В эпоху автоматизации и широкого применения роботизированной техники большое значение приобрели датчики угла поворота и линейных перемещений – энкодеры, которые производят многие европейские фирмы. Как провести замену энкодерам зарубежных брендов? О сложностях в этом деле, решении проблем, поиске альтернатив рассказано в статье компании ФЭНКО.
Все бренды, указанные выше, – это далеко не полный перечень, по которому к нам ежедневно обращаются заказчики с просьбой помочь в поставке и подборе доступной замены энкодеров. Получилось так, что на российском рынке контроля перемещений в промышленной автоматизации значительную долю занимали европейские производители. Большинство из них ушло с нашего рынка, оставив заказчиков один на один с их коммерческими обязательствами, техническими задачами, вопросами сервиса.
Ситуация не выглядит безнадежной, и мы успешно проводим замену большинства моделей энкодеров зарубежных брендов, но есть и исключения, с которыми не позволяет справиться отсутствие отечественной технологической базы и отсутствие аналогов в дружественных странах. Среди таких исключений мы для себя выделяем датчики, имеющие следующие особенности:
- конструктивные (особый механический дизайн);
- электронно-цифровые (запатентованные интерфейсы выдачи данных, высокопроизводительные микросхемы и процессоры);
- технологические, сочетающие в себе конструктивные и электронные.
Сложности замены
Разберем каждую из этих особенностей для лучшего понимания стоящих перед отечественной промышленностью задач.
Под датчиками с конструктивными особенностями мы понимаем:
- бесподшипниковые решения для контроля угла и скорости вращения, такие приборы еще называют кольцевыми энкодерами (рис. 1). Они служат для двух основных целей: контроля угла в прецизионных системах, например, поворотных столах станков, медицинских томографах, а также для контроля скорости в качестве датчиков шпинделя. Их конструкция является незаменимой для данных применений, так как датчик имеет небольшую высоту, что позволяет встраивать его в ограниченные пространства. Энкодеры для измерения угла отличаются высокими точностью и разрешением, а отсутствие подшипников у датчиков для контроля скорости позволяет работать на больших скоростях: до 62 500 об/мин. Для точных измерений используются оптическая и индуктивная технологии, для контроля скорости – индуктивная и магнитная;
Рис. 1. Кольцевые энкодеры: а – для контроля угла; б – датчик шпинделя
- бесподшипниковые решения для контроля линейного перемещения (рис. 2) с точностью ±10 мкм/м и выше. Как и кольцевые датчики, такие решения обеспечивают большую рабочую скорость, относительно простой монтаж, малый габарит, высокую точность и разрешение. В основном применяются для лазерных станков, линейных моторов, метрологического и медицинского оборудования;
Рис. 2. Линейные энкодеры открытого типа
- линейные энкодеры на длины более 3 м (рис. 3). Такие датчики являются составными, длина измерения более трех метров достигается с помощью соединения блоков корпуса и натяжения внутри корпуса металлической ленты с нанесенной шкалой. Также есть похожие решения на рельсе с направляющей и кареткой, шкала укладывается в паз направляющей. К этой конструкции мы относим модели с точностью выше ±10 мкм/м, обычно это ±5 мкм/м, в особых случаях ±3 мкм/м. Есть решения на магнитных лентах с длинами до 50 м, но они не дадут точности лучше ±10 мкм/м. В основном такие системы применяются на больших металлообрабатывающих станках.
Рис. 3. Составной линейный энкодер до 60 метров
Электронно-цифровые особенности:
- запатентованные интерфейсы Hiperface (от Sick), EnDat (от Heidenhain), DriveQliq (от Siemens), Mitsubishi, Panasonic, Fanuc a и ai. Многие производители энкодеров использовали собственные закрытые интерфейсы, и теперь для замены их датчиков необходимо приобретать труднодоступный оригинал. Бывает, что оригинал недоступен, в таком случае мы просим заказчика проверить возможности контроллера, привода или системы управления принимать другой интерфейс. Если система это позволяет, то подбираем замену. Особенно эта задача актуальна для станков и лифтового оборудования. Сейчас стали сталкиваться с подобными задачами для производственных конвейеров;
- сложные шинные интерфейсы EtherCAT (рис. 4), Profinet, Profibus, Modbus и другие. Большинство современных промышленных решений автоматизации требуют включения в цепь нескольких элементов. Это приводит к появлению новых способов обмена данными – новых интерфейсов, которым для функционирования необходимы сложные процессоры (микросхемы, чипы). К слову сказать, сейчас наблюдается общемировая проблема со сложными микросхемами, сроки поставки достигают 12–18 месяцев, например, на датчики с EtherCAT и Modbus. В этом случае мы либо ищем решение с требуемым шинным интерфейсом, для чего нужно покупать чипы для их сборки по завышенной цене у брокеров, либо на помощь приходит работа с открытыми цифровыми интерфейсами SSI, BiSS-C или аналоговыми сигналами 0…10 В, 4…20 мА и др.;
Рис. 4. Энкодер с EtherCAT
- абсолютные датчики. В целом, существуют сложности с заменой абсолютных угловых и линейных датчиков, так как помимо особых интерфейсов они могут иметь завышенные параметры, такие как очень высокое разрешение, высокая точность.
