智能编码器助力灵活、柔性化生产

文:2018年第二期

    高效、灵活、透明是智能工厂的标志,而个性化产品的批量生产则是最终的目标。为实现这一目标,机器或设备必须能够具备处理生产不同产品所要求的条件,并可调整以适应不同的规格。

    只有实现智能化工厂,才能根据客户需要个性化生产产品,甚至满足单个产品生产,以及根据个性需求灵活高效地生产产品。而这其中,作为设备运动控制的关键执行机构传感器,编码器的智能化起着至关重要的作用,这主要体现在两个方面:面对变化的自适应性和自诊断能力。

柔性生产

灵活的自适应性为未来做好充分准备

    运动控制的智能化,主要作用于柔性的生产。对于机械设备而言,这主要体现在为不断变化的生产需求提供灵活的工艺切换。

    即机器的运控控制可以根据传感器的实时的位置、速度和力矩状态反馈来实时、精准的调整和设置。尤其是对于设备工艺要求高精度、高速度的应用场合,这就要求运动控制传感器一方面需要不断提高响应的速度,另一方面,还需要提高定位的精度,并可以实现灵活的参数配置。

    例如,来自SICK的AFM60工业以太网编码器,这是一款面对多样化需求而量身定做的智能传感器产品。采用特殊镍合金材质的金属码盘实现了高达18位的单圈分辨率和0.002°的重复精度,确保了精准的角度定位。

图AFM60智能编码器实现了高达18位的单圈分辨率和0.002°的重复精度

    目前,市场的发展趋势正日益朝向基于工业以太网的现场总线系统。快速以太网、双端口交换机、全双工传输等技术发展,已将以太网变成了一个强大的通信系统。基于工业以太网的现场总线系统优势明显,已成为未来工厂自动化、物流自动化与过程自动化的标准配置。

    得益于包含PROFINET、EtherNet/IP和EtherCAT在内的多种工业以太网协议的采用,实时位置信息的刷新时间可以控制在1ms以内,这有助于实现高速响应的位置控制。

    针对于不同的应用场景,编码器的输出范围可以进行灵活的缩放。这不仅表现在编码器的单圈的分辨率可以在1~262,144之间任意选择,更体现在圈数的灵活性上。在复运动中,机械设备的一个运动周期对应于其连接的多圈编码器来说通常并不是一个整数的圈数。

图AFM60智能编码器特有的循环轴功能

    通过AFM60编码器中传动比的设置,可以轻松地解决这个难题。借助循环轴(RoundAxes)功能,只需要设置分子和分母便可精确匹配设备轴与编码器轴之间的传动比,这使得客户现场的二次开发变得更加便利。另一方面,位置和速度的单位偏好也会因客户习惯而有所不同,多种可选的输出单位,可以使应用配置的导入达到事半功倍的效果。

    智能传感器能够使灵活性达到新的水平。借此可实时获取生产中的数据。通过传感器内部的智能功能分析测量数据,以设置好的程序相应有效数据。

图智能编码器可与控制循环同步进行绝对位置调整而无需停机

    为了最大限度的提高生产效率,预设值的设置还需要具有实时的在线功能。即使在设备运转时,也可以与控制循环同步进行绝对位置调整(也称为“偏移调整”)而无需停机。

效率至上

自我诊断和预防性维护防患于未然

    AFM60智能编码器借力于工业以太网灵活的(线性或者树形)拓扑结构,实现了灵活的现场布线,但是系统却会面临着因意外故障或断线而中断的风险。

    得益于EtherNet/IP网络中的DLR(DeviceLevelRing)功能,很好的解决了这个问题。通过AFM60编码器自带的双口以太网交换机,编码器与系统中其它以太网站点首尾相连,形成一个环网。当环路中出现断线故障时,系统会立即检测到信号传输的中断,并且在切换至旁路的同时发出警报。这样一来,单根电缆中断将不会影响到其它站点乃至整个系统出现瘫痪。

    设备的当前运行状态如何?一旦出现故障,有哪些诊断数据?因此,全面的故障警告和报警信息尤为重要。

    AFM60工业以太网系列编码器配置5个双色LED状态指示灯,实现了直观、可视的监控。通过5个双色LED状态指示灯显示状态,可显示一切细微变化,即使在停机状态下也不例外。然而,大部分的故障都是事前有征兆的,这也就是预防性维护的重要性。要在故障发生前排除隐患,通常有两个办法:定期排查或者针对性的检查。

    定期的做法,虽然避免了意外停机造成的损失,但是需要耗费大量精力和成本,因为不同设备的运行频率和状态各不相同。

    通过采集和储存的诊断信息和生命周期数据,可以极大的提高预防性维护的效率。智能编码器通常能够处理上电时长、旋转时长、工作转速和环境温度...等生命周期内的维护数据,以便于设备维保人员有针对性的进行预防性维护。采用EtherNet/IP的AFM60智能编码器具有互动网络服务器WebServer和用于现场总线集成的功能块,使得编码器的数据随时在线,触手可及。

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