Журнал «ИСУП». (Информатизация и системы управления в промышленности)
ИТ, КИПиА, метрология, АСУ ТП, энергетика, АСКУЭ, промышленный интернет, контроллеры, экология, электротехника, автоматизации в промышленности, испытательные системы, промышленная безопасность

Энкодеры без ограничений от ФЭНКО

Энкодеры, или датчики положения, востребованы в современной промышленности, на транспорте, в медицине и многих других сферах. Компания ФЭНКО из Санкт-Петербурга предлагает широкий ассортимент энкодеров для замены зарубежных устройств. В статье рассмотрен круг популярных датчиков, интерфейсы, разрешение и другие характеристики.

ООО ФЭНКО, Санкт-Петербург

Fenko.png

скачать pdf >>

Об энкодерах

Энкодер (encoder) – это устройство, преобразующее изменение физической величины (проходящего или отраженного света, магнитного или индуктивного по­ля) в последовательность аналоговых сигналов или электрических импульсов. Также можно встретить названия: преобразователь перемещений, датчик обратной связи (ДОС), датчик положения, скорости. Приемное устройство, которое обрабатывает последовательность импульсов или сигналов с преобразователя, получает данные о величине и направлении перемещения. В зависимости от измеряемого/контролируемого объекта энкодеры могут быть угловыми (круговыми) или линейными (рис. 1).

Ris_1.jpg

Рис. 1. Основные типы энкодеров: а, б – угловые (круговые); в – линейные

Если посмотреть на историю применения датчиков положения, видно, что потребность в них появилась, когда начали применять процессы и машины с высокой степенью автоматизации и (или) контроль перемещений, требующий высокой точности. Прежде всего, это станочное производство и военная техника, а также автоматизированные линии и конвейеры. В нашей стране предшественниками энкодеров бы­ли сельсины, индуктосины, вращающиеся трансформаторы, резольверы. Энкодеры в том ви­де, в котором мы их видим на рынке сегодня, имелись и в СССР. Основными производителями являлись фирма Iskra (г. Любляна, Югославия); Вильнюсский филиал ЭНИМС (г. Вильнюс, Литовская ССР), который впоследствии был преобразован в ны­не действующую фирму Pre­ci­zi­ka Met­ro­lo­gy; Оршанский инструментальный завод (г. Орша, Белорусская ССР); компания Heidenhain (г. Траунройт, Германия), которая сегодня стала настоящим концерном, занимающим лидирующие позиции на мировой арене, и поглотила целую группу производителей датчиков: RSF Elektronnik (Австрия), Jena Numerik (Германия), Lei­ne Linde (Швеция), AMO (Австрия), LTN.

По сравнению с сегодняшним днем ассортимент датчиков был не самым разнообразным, но вполне достаточным для нужд того времени. В нем можно бы­ло выделить несколько групп:
- относительные (инкрементальные) круговые с ходовым разрешением 1024, 2500, 3600 имп/об и диаметром корпуса 36 или 58 мм;
- высокоточные угловые с точностью до ±1″, ходовым разрешением 9000, 18 000 имп/об, диаметром корпуса до 170…200 мм;
- инкрементальные линейные (часто называют «линейками») с точностями до ±3 мкм на метр и шагом (разрешением) до 1 мкм. Примечательно, что уже тогда могли делать составные модели с длинами перемещений более 3 м (модели LB326 и TGM190).

Динамичное развитие микроэлектроники, механики, оптики, а также рост требований со стороны повсеместно растущей автоматизации внесли свой вклад в развитие энкодеров, расширив их ассортимент и набор параметров. Сегодня можно смело говорить о таких применениях, как камеры и системы наблюдения, лифтовое и крановое оборудование, медицинские роботы и томографы, сервомоторы, роботы-манипуляторы, моментные двигатели, всевозможные лебедки, антенны, солнечные панели и ветряные генераторы, гидроцилиндры, универсальные станки и обрабатывающие центры, карьерная и горнодобывающая техника, муниципальный и железнодорожный транспорт, метрологическое оборудование, буровые установки, конвейеры, автоматизированные склады, системы наведения спутников, тестеры на инсулин и многое другое.


Технологии энкодеров на рынке

В настоящее время можно выделить следующие ти­пы датчиков по методу считывания информации:
- оптические;
- магнитные;
- индуктивные;
- емкостные.

Есть еще магнитострикционные и магниторезистивные датчики, потенциометры, но это не на­ши основные направления, и в этой статье мы их оставим без внимания.

