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自动化数字化改造升温,编码器在增长。改造项目编码器如何选

2019年07月03日 11:56:20 来源: AQ编码公众号 作者:姜黎莉

一,改造的热度

冷与热:从中国工控网年度市场调研报告上来看,2018年自动化行业内的伺服机器人热度有所下降,再加上中美贸易战没有“停火”“止战”,仍在持续火热中。从去年八月份开始国内制造业机器人、伺服电机等从原来的热度渐冷,包括编码器普遍业绩不太景气。

危险化学品异地重点执法检查通知文件

但是在上海精浦机电公司却是另一番景象,绝对值多圈编码器订单做到零部件一时缺货了,一个字,“热”。根据上海精浦上半年1-5月份统计,绝对值多圈编码器的出货业绩与去年同期相比,却是增长了22%。增长的主要来源于自动化与数字化的两化改造,来自于企业的安全生产需求,与减少劳动力提高效率的需求。有些地区按照地方规定的环保与安全达标要求,工业生产企业需要在政府环保与安全生产检查规定的时间前,完成自动化改造,否则面临的将是停产整治,甚至关厂。“改造”一时成了这些企业生存的命题。

“近日,山东省应急管理厅发布消息,从5月21日起,山东将派出8个检查组利用10天时间,对东营、淄博、潍坊等8个危险化学品生产企业数量较多的市开展异地执法检查。此次重磅出击,重点检查涉及“两重点一重大”(重点监管的危险化工工艺、重点监管的危险化学品和重大危险源)危险化学品生产企业“三防”(防泄漏、防爆炸、防中毒)工作落实情况,以及企业风险管控、隐患排查、安全投入、培训教育、特殊作业、承包商管理、罐区及充装作业、应急管理等方面的内容。”

在这个新闻发出前,精浦公司刚刚就在山东地区为一家化工企业客户解决了一个自动化安全改造项目,这个客户的要求是时间紧、大量老设备尽力继续使用,选型的编码器需可连接原有的进口控制器、方便现场工人调试操作,等等要求。

在近期的自动化、数字化改造项目中,我们经常会碰到这样的编码器选型要求,因为是已经在生产的老设备改造,生产改造的停工时间要求尽量短,改造的成功性要求高,而且用户希望尽力使用原有的可用设备。

例如冶金行业的高炉氧枪定位、转炉倾角定位、送料小车定位等。远程安全监控显示。

再例如起重行业的大车、小车位置定位,吊钩高度控制,大跨径门机的同步控制等。

自动化控制与远程安全监控显示。

再例如化工、火电、垃圾场的原有露天工作场所的封闭后自动化,各种工作行程自动化定位,远程安全监控显示等。

这些都是自动化、数字化改造的内容,开始如6月份的天气——“热了”。

二,编码器选型

对于这样的要求,我们总结出一些编码器选型与改造成功的经验,与大家分享:

第一,选择绝对值多圈编码器,寻找在机械低速端位置安装,这样便于调试中很快找到位置控制点,并且位置不会变化了,作为自动化改造的多点位置控制、多电机同步控制很方便,改造都能完成令用户满意的效果。几乎近期改造都选择了这种方案。

作为已经在用的老设备改造,现场常常会有很多电机需要做自动化定位与多电机同步与协同控制,并且要数字化数据取出。而且原有电机的厂家与形式各不相同,以变频电机为多,且品牌不一,再有部分的伺服电机或者步进电机,甚至只是一个普通的电机。按一些做进口产品系统集成商的提供的改造方案,需要大部分更换成同一个品牌的电机,如果有做同步就要都换成伺服电机(或者异步伺服),这样的成本代价太高,改造调试的周期长,改造后对现场工人维护使用的要求也高了。这种要用户大动干戈、化大本钱的改造,在用户看来无疑是在这个“要命”的时候“趁火打劫”。

