Magnetické enkodéry pre zvlášť nepriaznivé prostredie

Nepriaznivé podmienky - teplo, mráz, vlhkosť, vietor a dážď, vibrácie, nárazy, otrasy či znečistenie agresívnymi látkami, to všetko ohrozuje funkčnosť a znižuje životnosť inkrementálnych a absolútnych enkodérov v mnohých náročných priemyselných aplikáciách. Článok je voľným pokračovaním témy „Nová generácia magnetických senzorov pre lineárne motory“ z časopisu Technika 9-10/2011.


Obecne sa dajú enkodéry definovať ako digitálne snímače polohy, rýchlosti a zrýchlenia rotačného alebo lineárneho pohybu. Z hľadiska fyzikálneho princípu transformácie mechanickej fyzikálnej veličiny na elektrickú ich môžeme rozdeliť na optoelektronické a magnetické. Optoelektronické enkodéry  používajú na transformáciu inkrementálne alebo absolútne kódovaný optický disk, sústavu emitujúcej a detekčnej diódy.  Magnetické enkodéry pracujú na princípe Hallovho javu, kedy magnet rotuje nad sústavou Hallových snímačov, prípadne Hallové snímače detegujú stupnicu z magneticky kódovaných krúžkov.  Princíp je všeobecne dobré známy a veľakrát popísaný v technickej literatúre, preto sa ďalej budeme venovať špecifickým vlastnostiam a konštrukčnému riešeniu enkodérov, ktoré ich predurčujú na použitie v nepriaznivom prostredí.


Z konštrukčného hľadiska je možné rozdeliť enkodéry podľa typu hriadeľa a jeho uloženia na enkodéry s hriadeľom  uloženým v ložiskovom puzdre ( dutý hriadeľ, pevný hriadeľ ) a enkodéry s voľným uložením, ktoré nemá žiadnu mechanickú väzbu s meraným hriadeľom. Na obrázku 1 sú zobrazené základné typy mechanickej väzby enkodérov.




Obrázok 1: Spôsob upevnenia enkodéra k pohonu.



Enkodéry s dutým hriadeľom ( Obrázok 1b, 1c) sa priamo nasunú a upevnia na meraný hriadeľ. Snímač je uložený na hriadeli a fixovaný statorovou spojkou, ktorá môže byť rôzneho prevedenia. Statorová spojka vyrovnáva axiálne pohyby hnacieho hriadeľa  a pri uhlových zrýchleniach zachytáva reakciu momentu vznikajúcu trením. Enkodéry s pevným hriadeľom  (Obrázok 1a, 1d)  je potrebné pripájať na meraný hriadeľ pružnou spojkou (Obrázok 2).




Obrázok 2: Pružné spojky



Úlohou pružnej spojky je eliminovať výrobné a montážne tolerančné odchýlky a kompenzovať teplotné zmeny materiálu.  Nesúlad osí sa môže prejaviť radiálnou, axiálnou alebo uhlovou odchýlkou.  Nedokonalé prispôsobenie spôsobuje poškodenie ložísk a zníženie životnosti enkodérov, nutnosť servisného zásahu a následne prestoj v činnosti kontrolovaného zariadenia či stroja.


Všetky  tieto problémy sa znásobujú so zhoršovaním vlastností priemyselného prostredia.  Jedným z riešení sa javí použitie magnetických enkodérov s voľným uložením, ktoré nemajú žiadnu mechanickú väzbu s meraným hriadeľom. Na konkrétnych výrobkoch firmy Lika Electronic si ozrejmíme konštrukčné riešenie a charakteristické vlastnosti takýchto magnetických enkodérov.



Magnetický inkrementálny enkodér MIK36 a absolútny enkodér MSK36


Firma Lika Electronic nedávno predstavila MIK36 a MSK36 (Obrázok 3) inkrementálne a absolútne enkodéry s voľným uložením (bez ložiska), ideálne pre návrh robustných systémov merania, do nepriaznivého prostredia, umožňujúci konštruktérom oslobodiť sa od problémov s pohyblivými časťami, s mechanickou väzbou dvoch rotačných častí, s trením a s opotrebením.



Obrázok 3: Magnetický enkodér Lika MIK36(MSK36)



Použitie magnetu a úplne oddelenie snímacích obvodov zvyšuje odolnosť a spoľahlivosť vlastnosti enkodéru. (Obrázok 4)



Obrázok 4: Montáž magnetického enkodéru Lika MIK36(MSK36)


Magnet (a)  je dodávaný s otvorom 6, 8 alebo 10 mm určeným pre inštaláciu na hriadeľ (b) elektrického motora, pohonnej jednotky alebo hnacieho mechanizmu. Magnet sa upevňuje na hriadeľ
nastavovacou skrutkou, tzv. „červíkom“ M3x4 (c). Telo enkodéra sa upevňuje o pilotnú prírubu (d) s troma skrutkami M3 (e). Pre správnu činnosť je potrebné dodržať nastavenie magnetu voči snímaču v doporučených toleranciách (obrázok 5).



