| |
|
Żywotność enkoderów i niezawodność działania |
Żywotność enkoderów i niezawodność działania |
 |
|
| Enkodery... |
| |
| 1. Zastosowanie enkoderów oraz ich rynek w Polsce |
Enkodery, czyli przetworniki pomiarowe obrotu znajdują coraz większe zastosowanie w przemyśle. Wiąże się to ze wzrastającą automatyzacją procesów technologicznych oraz potrzebą wykonywania coraz bardziej dokładnych pomiarów (pomiar długości, przesuwu taśmy montażowej, itp.). W maszynach oraz w całych procesach technologicznych gdzie enkoder nie był dotąd stosowany jego zastosowanie wymuszone jest poprzez coraz bardziej wymagający rynek, który potrzebuje coraz bardziej doskonałych detali oraz przystosowuje się do wprowadzania coraz lepszych systemów jakości produkcji.
Jednym z producentów enkoderów liczącym się na rynku światowym jest niemiecka firma Kübler GmbH. Firma ta oferuje kompletne zestawy aplikacji z enkoderami do pomiarów długości, przesunięcia, prędkości obrotowej (koło pomiarowe, licznik, enkoder, enkoder z linką, liniowy system magnetyczny). Do odbiorców tego typu aplikacji można zaliczyć firmy, które produkują różnego rodzaju obrabiarki numeryczne, maszyny pakujące i kształtujące, roboty, napędy, falowniki. Można uznać, że enkoder jest stosowany w każdej maszynie i aplikacji gdzie występują obroty oraz jakiekolwiek przesunięcia. |
| |
 |
Większość tych przetworników pracuje jednak w ciężkich warunkach przemysłowych takich jak wysoka temperatura, duża wilgotność, zabrudzenia, pył itp. Mają tu także wpływ warunki mechaniczne ze względu na konieczność mechanicznego sprzęglenia enkodera z wałem napędu lub pośrednio przez kółko pomiarowe z taśmą montażową (duże wibracje napędu lub maszyny powodują niepożądane obciążenia na wałku enkodera), Mimo to od enkodera wymagana jest długa żywotność oraz duża niezawodność jego działania. Sposoby realizacji tych warunków opracowane i zastosowane przez firmę Kübler zostały przedstawione w następnych rozdziałach. |
|
| |
| 2. Parametry wpływające na możliwość awarii enkodera |
| |
Maksymalna obciążalność wałka enkodera
Enkoder jest urządzeniem, które dokonuje pomiaru obrotu będąc w bezpośrednim- mechanicznym kontakcie z wałkiem silnika, napędu, przekładni maszyny. Dlatego dodatkowym parametrem, który nie występuje w innych elementach automatyki przemysłowej, a który może znacząco zmniejszyć żywotność tych elementów jest maksymalne obciążenie promieniowe i osiowe występujące na wałku enkodera.
Powodem zbyt dużego obciążenia wałka może być np. brak współosiowości wałka enkodera z elementem na który jest zamocowany. To ma bezpośredni wpływ na żywotność łożysk kulkowych i także przez to na generowane sygnały wyjściowe. Jeżeli będzie występować przeciążenie doprowadzi to do wcześniejszego zużycia i w najgorszym przypadku do błędu i uszkodzenia wewnętrznego systemu optycznego enkodera.
Dla enkoderów z wałkiem maksymalne obciążenie promieniowe i osiowe podawane w karcie katalogowej nie powinno być przekraczane. Jest mocno zalecane zastosowanie specjalnych sprzęgieł oferowanych przez firmę Kübler pomiędzy wałkiem enkodera i wałkiem maszyny.
Poniższe diagramy przedstawiają krzywe żywotności dwóch serii enkoderów firmy Kübler w funkcji obciążalności wałka enkodera oraz jego prędkości obrotowej. Przedstawiona została standardowa wersja enkodera 58XX, oraz przemysłowa seria 9000.
Wszystkie diagramy są wyznaczone przy parametrach:
- temperatura otoczenia 60°C
- wartość obciążenia osiowego jest zawsze połową wartości obciążenia promieniowego
Enkodery Küblera takie jak np. seria 9000 mogą osiągać nawet do 140N wartości obciążenia promieniowego i 70N wartości obciążenia osiowego przy żywotności > 8 lat! (przy pracy 24 godziny na dzień, 365 dni na rok), przez co mają one zastosowanie w aplikacjach, gdzie takie obciążenia mogą wystąpić i wymagana jest długa żywotność pracy enkoderów a zarazem całej maszyny, w której ten enkoder pracuje. Firma Kübler ma dobre referencje od firm, które budują elektrownie wiatrowe oraz firm dokonujących różnego rodzaju odwiertów (aplikacje w których występują bardzo duże obciążenia na wałkach enkoderów) |
| |
Seria 58XX |
Seria 9000 |
 |
 |
Żywotność łożysk w latach
1 n = 3000 min-1
2 n = 6000 min-1
3 n = 9000 min-1
4 n = 12000 min-1 |
Żywotność łożysk w latach
1 n = 2000 min-1
2 n = 4000 min-1
3 n = 6000 min-1 |
|
| |
Temperatura pracy
Innym parametrem, który może w sposób istotny wpływać na żywotność enkoderów oraz ich poprawne działanie jest ich temperatura pracy oraz składowania. Przy przekroczeniu temperatur podanych w kartach katalogowych enkodery, jak i inne urządzenia automatyki mogą ulec uszkodzeniu lub nie działać w sposób poprawny. Również jakość generowanych sygnałów przez enkoder może być zależna od wartości temperatury otoczenia.
