Κωδικοποιητής Απόλυτης Τιμής Πολλαπλών Στροφών Siemens 6FX2001-5QP24

27-Bit | PROFIBUS DP-V2 | 10–30 VDC | 6000 RPM | Φλάντζα Σύσφιξης | Ισοχρονική Λειτουργία | SINUMERIK / SIMOTION / SINAMICS / SIMATIC

Δεδομένα Θέσης που Επιβιώνουν από Διακοπή Ρεύματος

Οι περισσότεροι περιστροφικοί κωδικοποιητές απαντούν στην ίδια ερώτηση: πού βρίσκεται ο άξονας αυτή τη στιγμή; Οι απόλυτοι κωδικοποιητές απαντούν σε μια δυσκολότερη: πού βρισκόταν ο άξονας όταν έπεσε το ρεύμα, και πού βρίσκεται τώρα αφού όλα επανήλθαν; Ο Siemens 6FX2001-5QP24 είναι ένας κωδικοποιητής απόλυτης τιμής πολλαπλών στροφών κατασκευασμένος ειδικά για αυτή τη δεύτερη ερώτηση — παρέχοντας μια γνήσια λέξη θέσης 27-bit μέσω PROFIBUS DP-V2 τη στιγμή που το σύστημα τροφοδοτείται, χωρίς κύκλο αναφοράς, χωρίς διαδρομή αναφοράς και χωρίς σπατάλη χρόνου μηχανής.

Σχεδιασμένος ως περιστροφικός κωδικοποιητής άμεσης τοποθέτησης, πρόσθετο για τις οικογένειες προϊόντων SINUMERIK, SIMOTION, SINAMICS και SIMATIC, αυτός ο κωδικοποιητής είναι ένα εξάρτημα δοκιμασμένο από το σύστημα της Siemens — όχι ένας γενικός κωδικοποιητής PROFIBUS που τυχαίνει να λειτουργεί. Αυτή η διάκριση έχει σημασία σε εφαρμογές εργαλειομηχανών, εκτύπωσης και συσκευασίας, όπου ο χρόνος έναρξης λειτουργίας της κίνησης και το κόστος πιστοποίησης του συστήματος είναι πραγματικά κόστη.

Τεχνικές Προδιαγραφές

Η Αρχιτεκτονική 27-Bit: Τι Σημαίνει Πραγματικά στο Εργοτάξιο

Ο αριθμός 27-bit αντιπροσωπεύει τη συνολική λέξη θέσης που μεταδίδει αυτός ο κωδικοποιητής — όχι απλώς 27 μεμονωμένες τροχιές σε έναν δίσκο κωδικοποίησης. Η οπτική σάρωση του κωδικοποιητή διαβάζει 13 bit εντός μιας μόνο περιστροφής (ισοδύναμο με 8.192 διακριτές θέσεις ανά στροφή), στη συνέχεια προσθέτει έναν μετρητή πολλαπλών στροφών 14-bit που παρακολουθεί ανεξάρτητα τον αριθμό των πλήρων περιστροφών. Πολλαπλασιάζοντας τα δύο, ο κωδικοποιητής μπορεί να αναφέρει την απόλυτη θέση του άξονα σε 16.384 πλήρεις περιστροφές χωρίς αμφιβολία.

Για έναν άξονα σφαιρικής βίδας με βήμα 10mm, 16.384 περιστροφές αντιπροσωπεύουν 163 μέτρα γραμμικής διαδρομής — πολύ πέρα από οποιονδήποτε πρακτικό άξονα μηχανής. Το εύρος πολλαπλών στροφών υπάρχει ώστε η θέση του άξονα να είναι γνωστή απόλυτα ανεξάρτητα από το πού σταμάτησε η μηχανή όταν αφαιρέθηκε η τροφοδοσία. Κατά την επανεκκίνηση, το CNC διαβάζει την τρέχουσα θέση απευθείας από τη λέξη δεδομένων PROFIBUS του κωδικοποιητή. Καμία αργή διαδρομή αναφοράς, καμία παρέμβαση χειριστή, κανένας χαμένος χρόνος θέρμανσης του άξονα περιμένοντας να ολοκληρωθούν οι κύκλοι αναφοράς.

Η ρυθμιζόμενη ανάλυση είναι εξίσου πρακτική. Η πλήρης ανάλυση 8.192 θέσεων είναι κατάλληλη για εφαρμογές υψηλής ακρίβειας διαμόρφωσης, αλλά ο ίδιος κωδικοποιητής μπορεί να ρυθμιστεί για πιο χονδροειδή ανάλυση σε εφαρμογές όπου το εύρος ζώνης του λεωφορείου ή ο χρόνος κύκλου είναι περιορισμένοι — οποιαδήποτε τιμή από 1 έως 8.192 ανά στροφή είναι έγκυρη και μπορεί να οριστεί μέσω του καναλιού παραμέτρων PROFIBUS χωρίς τροποποίηση υλικού.