Obrázok 5: Tolerancie doporučené pre montáž Lika MIK36(MSK36)



Oba prvky sú nezávislé a pracujú bez akéhokoľvek kontaktu a vzájomného mechanického spojenia. Takéto riešenie plne zabraňuje prenosu nárazov, vibrácií, mechanickému namáhaniu a elektrickým vírivým prúdom, ktoré by mohli byť prenášané z rotujúceho hriadeľa do elektronických obvodov snímača.  Navyše neprítomnosť ložiska znamená vyššiu životnosť,   účinnosť a bezpečnosť  prenosu signálov rovnako ako minimalizáciu prestojov a nákladov na údržbu. Robustný a kompaktný kryt s priemerom 36 mm a hĺbkou 31,6 mm je vyrábaný so stupňom ochrany IP68.


Na základe progresívnej elektroniky magnetického snímača, môžu byť enkodéry nainštalované pre určenie presnej polohy a uhľovej rýchlosti v rotačných aplikáciách až do rýchlosti 40 000 otáčok za minútu. Napríklad na motory pre vretená sústruhov, fréz , rôznych iných obrábacích strojov a CNC obrábacích centier.


Inkrementálny enkodér MIK36 sa dodáva s rozlíšením do 2048 impulzov na otáčku s digitálnymi výstupnými signálmi (AB0 , /AB0) , pričom typ výstupu môže byť napäťový (
NPN), dvojčinný (Push-Pull) alebo linkový (Line Driver). Maximálna frekvencia impulzov je 300 kHz . Absolútny enkodér MSK36 sa dodáva s 13-bitovým rozlíšením (8192 polôh na otáčku) s binárnym alebo Grayovým kódom, s rozhraním SSI a so signálmi nastavenia nuly a komplementárneho výstupu. K dispozícií je variant s axiálnym aj s radiálnym prevedením výstupu kábla. Ochrana voči opačnému zapojeniu napájania a skratu na výstupoch zvyšuje úroveň bezpečnosti enkodéra.


MIK36 a MSK36 predstavujú konštrukčné riešenie bezkontaktného rotačného snímača prakticky bez opotrebovania a preto sa výborné  hodia pre použitie v najdrsnejších priemyselných prostrediach a pre všetky veľmi náročné aplikácie vrátane banských a ropných zariadení, v oceliarňach, pre stroje spracujúce mramor, kameň a sklo.



Magnetický inkrementálny enkodér SMRI a absolútny enkodér SMRA s voľným uložením (bez ložiska)


Druhú skupinu konštrukčného riešenia magnetických enkodérov s voľným uložením predstavujú samostatné magneticky kódované krúžky a kompaktné snímacie hlavy (Obrázok 6)





Obrázok 6: Magnetický inkrementálny enkodér Lika SMRI


Robustná, ale priestorovo úsporná, kompaktná konštrukcia magnetických inkrementálnych (SMRI) a absolútnych (SMRA)  enkodérov  zaručuje ochranu s vysokým stupňom krytia IP67, veľkú odolnosť proti prachu, vlhkosti, olejom, vazelínam, striekajúcej vode a chemickým látkam. V porovnaní s drahými optickými enkodérmi sa magnetický, voľne uložený, enkodér javí ako výborná voľba , cenovo veľmi efektívna, ktorej ekonomický prínos sa zvyšuje dĺžkou doby nasadenia v aplikácií. Bezkontaktné uloženie – konštrukcia bez mechanickej väzby a bez ložiskového uloženia, vylučuje trenie (opotrebenie), možnosť prenosu nárazov, vibrácií, mechanického namáhania a zabraňuje vzniku elektrických vírivých prúdov.


Inštalovaný systém neobsahuje ani ložiska, ani diely podliehajúce opotrebovaniu alebo únave, a tak zabezpečuje  spoľahlivú, bezproblémovú  a dlhotrvajúcu životnosť. Navyše nevyžaduje spojky a dodatočné montážne príslušenstvo , čím je uľahčená a zrýchlená montáž.

Nepretržitá prevádzka nemusí byť prerušovaná údržbou aj v tých najnáročnejších podmienkach, v širokom rozsahu teploty, vlhkosti a s mechanickým  namáhaním. Rozsah pracovných teplôt je -25 ° C až +85 ° C.


