在工程機械,、建材機械,、礦山機械、工程車輛及冶金,、水利,、港口機械等大型重型設備中,,可靠性與安全第一的概念在控制中越來越重要,,出于安全的要求,,編碼器信號的可靠反饋直接涉及到控制安全可靠,而不可靠不合適的編碼器選型,,會導致設備調試、維修人員不斷地去現(xiàn)場服務,,造成調試維修工程師人工成本上漲,,現(xiàn)場服務工程師不夠用的窘境。
這些設備的環(huán)境特殊性,,決定了這些編碼器及傳輸?shù)倪x擇的特殊性:
A,,現(xiàn)場復雜的工作環(huán)境,變頻器,、大電機及高低壓電源系統(tǒng),,信號電纜常常與動力線一同布排,現(xiàn)場的電氣干擾很嚴重,。
B,,有些設備移動性,長移動距離,,接地困難,。
C,信號傳遞距離要求遠,,信號數(shù)據(jù)的安全可靠性要求高,。
D,,信號傳遞實時性高,可靠,,以保證更安全的控制反應,。
E,很多是戶外使用,,或惡劣環(huán)境下使用,,對產品的工業(yè)等級的要求。
因此,,編碼器的選型正確與否對于在重型機械設備中的使用非常關鍵,。
編碼器選型需要確定哪些內容?
首先是確定選擇的編碼器是作為速度閉環(huán)控制還是位置閉環(huán)控制,,一般速度閉環(huán)控制選用增量編碼器,,而位置閉環(huán)控制應盡量選用絕對值編碼器,尤其是盡量選用內部沒有計數(shù)器的絕對值機械真多圈編碼器,,有計數(shù)器的怕干擾,,例如移動式車輛中的火花塞、電磁剎車,、喇叭線圈等都是干擾源,。
其次,如果是選用增量編碼器,,需要考慮以下幾個重要參數(shù):
編碼器的工業(yè)等級選擇:
標準工業(yè)級:在大型重型機械等設備中,,編碼器應選擇此等級,各種標準工業(yè)環(huán)境設計,,可適用于絕大部分的工況,。需要提示的是,目前中國市場的很多日系品牌編碼器都是經濟級別的,,不太適合在此類別大重型機械上使用,,包括一些歐系進口品牌的編碼器等級也達不到大、重型機械上的要求,。
符合大,、重型機械使用的編碼器選型標準,其重要指標如下:
溫度等級:工作溫度一般要求為零下20度~70度,。在戶外條件下(沒有空調環(huán)境下)使用的應該為零下25度~80度以上的,。寬的溫度范圍不僅僅是可適用于這些極限溫度范圍,而且抗溫度沖擊波動的能力好,。有些用戶以為使用的環(huán)境到不了這些溫度極限范圍,,60度就夠了,但他們忽視了開機關機等溫度沖擊波動及長期連續(xù)使用較高溫度可能對器件的損壞,。以及在夏天戶外的(或者沒有空調的)環(huán)境下使用,,編碼器內部功耗增大散熱差的溫度正反饋效應,,而此時遇到干擾來時,功耗電流都對付干擾去了,,設計量不夠抗干擾就會變得很差,,而可靠性大大下降。零下25度——80度溫度范圍是可能戶外條件(沒有空調的環(huán)境下)的保證,。
IP防護等級:編碼器的防護其實是分兩部分,,轉軸與外殼電氣部分,轉軸由于是旋轉的,,防水較難做,,一般工業(yè)級的在IP64以上,如果要達到IP66以上,,需要有特殊工藝,,大部分在IP66以上的軸都轉起來很重的;而外殼電氣部分必然是IP65以上,。反應在防護等級上的機械設計,,往往是轉軸是雙軸承結構,而外殼的封裝往往不依賴于外圓螺絲固定,,而是一次擠壓+O型密封圈的密封封裝,。(在編碼器的外殼外徑上看不到三個螺絲固定,如有三個螺絲固定,,由于螺絲的頂入,,而造成外圓輕微變形而不圓,影響密封性能),。有些用戶以為工作環(huán)境沒有塵,、水汽的問題,怎么還會損壞呢,?其實編碼器在工作與停機的變化中,由于熱脹冷縮的溫差而造成內外氣壓差,,防護等級差的編碼器(包括其他傳感器),,會產生“呼吸性”水汽,由于壓差水汽吸入編碼器,,因時間的積累而損壞編碼器,。
電磁兼容性等級:電磁兼容性EMC一般要達到二級以上,包括浪涌,、快速脈沖群,、靜電等標準測試,這些指標,,關系到編碼器在復雜電氣環(huán)境下的穩(wěn)定工作,。
電源等級:一般為寬電源,,如10~30Vdc,帶極性短路保護,。(有些單機儀表等級的為5Vdc±10%),。很多工業(yè)現(xiàn)場電源會有短瞬間的不穩(wěn)定,寬電源很重要,,確保編碼器工作不受影響,。
電氣保護等級:盡量選擇有電源極性保護、信號短路保護的有保護等級的編碼器,,可避免工程及檢修中的接錯線,、偶發(fā)事故而損壞編碼器。
振動沖擊等級: 雙軸承結構,,軸承可承受較高的振動,、沖擊,標準工業(yè)級的編碼器振動等級10g,,(有些可達20g),,抗沖擊等級100g。
內部零件等級:內部零件往往集成化,、模塊化高,,線路板貼片式焊接,三防處理,。這需要了解供應商的誠信度,、廠家的品質管理積累年限 增量編碼器信號輸出形式,要推薦選用HTL-G6信號輸出 在這些設備應用中,,5V長線驅動的信號電壓偏低,,不利遠傳且較易損壞;集電極開路輸出NPN或PNP信號,,與PLC的兼容性有局限性,,負載能力低(20mA)也較易損壞,傳輸距離短(20-50米)。應選擇推挽式輸出的形式,,兼容PLC的PNP型或NPN型的輸入端口,,信號電壓高(10—30V)適于遠傳(100米),負載能力強(每通道50mA以上),,絕大部分的歐系變頻器與PLC都接收這類信號,。
增量編碼器信號輸出形式,要推薦選用HTL-G6信號輸出
在這些設備應用中,,5V長線驅動的信號電壓偏低,,不利遠傳且較易損壞;集電極開路輸出NPN或PNP信號,與PLC的兼容性有局限性,,負載能力低(20mA)也較易損壞,傳輸距離短(20-50米),。應選擇推挽式輸出的形式,兼容PLC的PNP型或NPN型的輸入端口,,信號電壓高(10—30V)適于遠傳(100米),,負載能力強(每通道50mA以上),絕大部分的歐系變頻器與PLC都接收這類信號,。