PROFIBUS DP-V2: Περισσότερο από ένα Απλό Λεωφορείο Δεδομένων

Το τυπικό PROFIBUS DP (έκδοση 1) μεταδίδει δεδομένα διεργασίας κυκλικά — ο κωδικοποιητής στέλνει τη λέξη θέσης του, ο ελεγκτής τη διαβάζει, επόμενος κύκλος. Το PROFIBUS DP-V2 προσθέτει δύο δυνατότητες που είναι σημαντικές για εφαρμογές ελέγχου κίνησης.

Η πρώτη είναι η ισοχρονική λειτουργία. Σε ισοχρονική λειτουργία, ο κύκλος μέτρησης του κωδικοποιητή και η μεταφορά δεδομένων PROFIBUS συγχρονίζονται με τον κύκλο παρεμβολής του ελεγκτή. Τα δεδομένα θέσης φτάνουν στην μονάδα ελέγχου σε ένα ακριβές, επαναλήψιμο διάστημα — ο θόρυβος στο χρονισμό μέτρησης θέσης που διαφορετικά θα προσέθετε θόρυβο στους υπολογισμούς ταχύτητας εξαλείφεται. Για άξονες σερβοκινητήρων υψηλής ταχύτητας με αυστηρές απαιτήσεις βρόχου ταχύτητας, η διαφορά μεταξύ ασύγχρονης και ισοχρονικής ανάδρασης θέσης μετριέται σε ακρίβεια τοποθέτησης.

Η δεύτερη είναι το ασύγχρονο κανάλι παραμέτρων. Αυτό επιτρέπει τη διαδικτυακή ρύθμιση παραμέτρων — αλλαγή της ανάλυσης του κωδικοποιητή, των θέσεων των τερματικών διακοπτών ή άλλων παραμέτρων διαμόρφωσης ενώ το σύστημα λειτουργεί, χωρίς να αφαιρεθεί ο κωδικοποιητής από το λεωφορείο ή να διακοπεί η κυκλική μεταφορά δεδομένων. Για συστήματα πολλαπλών αξόνων όπου μεμονωμένοι άξονες μπορεί να χρειάζονται αλλαγές ανάλυσης κατά την ανάπτυξη της διεργασίας, αυτό εξαλείφει μια παρέμβαση συντήρησης που διαφορετικά θα απαιτούσε διακοπή λειτουργίας της μηχανής.

Ο 6FX2001-5QP24 υποστηρίζει και τις δύο δυνατότητες και επιτυγχάνει μέγιστο ρυθμό λεωφορείου 12 Mbit/s με χρόνο κύκλου λεωφορείου ανά κωδικοποιητή 20 μs — αρκετά γρήγορος για απαιτητικές εφαρμογές υψηλού ρυθμού κύκλου.

Στήριξη Φλάντζας Σύσφιξης: Σημειώσεις Μηχανικής Εγκατάστασης

Η διάταξη στήριξης με φλάντζα σύσφιξης στον 6FX2001-5QP24 χρησιμοποιεί έναν δακτύλιο σύσφιξης για να στερεώσει το σώμα του κωδικοποιητή στη δομή της μηχανής, με τον άξονα να εισάγεται απευθείας σε μια σύζευξη ή να κινείται απευθείας από τον άξονα της μηχανής. Το κάλυμμα και η ακτινική είσοδος καλωδίου PG προστατεύουν τη σύνδεση καλωδίου PROFIBUS από ρύπους και παρέχουν ανακούφιση από την τάση, με την είσοδο PG να είναι προσανατολισμένη ακτινικά για να ταιριάζει σε εγκαταστάσεις όπου η ακτινική έξοδος καλωδίου θα συγκρουόταν με γειτονικά εξαρτήματα.

Τα όρια φόρτισης του άξονα διαφέρουν με την ταχύτητα. Κάτω από 6.000 RPM, ο άξονας αντέχει έως 40 N αξονικό φορτίο και 110 N φορτίο προεξοχής — επαρκές για άκαμπτη σύζευξη στις περισσότερες εφαρμογές. Σε ταχύτητες άνω των 6.000 RPM (αυτός ο κωδικοποιητής έχει ονομαστική τιμή 6.000 RPM μέγιστο, οπότε τα όρια φορτίου υψηλότερης ταχύτητας ισχύουν στο ανώτατο όριο), τα όρια μειώνονται σε 10 N αξονικό και 20 N προεξοχής, αντανακλώντας την αυξημένη τάση στα ρουλεμάν από συνδυασμένο ακτινικό και αξονικό φορτίο στην ταχύτητα. Για τον σχεδιασμό σύζευξης, μια σύζευξη με μεμβράνη ή δίσκο που αντισταθμίζει την ευθυγράμμιση του άξονα χωρίς να μεταδίδει ακτινικές δυνάμεις στον άξονα του κωδικοποιητή είναι τυπική πρακτική.

