерах.
Промышленные энкодеры выпускаются под маркой SICK-STEGMANN. Фирма STEGMANN, имеющая давнюю историю и хорошо известная своими энкодерами, была приобретена компанией SICK AG в недалеком прошлом.
Энкодеры широко применяются в любой отрасли промышленности. Абсолютные и инкрементные энкодеры устанавливаются на приводы бумаго- и картоноделательных машин, пресспатов, упаковочных агрегатов, лесозаготовительных машин и деревообрабатывающих станков, продольно- и поперечнорезательных (рубительных) машин, прокатных станов, на приводы лифтов и подъемных кранов, суппорты токарных станков и координатных столов. Эти энкодеры монтируются на любой мощный электропривод.
Цифровые фотоимпульсные энкодеры служат для измерения основных кинематических параметров работы электропривода: скорости и положения вала. В недалеком прошлом для этих целей использовались сельсины или тахогенераторы постоянного и переменного токов. Цифровые датчики по сравнению с аналоговыми имеют значительные преимущества практически по всем параметрам. В подавляющем большинстве современных систем регулируемого привода для позиционирования и контроля углового положения используются инкрементные и абсолютные энкодеры.
В фотоимпульсных датчиках свет проходит от излучающих светодио-дов к фотодиодным светоприемникам через прозрачный диск с метками. Абсолютный энкодер имеет уникальную комбинацию меток для каждого углового положения, а на инкрементном одинаковые метки распределены по диску равномерно (см. рис. 2 и 3). При прохождении меток через светодиодную пару генерируются импульсы, которые в дальнейшем обрабатываются с помощью электронных устройств (программируемых логических контроллеров, преобразователей постоянного и переменного токов для электродвигателей и счетчиков). Так устроен однооборотный абсолютный энкодер.
Также фирма SICK выпускает многооборотные энкодеры. Принцип их действия сочетает оптическую, магниторезистивную технологию с технологией зубчатых передач (см. рис. 4).
Основным же преимуществом абсолютного энкодера перед инкрементальным является функция сохранения текущего значения углового перемещения вне зависимости от того, подано питание на датчик или нет.
Обширный ассортимент энкодеров, выпускаемых фирмой SICK, представлен на рисунке 5. Хотелось бы отметить, что представленные энкодеры относятся к так называемой серии «blueline» и рекомендованы для применения в новых разработках. Кроме этих датчиков выпускаются и другие серии энкодеров для поддержания существующих проектов и специальных приложений, но они не рекомендованы для новых проектов. Более подробную информацию можно посмотреть на сайте производителя — www.stegmann.com.
При выборе необходимого энкодера руководствуются критериями, базирующимися на основных параметрах:
• тип энкодера: инкрементальный или абсолютный, линейный или вращательный;
• для вращательного абсолютного энкодера: однооборотный или многооборотный;
• количество импульсов на оборот или количество бит (для абсолютных энкодеров);
• с валом, с полым ротором или со сквозным полым ротором и соответственно диаметр вала или отверстия под вал;
• тип выходного сигнала (HTL, TTL, RS-422, двоичный код и код Грея, SSI, Profibus DP, CAN);
• напряжение питания;
• длина кабеля и тип разъема;
• дополнительные требования по крепежу (необходимость муфты, монтажного фланца или крепежной штанги).