Традиционными решениями являются оптические (оптоэлектронные) и индуктивные преобразователи, они устанавливались еще на советские станки. Бесспорный лидер по разнообразию моделей и параметров – это оптическая технология. Большинство производителей используют именно этот принцип для создания гаммы датчиков положения. Оптические модели для контроля угла могут иметь размер от 10–12 мм до 200 мм и разрешение до нескольких миллионов импульсов на оборот. Линейные корпусные оптические модели, как правило, ограничены длиной стекла и имеют длину перемещения 3,2…4,2 м, а составные модели или на ленте могут применяться для контроля перемещений до 30…50 м. Оптоэлектронные энкодеры можно разделить на два основных ти­па: работающие на отражение и на просвет (рис. 2).

Ris_2__.jpg

Рис. 2. Оптоэлектронный энкодер, работающий на просвет: 1 – вал энкодера; 2 – фланец (на данном рисунке представлен зажимной тип); 3 – фотоприемник инфракрасного (ИК) света; 4 – оптический диск с растрами (метками, если инкрементный) или кодовыми дорожками (если абсолютный); 5 – ИК-осветитель (LED) с линзой на плате; 6 – механический редуктор с зубчатыми колесами (многооборотный модуль); 7 – плата обработки сигнала с выходными формирователями и конверторами интерфейса

Функционирующие на просвет – это классическая конструкция с подшипниковым узлом, осветителем, стеклянной, пластиковой или металлической измерительной шкалой (диском), стеклянным индикаторным растром, фотоприемником, платой обработки и формирования сигнала, корпусом. Заказчику не требуется обеспечивать зазор между шкалой (диском), осветителем и светочувствительным элементом, конструкция является законченной и готова к монтажу на оборудовании.

Датчики на отражение работают без подшипников, это уменьшает габарит, снижает механический износ и позволяет функционировать на повышенных скоростях. Между шкалой и считывающей головкой имеется зазор, заказчику необходимо обеспечивать расстояние между ни­ми своей механикой. Такие решения применяются в линейных двигателях, метрологическом оборудовании, КиМ, машинах по производству электроники (Pick and Pla­ce), некоторых типах станков, в поворотных столах, антеннах. Лидерами в области разработок и поставок открытых моделей являются компании Re­ni­shaw (Великобритания), все та же группа Heidenhain (Германия) и ее сестринские компании RSF Elektronik (Австрия) и Jena Numerik (Германия), в числе догоняющих Fagor (Испания).

С развитием технологий всё большую популярность приобретают магнитные решения, так как их точность и разрешение (шаг измерения) значительно приблизились к оптическим моделям, при этом устойчивость к воздействиям внешней среды значительно вы­ше. Передовой компанией в области магнитных датчиков для станков является Magnescale (Япония). Этот бренд – выходец из всем известной компании Sony, получившей богатый опыт при создании магнитных пленок для магнитофонов. Magnescale выпускает линейные энкодеры с разрешением до нанометров и микронными точностями, угловые – с разрешением до 25 бит (33 554 432 имп/об) и точностью до ±2,5″. Столь высокий уровень точности позволяет Magnescale успешно конкурировать с законодателем в области датчиков для станков – Heidenhain. Еще одна передовая компания в области магнитных технологий – Posital (Fraba GmbH). Этот немецкий бренд имеет офисы разработчиков в Кельне и Аахене (Германия), производство расположено в Польше. Posital специализируется на поставках для промышленной автоматизации, ему удалось создать технологию в габаритах 36…58 мм, обеспечивающую точность до 0,09°.

В последнее время на рынке активно продвигают индуктивные преобразователи фирмы AMO GmbH (входит в группу Heidenhain) и Zettlex (Великобритания). AMO ориентирована на станочные решения, производит линейные и кольцевые преобразователи для контроля угла. Zettlex специализируется на авиационном и оборонном применениях, но не ограничивается ими. Емкостные угловые энкодеры от производителя Netzer Precizion Position Sensors (Израиль) идут в габаритах от 25 до 130 мм с разрешением до 21 бита на оборот.

Преимуществом угловых индуктивных и емкостных преобразователей является их малая высота, небольшой вес, крупный сквозной вал. Датчики могут быть встроены в узлы с ограничениями по габаритам.


Абсолютные и инкрементальные энкодеры в условиях ограничений

Выбор производителей и моделей инкрементальных (относительных) энкодеров на рынке намного больше, чем абсолютных. Компания ­ФЭНКО предлагает подбор хорошо зарекомендовавших се­бя аналогов импортных датчиков (рис. 3). Но да­же здесь есть модели, которых коснулись ограничения, и наибольшим спросом в РФ среди инкрементальных энкодеров, ввиду сложностей с поставкой и отсутствия отечественных аналогов, будут пользоваться следующие решения:
- энкодеры для тяжелых условий с усиленным корпусом, мощным подшипниковым узлом, дополнительной защитой разъема или кабельного ввода; часто идут с дублированным каналом, заменят изделия Hubner / Bau­mer / Leine Linde / BEI / Dynapar;
- для взрывоопасных сред (международный сертификат ATEX), заменяют изделия Scancon / Leine Linde / Baumer / Avtron, предназначены главным образом для нефтегазовой отрасли, химических и пищевых производств;
- открытого типа линейные и кольцевые на замену Renishaw / Heidenhain / RSF Elektronik. Используются на станках и высокоточном измерительном оборудовании;
- закрытые линейные модульного ти­па (составные) с длинами перемещений более 3240 мм. Идут на замену Heidenhain / Fagor, предназначены для больших обрабатывающих станков.