SMRI a  SMRA  sú vhodné pre spätnú väzbu motorov v náročnom prostredí a vysoko namáhaných aplikáciách pre momentové motory a synchrónne generátory s priamym pohonom veternej turbíny a to aj pre priamu montáž na veľké hriadele až do priemeru 380mm. Vďaka minimálnym
rozmerom snímacej hlavy a úzkeho krúžku (hĺbka iba 20 mm) umožňuje priamu inštaláciu na veľké množstvo rôznych motorových hriadeľov aj v stiesnených priestoroch.  Magnetický systém dovoľuje relatívne veľké montážne tolerancie a umožňuje, aby medzera medzi snímacou hlavou a magnetickou stupnicou bola až do 2 mm. To umožňuje neporovnateľne jednoduchšiu inštaláciu, v porovnaní s podobným optickým  systémom a spoľahlivé odmeriavanie  aj pri hrubšom nastavení  súbežnosti  snímacej hlavy s magnetickou stupnicou krúžku.

Všetky magnetické snímače SMRI a SMRA sú vybavené diagnostickými LED diódami indikujúcimi aktívny stav a chybové stavy pre uľahčenie nastavenia systému do prevádzky.


SMRI - inkrementálny magnetický enkodér je vhodný pre inštaláciu v aplikáciách, náročných na vysokú rýchlosť rotačných pohybových systémov, pre presné snímanie polohy na vretenové motory v dynamických aplikáciách s rýchlosťou až do 25000 otáčok za minútu.

SMRI generuje digitálne signály ABI a /ABI, s dvojčinným alebo linkovým výstupom. Typické rozlíšenie je 3600 impulzov na otáčku pri krúžkoch MRI114, MRI141 a MRI284. Na vyžiadanie je možné dodať magnetické krúžky aj s väčším rozlíšením. Magnetické krúžky MRI môžu byť vybavené  referenčným signálom „R“ , ktorý generuje jeden impulz za otáčku.


SMRA - absolútny magnetický enkodér je určený pre neobmedzenú bezporuchovú prevádzku na hriadeľoch veľkých priemerov. Dodáva sa v dvoch prevedeniach a ponúka veľké množstvo kľúčových funkcií  pokrývajúcich široký rozsah špecifických priemyselných  aplikácií.

SMRA  sa vyrába v dvoch typových radách SMRAH a SMRAL. Typ SMRAH je určený pre najnáročnejšie aplikácie, ktoré vyžadujú presné meranie polohy a pohybu, ako sú momentové motory, synchrónne generátory s priamym pohonom veternej turbíny, otočné  stoly, rovnako ako motory s dutými a pevnými  hriadeľmi. Absolútna hodnota polohy je štandardné určená v 16 - bitovom  rozlíšení (dodatočne  až 18 bitov). Na komunikáciu je použité rozhranie SSI a BiSS-C . SMRAH využíva magnetické krúžky s vnútorným priemerom až do veľkosti  80 mm alebo 180 mm a vonkajším priemerom ~ 105 mm  respektíve  ~ 210 mm.

Typ SMRAL je absolútny enkodér navrhnutý pre maximálne uľahčenie montáže, vďaka veľkým  mechanickým toleranciám. Medzera medzi snímacou hlavou a magnetickou stupnicou krúžku môže byť  až 2,5 mm.

SMRAL ponúka magnetické krúžky  s vnútorným priemerom

- 80 mm (~ 105 mm vonkajší priemer) pre verziu s 13 - bitovým rozlíšením

- 180 mm ( ~ 210 mm vonkajší priemer ) pre verziu so 14 - bitovým rozlíšením

- 380 mm ( ~ 410 mm vonkajší priemer ) pre verziu s 15 - bitovým rozlíšením

SMRAL  komunikuje taktiež pomocou rozhrania SSI alebo BiSS-C.

Absolútny magnetický enkodér SMRA je ideálny pre inštaláciu na veľkej duté a pevné hriadele motorov na robotických pracoviskách, v textilnom a drevárskom priemysle, v strojárenstve, priemysle spracovávajúcom kameň, v baliacich linkách, v lekárskych zariadeniach, v mobilných zariadeniach. Malé rozmery, všestrannosť a cenová dostupnosť predurčuje použitie SMRA aj pre redundantné aplikácie .


Z materiálov firmy Lika Electronic spracoval Ing. Dušan Hlávka



AMTEK, spol. s r.o.

Vídeňská 125

619 00 Brno, ČR

+420 547 125 555

amtek@amtek.cz

www.amtek.cz

 

zastúpenie na Slovensku:

Ing. Dušan Hlávka

+421 911 205556

dusan.hlavka@amtek.cz



 

Späť

 

Pridať komentár

* :
* :
* :
6 + 7 =
Odoslanie formulára

Priemyselné utierky

MEWA - priemyselne_utierky