Сочетание конструктивных и электронных особенностей – это совокупность перечисленных выше технических характеристик, что значительно усложняет вопрос замены. Примеры таких сочетаний:
- многооборотный энкодер с большим полым валом (от 15 мм). Конструкция с полым валом (рис. 5) сама по себе сложна, так как необходимо создать печатную плату с отверстием, прецизионный подшипниковый узел, а также обеспечить наличие счетчика оборотов. Задача решается с помощью поставки плоских абсолютных энкодеров со встроенным счетчиком оборотов, или заказчик обеспечивает подсчет оборотов в своей системе;
Рис. 5. Абсолютный энкодер с полым валом
- высокоточные абсолютные угловые энкодеры с валом более 20 мм (рис. 6). Эта задача актуальна для станков, здесь требуется разрешение от 21 бита на оборот, точность ±5 угловых секунд и выше, полый вал 50 мм и выше. Чтобы разобраться с этой проблемой, просим заказчика доработать конструкцию под доступные решения;
Рис. 6. Высокоточный угловой энкодер
- абсолютные линейные энкодеры (рис. 7) открытого и закрытого типов. Опять же, задача для станочного, метрологического оборудования. Датчики должны обладать высокими разрешением, быстродействием и точностью.
Рис. 7. Абсолютные линейные энкодеры открытого типа
Поиск альтернатив
Многие наши заказчики сейчас надеются на поставку комплектующих из стран Азии и Ближнего Востока. Причем именно местного производства, чтобы снизить риски, связанные с поставками и ограничениями. Здесь тоже встречаются подводные камни:
- вышеперечисленные технические решения в большинстве своем еще не реализованы в продукции местного производства этих регионов;
- для улучшения сервиса и качества требуются многолетние проверки и постоянное совершенствование;
- производители из дружественных регионов тоже зависят от поставки комплектующих, как и весь остальной мир, поэтому в случае общемировых сбоев с поставками микросхем сроки поставки их продукции вырастут;
- переход на компоненты от новых поставщиков касается не только пассивных элементов – энкодеров, но и систем управления, приводов, контроллеров, к которым датчики будут подключаться. И здесь также требуется мощная поддержка и глубокие компетенции, особенно чтобы внедрить новые системы в консервативные и требующие надежности производства: станочное оборудование, лифты и подъемники, медицинскую технику, метрологические установки.
Аналоги и замены
Уже на протяжении восьми лет, и особенно последнего года, мы успешно решаем вопрос с заменой энкодеров многих ушедших брендов: Sick, Kubler, TR Electronic, Baumer, Lika, Renishaw, Heidenhain, Fagor, Autonics, Wachendorff, Pepperl & Fuchs, Leine & Linde, Givi Misure, Magnescale и других. Для помощи в подборе замены мы создали на своем сайте раздел «Аналоги энкодеров». Сегодня, видя задачи современных производств, мы смогли организовать склад и регулярные поставки:
- общепромышленных инкрементных энкодеров с полым валом диаметром от 2 до 44 мм с подшипниками, а также с посадочными диаметрами до 280 мм и более без подшипников. Габарит самих датчиков – от 8 до 400 мм в диаметре;
- датчиков с цельным валом от 3 до 14 мм и распространенной механической конструкцией (синхрофланец, зажимной фланец, пилотный фланец и др.);
- абсолютных одно- и многооборотных энкодеров с цельным и полым валом, с интерфейсами SSI, CAN, BiSS-C, EtherCAT, Modbus, Profinet и др.;
- магнитных и индуктивных абсолютных и инкрементных линейных энкодеров с выходами TTL, HTL, 1 Vpp. SSI, BiSS-C;
- абсолютных энкодеров с разрешением до 21 бита и полым валом до 90 мм;
- аналоговых датчиков с выходом 4…20 мА;
- энкодеров с тросовым барабаном до 50 м;
- муфт, мерных колес, разъемов и кабеля для энкодеров.
Мы находимся в постоянном контакте с ведущими игроками на рынке датчиков, интеграторами, сервисными компаниями и конечными заказчиками, это позволяет нам накапливать и развивать свои компетенции. Полученный опыт в конечном счете становится преимуществом нашим клиентов и партнеров. Будем рады стать партнерами в ваших проектах.
Опубликовано_в журнале ИСУП № 2(104)_2023
ООО ФЭНКО, г. Санкт-Петербург,
тел.: 8 (800) 201‑9509,
e‑mail: sales@f‑enco.ru,
сайт: f‑enco.ru
_big.jpg'); "6(114)_small.jpg")