С абсолютными датчиками на отечественном рынке несколько сложнее, так как эта технология стоит на уровень «вы­ше» инкрементальной и основными поставщиками таких датчиков на российский рынок бы­ли европейские (главным образом немецкие) компании Sick, Kubler, Baumer, TR Electronic, Wachendorff, Heidenhain. Наиболее популярными решениями для развития и поддержания отечественной промышленности будут:
- круговые многооборотные с последовательными и шинными интерфейсами Profibus, Ethernet, EtherCAT, CANopen, DeviceNET, Modbus, HI­PER­FA­CE;
- высокоточные абсолютные линейные для станков с интерфейсами для современных ЧПУ EnDat, DRIVE-CLiQ, Mitsubishi;
- бесконтактные кольцевые и линейные абсолютные на ленте на замену Renishaw, Heidenhain, AMO;
- компактные абсолютные круговые с высоким разрешением и быстродействием для применения в промышленных роботах, беспилотных летательных аппаратах, моментных двигателях.

Стоит обратить внимание, что производство высокотехнологичных абсолютных датчиков с популярными промышленными интерфейсами требует использования высокочастотных микроконтроллеров и электроники, экспорт которой в РФ сегодня ограничен. Большинство европейских, американских и некоторые азиатские производители прекратили официальные поставки на наш рынок всех своих энкодеров, да­же не попавших под экспортный запрет Евросоюза, США и Японии, а если не прекратили, то таможня на стороне экспортера не пропустит или сильно задержит поставку таких продуктов. Чтобы обеспечить на выходе датчика абсолютный интерфейс, зачастую требуется покупать чи­пы или компоненты у держателей лицензий или патентов (западных компаний) или покупать са­му лицензию. Таким образом, датчики с некоторыми интерфейсами становятся труднодоступными. Иными словами, если заказчику необходим энкодер с Profibus, EtherCat, CANopen, HI­PER­FA­CE, EnDat, Fanuc, с высокой вероятностью это будет санкционный продукт. Лидером по поставкам энкодеров с промышленными интерфейсами является бренд Posital (Fraba GmbH). Эта компания предлагает практически все популярные шинные интерфейсы. И если на рынке появляется перспективный интерфейс, они первые, кто стремится внедрить его в свои датчики.


Решения от компании ФЭНКО

ФЭНКО имеет компетенции интегратора и поставщика на рынке энкодеров с начала 2015 го­да. Некоторые сотрудники компании работают с датчиками более 20 лет. В портфолио включены известные зарубежные бренды и продукция отечественного производителя ОАО «СКБ ИС». Ассортимент продукции формировался с точки зрения оптимального решения задач клиента, и сегодня компания предлагает самое полное портфолио энкодеров на рынке. Для подбора аналогов импортных датчиков на сайте f‑enco.ru создан специальный раздел «Аналоги энкодеров».

Ris_3.jpg

Рис. 3. В линейке энкодеров ФЭНКО можно найти модели с любым промышленным интерфейсом

Вот неполный перечень предлагаемых энкодеров, в том числе со склада:
- миниатюрные угловые и линейные;
- с тросовым барабаном;
- магнитные линейные бесконтактные с выходом TTL/HTL или SSI / BiSS / DRIVE-CLiQ;
- общепромышленные программируемые с разрешением до 65 536 имп/об или с фиксированным разрешением 1000, 1024 и 2500 имп/об в габаритах 36, 58 мм;
- с большим полым валом (до 45 мм с подшипниками и до 280 мм без подшипников);
- абсолютные многооборотные с цельным и полым валом;
- аналоговые с выходом 4…20 мА.

Специалисты компании ­ФЭНКО находятся в постоянном контакте с производителями и конечными заказчиками датчиков, это позволяет накапливать и развивать опыт, который в конечном счете служит на пользу клиентам. Компания ФЭНКО будет ра­да стать партнером в ваших проектах.

Опубликовано_в журнале ИСУП № 5(101)_2022

ООО ФЭНКО, Санкт-Петербург,
тел.: 8 (800) 201‑9509,
e‑mail: sales@f‑enco.ru,
сайт: f-enco.ru


Реклама. ООО «НПО РИЗУР»   ИНН 6234114269  LjN8KASZz

Реклама. ООО «НПО РИЗУР»   ИНН 6234114269  LjN8KASZz