Таблица 1. Инкрементальные энкодеры серий DRS 60 и DGS 60/65/66
| Технические параметры |  |
 |
| DRS 60 CoreTech | DGS 60/DGS 65/DGS 66 | |
| Количество импульсов на оборот | Любое количество импульсов от 1 до 8192 | 100… 100 |
| Габаритные размеры, мм | Ж60 | |
| Интерфейс/драй веры | TTL/RS-422, HTL/push pull | |
| Напряжение питания, В (постоянный ток) | 4,5...5,5 10...32 | 4...6 10...30 |
| Стандарты соответствия | СЕ | |
| С валом | DGS60 | |
| Servo flange, Ж вала, мм | 6 | |
| Face mount flange, Ж вала, мм | 10 | |
| Максимальная рабочая скорость, мин-1 | 6000/10000 | |
| Диапазон рабочих температур, °С | 850...85 | 0...85 |
| Подключение | Аксиальный/радиальный кабель, аксиальный/радиальный цилиндрический резьбовой разъем | |
| Класс защиты | IP 65/IP 66 | IP 65/IP 67 |
| С полым ротором | DGS 65/DGS 66 | |
| Диаметр вала, мм (дюйм) | 6; 8; 10; 12 или 15 (1/4,3/8,1/2) | 6; 8; 10 или 12 (DGS 65); 6; 8; 10; 12; 14 и 15 (1/2 (DGS 66)) |
| Максимальная рабочая скорость, мин-1 | 3000 | 6000 |
| Диапазон рабочих температур, °С | -20...85 | -20...70 |
| Подключение | Аксиальный/радиальный кабель, аксиальный радиальный цилиндрический резьбовой разъем | Кабель, радиальный цилиндрический резьбовой разъем (DGS 65), радиальный кабель (DGS 66) |
| Класс защиты | IP 65/IP 66 | |
| Со сквозным ротором | DGS66 | |
| Диаметр вала, мм (дюйм) | 6; 8; 10 или 12(1/4,3/8, 1/2) | 6; 8; 10; 12 или 14(3/8, 1/2) |
| Максимальная рабочая скорость, мин-1 | 3000 | 6000 |
| Диапазон рабочих температур, °С | -20...85 | -20...70 |
| Подключение | Аксиальный/радиальный кабель, аксиальный/ радиальный цилиндрический резьбовой разъем | Радиальный кабель |
| Класс защиты | IP 64 | IP 65 |
ИНКРЕМЕНТАЛЬНЫЕ ЭНКОДЕРЫ
В данном классе промышленных датчиков компания SICK AG предлагает инкрементальные энкодеры серий DRS60, DGS60, DGS65 и DGS66. Технические характеристики этих приборов представлены в таблице 1.
Наиболее интересной представляется серия DRS60, которая выполнена по технологии CoreTech. Данная технология позволяет изготавливать энкодеры с любым количеством импульсов в диапазоне от 1 до 8192, что удовлетворяет любым требованиям заказчика по этому параметру. «Изюминка» технологии CoreTech заключается в изготовлении индивидуального диска с требуемым количеством кодирующих меток. Срок изготовления подобных энкодеров составляет от 2 до 4 недель.
В ближайшее время планируется выпуск новой серии DKS 40. Датчики этой серии будут выделяться невысокой ценой, компактными размерами и высокой степенью защиты.
Типичными приложениями инкрементальных энкодеров являются печатающие машины, станки для резки, сверления и фрезерования, а также в устройствах определения скорости привода.
АБСОЛЮТНЫЕ ЭНКОДЕРЫ
Абсолютные энкодеры представлены однооборотной серией ARS 60 и многооборотной серией ATM 60/ ATM 90. Основные характеристики этих приборов представлены в таблице 2.
Таблица 2. Абсолютные энкодеры серий ARS 60 и ATM 60/АТМ 90
| Технические параметры |  |
 |
| ARS 60 CoreTech (однооборотный) | ATM 60/АТМ 90 (многооборотный) | |
| Разрешение | Любое разрешение от 2 до 32768 | 8192 шагов/оборот; 8192 оборотов (макс. 25 бит с SSI) |
| Габаритные размеры, мм | Ж60 | |
| Интерфейс/драй веры | SSI или параллельный (push-pull) | SSI, RS-422, Profibus, DeviceNet, CANopen |
| Напряжение питания, В (постоянный ток) | 10...32 | 10...30 |
| Стандарты соответствия | СЕ | |
| С валом | ATM 60 | |
| Servo flange, Ж вала, мм | 6 | |
| Face mount flange, Ж вала, мм | 10 | |
| Максимальная рабочая скорость, мин~1 | 6000/10000 | 6000 |
| Диапазон рабочих температур, °С | -20...85 | |
| Подключение | Аксиальный/радиальный кабель, аксиальный/ радиальный цилиндрический резьбовой разъем | Радиальный кабель, радиальный цилиндрический резьбовой разъем |
| Класс защиты | IP 65/IP 66 | IP 67 |
| С полым ротором | ATM 60 | |
| Диаметр вала, мм (дюйм) | 6; 8; 10; 12 или 15 (1/4, 3/8, 1/2) | |
| Максимальная рабочая скорость, мин~1 | 3000 | |
| Диапазон рабочих температур, °С | -20...85 | |
| Подключение | Аксиальный/радиальный кабель, аксиальный/ радиальный цилиндрический резьбовой разъем | Кабель, радиальный цилиндрический резьбовой разъем |
| Класс защиты | IP 65/IP 67 | |
| Со сквозным ротором | ATM 90 | |
| Диаметр вала, мм/дюйм | 6; 8; 10 или 12(1/4,3/8, 1/2) | 12 или 16(1/2) |
| Максимальная рабочая скорость, мин~1 | 3000 | 2000 |
| Диапазон рабочих температур, °С | -20...85 | -20...70 |
| Подключение | Кабель, радиальный цилиндрический резьбовой разъем | |
| Класс защиты | IP 64 | IP 65 |
Энкодеры серии ARS 60, так же как и инкрементальные датчики серии DRS60, выполнены по технологии CoreTech, позволяющей изготавливать энкодеры с любым разрешением от 2 до 32768 импульсов на оборот.