Specjalizowane obwody elektroniczne zastosowane w enkoderach firmy Kübler powodują, że jakość sygnałów wyjściowych pozostaje na tym samym wysokim poziomie przez cały zakres temperatury pracy podawanej w karcie katalogowej. Zaznaczyć tu trzeba, iż firma Kübler posiada w swojej ofercie również enkodery serii 5803 oraz 5823, które przystosowane są do pracy w bardzo wysokich temperaturach czyli aż do 110°C.
Zabezpieczenie przeciw-zwarciowe
Wszystkie enkodery Küblera są wyposażone w zabezpieczenie przeciw-zwarciowe. Powoduje to, że gdy wystąpi zwarcie lub niewłaściwe połączenie kanałów wyjściowych enkoder nie zostanie uszkodzony. Po tym, gdy enkoder zostanie ponownie podłączony we właściwy sposób będzie nadal pracował poprawnie.
Czyli w przypadkach niewłaściwego podłączenia, które mogą się zdarzyć zawsze (np. przez niewykwalifikowanego pracownika), enkoder nie zostanie uszkodzony.
Kompensacja starzenia układu optoelektronicznego
Każda dioda LED po jakimś czasie traci swoją moc. Wynikiem tego jest obniżenie poziomu sygnału wyjściowego. Przesunięcie fazowe 90° pomiędzy kanałem A i Bw enkoderze staje się coraz mniejsze. Kierunek obrotu enkodera może nie zostać wykryty. Odpowiedni zastosowany obwód elektroniczny z układami Küblera ASIC zapobiegają tym niepożądanym efektom. |
|
| |
Opatentowana przez Küblera Technologia Integracyjna KIT
Technologia ta została zastosowana w enkoderach absolutnych i polega na zmniejszeniu elementów półprzewodnikowych w układach elektronicznych Küblera, przez zastosowanie układów typu ASIC spełniających wiele funkcji przetwarzania sygnałów.
Poniżej zostało przedstawione porównanie enkodera w starej technologii oraz enkodera w technologi opatentowanej KIT. |
| |
| Tradycyjna technologia enkodera |
KIT = Integracyjna Technologia Küblera |
| np. 14 bitowy enkoder = 14 ścieżek |
14 Bit wersja:
- kilka komponentów na płytce PCB
- zawiera układ opto-asic
|
- kilka układów skanujących
- funkcje przetwarzania danych i interfejsu
|
- jeden układ ASIC dla przetwarzania danych, protokołu i funkcji komunikacyjnych
|
|
|
Wady:
- EMC - czuły
- mniejsza odporność na uderzenia
- większe wymiary
- większa cena
- dużo pracy kalibracyjnej
|
Zalety:
- większa odporność na EMC
- kompensacja starzenia
- wersje z otworem pod wałek
(tylko 42 mm do zabudowania)
- odporność na uderzenia do 2500 m/s2
- korzystniejsza cena
- wysoka niezawodność
|
|
| |
Inteligentna Technologia Pomiarowa IST
Dotychczas w technologii elektroniki wieloobrotowej dla enkoderów zastosowany był dysk z kodem cyfrowym oraz licznik. W przypadku braku zasilania dostarczonego do enkodera, wewnętrzna bateria przywraca zasilanie , aby licznik mógł zliczyć ilość obrotów enkodera. Tak stała wysoka rezystancja obwodu elektronicznego czyni enkoder podatnym na EMI.
Inaczej niż tradycyjne elektroniczne systemy enkoderów wieloobrotowych, innowacyjny system enkoderów wieloobrotowych Küblera używa baterii tylko wtedy, gdy wałek enkodera obraca się podczas braku zasilania ("Inteligentna Technologia Pomiarowa"). Jeżeli zewnętrzne zasilanie jest wyłączone i następuje obrót wałka system budzi licznik i absolutna pozycja wałka jest zachowana.
Kiedy zasilanie jest przywrócone lub kiedy wałek enkodera przestanie się obracać obwód powraca do trybu uśpienia i pobiera tylko 1 µA z baterii. W trybie aktywnym, który zdarza się tylko w bardzo małych okresach czasu enkoder pobiera wyższy prąd (1 mA). Ta technologia czyni enkoder doskonale odporny na EMI i zwiększa żywotność baterii.
Ponadto w technologii IST został zastosowany system potrójnej redundancji systemów liczników i przetwarzania danych, dzięki której enkoder może nadal poprawnie funkcjonować mimo awarii jednego z nich. Poza tym gdy nastąpi awaria jednego z tych systemów użytkownik może być poinformowany o tym, dzięki czemu może podjąć odpowiednie kroki, aby być przygotowanym na całkowitą awarię enkodera. Poniżej został przedstawiony schemat blokowy takiego enkodera, w którym został zastosowany system Inteligentnej Technologii Pomiarowej IST zastosowany przez firmę Kübler. |
| |
Podsumowanie
Enkoder jest zawsze jednym z wielu elementów, który składa się na całość maszyny czy aplikacji. Żywotność i niezawodność pracy takiej maszyny lub aplikacji zawsze zależy od żywotności i niezawodności pracy składowych jej części. Dlatego firma Kübler opracowała i zastosowała wiele systemów elektronicznych, dzięki którym enkodery firmy Kübler są znane na świecie, jako enkodery przystosowane do bardzo ciężkich aplikacji, w których wymagana jest również duża niezawodność działania oraz długa żywotność ich pracy. Świadczy o tym długa lista referencyjna zadowolonych klientów. |
| Enkodery... |
|
|
|
|
PRASA