尽管现在的伺服电机控制发展的很快,成本也大幅度下来了,但是,在改造现场常常是希望沿用原有的电机设备,尤其是很多较大功率的各个品牌的变频电机,在机械端少做改动,保持原有工艺,以节省大量的改动时间,提高改造成功性。无论是用原有的变频电机还是新增的伺服电机,在低速端统一加装绝对值多圈编码器,作为参考点编码器绝对值位置坐标,起到了各种电机设备同步位置的标准,与各个电机在加工工艺执行端快速找准位置自动控制定位的作用,节省了调试时间,提高了改造成功的保障。并且,这个低速端的绝对值多圈编码器,直接反映了机械执行的位置与转速,作为数字化的改造目的,数字化数据直接可取出,作为现场显示或者远传安全监控,可同时实现自动化与数字化改造的位置与速度的传感器层面的CPS建立。

附链接文章:变频电机为什么要用编码器?变频电机、异步伺服电机的双编码器闭环以及该怎么选型

改造中作为位置定位,一般不会选择增量编码器——PLC常常没有多余的高速器接口,或者现场抗干扰没有把握,怕耽误了时间。

改造中作为位置定位,现在接近开关、光电开关类传感器也逐渐被连续位置的编码器所替换,开关类传感器无法连续位置可调与全程位置显示,无法完成数字化的全程现地及远程数字显示监控,提高安全警示的要求。

第二,绝对值多圈编码器的信号输出的选择,常常是根据客户现场已有的控制器设备选择,尽量选择开放性的通用信号,例如:

4—20mA信号,几乎所有的PLC都会有这样的输入接口;

modbusRTU信号,国际标准与国标,现在大部分的经济型PLC都已经有通讯接口,可以在此通讯接口接上编码器。由于已是国标的普及性,大部分PLC可以直接调用内部modbus通讯程序。并且数字信号可以作为远传显示与记录,在数字化改造中很受欢迎。

Canopen信号,是比较开放的信号接口,在很多品牌进口控制器上可以找到这样的总线接口。由于是现场总线式的信号,多加一个编码器地址即可连上总线。

SSI信号,这在一些现场已有的老设备的德国进口控制器上能够找到这样的输入接口。但是SSI接口是一对一连接的,需要看到是否有空的输入接口。

在改造项目中,如果编码器同时有两路信号输出,一路是模拟量信号4—20mA,另一路是数字量信号,例如modbusrtu,或者canopen,那是最受用户欢迎的,这样可以同时完成自动化、数字化,一路信号进控制器的自动化,一路信号进显示器或者远程的数字化。另外,4--20mA信号在现场可以用万用表量测信号,可以在调试与维护中快速判断现场可能出现的问题。

例如精浦的机械式绝对值多圈编码器9600系列,编码器大都具有这种两路信号同时输出,在近期的改造项目中,被选型的最多,增长主要来自于这款编码器。

第三,品质与技术服务经验。改造项目时间短,要求成功不许失败,对于编码器的品质要求高,更需要有专业的服务与经验,如果在现场碰到什么问题,编码器厂家需要第一时间响应,帮助用户分析找到问题,并且尽快解决。

对于编码器专业的选择,当客户了解了各种编码器原理的比较后,普遍希望选用机械式绝对值多圈编码器,没有电池、没有韦根、没有计数器,减少不确定性,使用品质有保障,减少以后的麻烦。

三,实例分享

在文章开头提到的山东化工厂安全改造项目分享:

在接到客户要求后,我们设计了应用方案,隔日便前往了项目现场。该项目是化工电石炉,属于化工电解炉性质,其使用环境突出为大电流电极(2万安培),强电场、磁场,多灰尘(炉灰)及高温,而自动化改造是为了给工人创造更安全的工作环境。

电石炉出炉机自动化代替人工作业

电石炉出炉机自动化代替人工作业

出炉机

三个位置的反馈确认,大大提高了出炉机的操作准确度

Canopen信号的特征是抗干扰强,尤其是对于变频的抗干扰,多编码器总线型连接速度快,适合做多轴多电机同步控制。

一个控制器与三个CANOPEN编码器的使用,通过1号编码器控制小车行走位置,当小车行走到位,通过2号编码器来调整回转装置的角度,当回转角度调整好后,再通过3号编码器来控制导杆臂的伸缩位置,当导杆臂在电石炉内到达指定位置后,进行炉内疏导和搅拌,该应用是三轴联动同步控制,对同步性的要求非常高,一旦传感器数据出错将带来不可估量的后果,必需要求绝对值数据的独一性,而机械多圈的绝对值编码器无需进行任何位置计数和圈数累加方面的算法处理,直接引用编码器输出的反馈数据。在其多圈旋转范围内不会出现重复的位置信号输出,所有的值都是独一的。