Абсолютные энкодеры применяются в различных областях: производственное оборудование — различные станки, сталелитейная промышленность, театральное оборудование, прессовое оборудование, шинная промышленность и многое другое.
Из классификации промышленных энкодеров производства SICK AG видно, в ассортименте имеются и линейные абсолютные энкодеры. Они представлены серией Pomux KH 53.
Конструктивно линейный абсолютный энкодер Promux KH 53 состоит из двух частей. Первая часть — это рейка с массивом постоянных магнитов. Фактически данная рейка представляет собой линейку, где каждый магнит «пронумерован». Вдоль этой рейки двигается сканирующая головка (вторая часть), которая измеряет абсолютное значение, используя эффект Холла (см. рис. 6).
Характеристики энкодеров серии POMUX КН 53 представлены в таблице 3.
Таблица 3. Основные характеристики абсолютных энкодеров серии Pomux KH53
| Технические параметры | POMUX KH 53 |
| Внешний вид |  |
| Диапазон измерений, м | 38/107/354/1700 |
| Разрешение, мм | 0,1 |
| Повторяемость, мкм | 30 |
| Интерфейс | SSI, RS-422, Profibus |
| Напряжение питания, В (постоянный ток) | 10… 32 |
| Диапазон рабочих температур, °С | -20...60 |
| Подключение | Кабель или круглый резьбовой разъем |
| Класс защиты | IP 65 / IP 66 |
| Максимальная скорость обработки, м/с | 6,6 |
| Стандарты соответствия | СЕ |
| Интервал сканирования, мс | |
| SSI | 0,8 |
| RS-422 | 0,9 |
| Profibus | 1,1 |
Основными преимуществами энкодеров этой серии являются: достаточно большой рабочий диапазон до 1700, отсутствие износа, благодаря бесконтактному принципу работы, и высокая степень защиты (до IP 66). К недостаткам можно отнести сложность установки данной системы.
Благодаря высокой степени защиты датчики серии POMUX KH 53 могут использоваться в жестких условиях эксплуатации. Типичными областями применения этих датчиков является подъемно-транспортное оборудование, эксплуатируемое на различных промышленных предприятия, в том числе, и в морских портах.
ЭНКОДЕРЫ С ТРОСОВЫМ ВЫВОДОМ
Особый интерес представляют выпускаемые фирмой SICK энкодеры с тросовым выводом, которые состоят из двух механизмов — энкодер и механизм тросового вывода (см. рис. 7). Этот датчик используется для измерения линейных перемещений различных механизмов. Вращение энкодера пропорционально линейному перемещению троса, закрепленного на перемещаемом механизме.
На сегодняшний день доступны две серии энкодеров с тросовым выводом: инкрементальные энкодеры серии PRF и абсолютные энкодеры серии BTF. Данные энкодеры позволяют измерять линейные отклонения механизмов друг относительно друга с высокой точностью. Типовое применение — подъемно-транспортное оборудование. Основные характеристики энкодеров серий PRF и BTF сведены в таблице 4.
Срок службы этих датчиков определяется прежде всего тросовым механизмом. Даже при идеальных условиях эксплуатации это срок имеет конечное типовое значение, которое составляет один миллион циклов, что является очень хорошим показателем для подобных изделий.
Все серии представленных энкодеров доступны с различными интерфейсами: последовательный (SSI, TTL), параллельный (HTL/push-pull), а также промышленные стандарты Profibus, DeviceNet и CANopen.
СИСТЕМЫ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ ДЛЯ ПРИВОДОВ
В заключение хотелось бы коротко упомянуть о большом классе изделий — системах обратной связи для приводов (motor-feedback systems). Эти системы широко используются в приводной технике для определения положения и скорости выходного вала. Конструктивно датчики обратной связи состоят из энкодера и интерфейса. Они бывают двух видов:
1) инкрементальный энкодер со схемой коммутации;
2) абсолютный энкодер с SINCOS-интерфейсом (HIPERFACE®).
Данные системы могут использоваться со всеми современными двигателями. Краткая информация по сериям представлена в таблице 5.