同时由于应用环境恶劣,粉尘弥漫,震动较大,故选用磁电式的绝对值编码器,光学码盘有因抖动或灰尘水汽而失效的问题,采用磁电式绝对值编码器没有这方面的问题,可靠性大大增强了。从而能满足用户在功能和性能上的使用要求。

编码器信号采用CANOPEN输出,我们是CANopen国际组织CIA的会员单位,并且拥有国际协会CIA发放的独一ID厂商号,能有效避免CANOPEN连PLC时区分厂商设备,而且Canopen信号对接地要求不高,容错性和抗干扰很好,所以在重型机械上很实用。

该项目改造前因工作环境恶劣,危险性高,一线工人在现场操作都有生命危险,现在改造后,自动化设备替代了人为操作,避免了人员工作的危险性。一方面自动化改造保证了运动控制的准确性与安全可靠性,是为了人身安全为第一位的考虑,另一方面自动化改造使得原材料得到了充分利用,污染的排放量也大大降低了,达到了节能减排的目的。

必须注意的是在高危生产线作业检查的时候,自动化位置控制如果发生错误,将导致人身安全性隐患。在专业技术人力资源紧张且重视安全第一的现在,每个动作步骤不能停不能倒车,生命没有回头路,所以要求编码器数据就是不许错!

四,品质高要求,技术要专业

能够在自动化改造上使用的编码器,对于品质可靠性要求就极高,就需要有“产品品质三证”。自动化改造是不能贪图便宜而乱用伪劣编码器,如果要用绝对值编码器就不能用带有计数器的伪多圈编码器(电池或者韦根的所谓停电记忆)。因为一旦出错无法检出,就失去了安全改造的初衷。

第一证,是产品生产单位的品质保证体系第三方认证。例如ISO9000的第三方认证。按产品生产成熟度考虑,需要至少有5年以上的连续认证。

品质保证体系第三方认证证书

第二证,是该产品序列的品质第三方认证。例如德国莱茵实验室TUV测试通过认证,电磁兼容性EMC等测试通过认证。

TUV测试证书

第三证,是每一个产品必须包含有一品一码防伪编码的合格证。每一个产品独一性的编码,并且对于品质可以一直追溯到生产前端的供应商管理,这是对每一个编码器都有品质的保证。

第四,有些以进口品牌产品推销的自动化系统集成商也需要思考,是以自己手上的优势进口品牌产品推销,还是以满足客户需求、客户利益为目标?动不动就要都换掉现场原有的配置,要求用户都换成自己手上优势的进口产品系统集成,尤其是以某一个进口大品牌集成的所谓“国外最先进技术”“才能够做好”,而且都要配置进口编码器(面临交货周期与现场服务问题),这种态度在改造项目中是不会受用户欢迎的。能够结合用户现场已有设备,做专业性的分解用户需求,专业性的帮助用户选型,并且能够在改造过程中如果用户现场遇到问题,可以及时帮助用户解决,这才是做改造的用户欢迎的态度。

上海精浦多年来一直致力于以客户利益为中心,围着客户利益跑,在了解、挖掘客户需求,并协助客户实现需求,精浦并不会刻意去追求利润最大化,而是看得更长远,首先让客户利益的满足,让客户的客户都有利益体现并赚钱,大家共同努力实现价值并获利,而这是一些做进口品牌编码器代理做不到的,他们缺少专业性的帮助客户选型,缺少现场能够解决问题的经验与能力。上海精浦重视客户体验度客户满意度,而这正是用户想要的。在关键时刻帮助客户,解决客户燃眉之急,并且保证产品质量能够使项目成功验收。所以上海精浦的机械式绝对值多圈编码器能够抓住了近期自动化、数字化改造的热度,才会在国内编码器业绩普遍停滞的形势下,仍然有较大幅度的增长。

围绕客户需求、客户利益,正确的选型,做正确的自动化数字化改造方案,使你的项目成功了一半。

两化改造“热”起来了,做自动化的机会来了。

有些磁编为什么能够在强磁场干扰环境下,照样可以稳定可靠的工作?

编码器及自动化器件的抗干扰能力怎么看?



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