Η ροπή αδράνειας του ρότορα 1,9 × 10⁻⁶ kg·m² είναι αρκετά χαμηλή ώστε ο κωδικοποιητής να προσθέτει αμελητέα ανακλώμενη αδράνεια στον κινούμενο άξονα στις περισσότερες διαμορφώσεις άμεσης τοποθέτησης.

Συμβατότητα Συστήματος: Τέσσερις Πλατφόρμες Siemens, Ένας Κωδικοποιητής

Ο 6FX2001-5QP24 φέρει την ένδειξη δοκιμασμένο από το σύστημα της Siemens για τέσσερις πλατφόρμες ταυτόχρονα. Αυτό δεν είναι δήλωση μάρκετινγκ — αντικατοπτρίζει ότι τα αρχεία περιγραφής συσκευής PROFIBUS DP-V2 του κωδικοποιητή, η πιστοποίηση PNO και η δομή παραμέτρων έχουν επικυρωθεί έναντι του λογισμικού ελέγχου κίνησης και κίνησης κάθε πλατφόρμας.

SINUMERIK CNC — Χρησιμοποιείται ως σύστημα άμεσης μέτρησης σε γραμμικούς ή περιστροφικούς άξονες μηχανής, ή ως κωδικοποιητής κινητήρα σε διαμορφώσεις όπου ο κωδικοποιητής κινητήρα και ο κωδικοποιητής θέσης είναι ξεχωριστές συσκευές. Συμβατό με συστήματα SINUMERIK 840D sl και 828D μέσω υλικού κίνησης S120.

SIMOTION — Κατάλληλο για συντονισμένες εφαρμογές πολλαπλών αξόνων σε μηχανές συσκευασίας, εκτύπωσης, μετατροπής και συναρμολόγησης όπου απαιτείται ακριβής συγχρονισμός θέσης μεταξύ των αξόνων. Η ισοχρονική λειτουργία PROFIBUS ευθυγραμμίζει τη λήψη δεδομένων θέσης με τον κύκλο ελέγχου κίνησης του SIMOTION.

SINAMICS — Συμβατό ως εξωτερικός κωδικοποιητής σε διαμορφώσεις κίνησης SINAMICS S120 και S150, παρέχοντας ανάδραση θέσης από την πλευρά φορτίου ενός μειωτήρα ή άξονα μηχανής αντί από τον άξονα του κινητήρα — κρίσιμο για την εξάλειψη του ρελαντί του μειωτήρα από τον βρόχο ελέγχου θέσης.

SIMATIC — Χρησιμοποιείται σε εφαρμογές παρακολούθησης θέσης, ελεγκτή εκκεντροφόρου και αυτοματισμού διεργασιών όπου απαιτείται απόλυτη θέση άξονα ως δεδομένα διεργασίας εντός μιας αρχιτεκτονικής συστήματος βασισμένης σε PLC.

Συχνές Ερωτήσεις

Ε1: Ποια είναι η διαφορά μεταξύ αυτού του κωδικοποιητή πολλαπλών στροφών 6FX2001-5QP24 και ενός κωδικοποιητή απόλυτης τιμής μονής στροφής της ίδιας σειράς 6FX2001;

Οι κωδικοποιητές απόλυτης τιμής μονής στροφής της σειράς 6FX2001 παρέχουν ανάλυση 13-bit (8.192 θέσεις) εντός μίας περιστροφής — η θέση είναι απόλυτη εντός αυτής της περιστροφής, αλλά ο κωδικοποιητής δεν μπορεί να προσδιορίσει πόσες πλήρεις στροφές έχουν συμβεί. Κατά την εκκίνηση μετά από κίνηση του άξονα με απενεργοποιημένο ρεύμα, ένας κωδικοποιητής μονής στροφής μπορεί μόνο να αναφέρει τη γωνιακή θέση εντός της τρέχουσας περιστροφής, όχι τη συνολική θέση. Ο κωδικοποιητής πολλαπλών στροφών 6FX2001-5QP24 προσθέτει τον μετρητή στροφών 14-bit που παρακολουθεί έως και 16.384 πλήρεις περιστροφές, καθιστώντας τη συνολική λέξη θέσης 27-bit έγκυρη σε κάθε εκκίνηση ανεξάρτητα από το ιστορικό του άξονα. Για οποιονδήποτε άξονα που μπορεί φυσικά να κινηθεί περισσότερο από μία περιστροφή με αφαιρεμένο ρεύμα — που περιλαμβάνει σχεδόν όλους τους γραμμικούς άξονες σε εργαλειομηχανές — η έκδοση πολλαπλών στροφών είναι η κατάλληλη επιλογή.

Ε2: Απαιτεί αυτός ο κωδικοποιητής έναν εξωτερικό αντιστάτη τερματισμού PROFIBUS στον κόμβο του;

Ναι, το PROFIBUS RS 485 απαιτεί σωστό τερματισμό του λεωφορείου και στα δύο φυσικά άκρα του τμήματος καλωδίου. Εάν ο 6FX2001-5QP24 είναι η τελευταία συσκευή στο τμήμα PROFIBUS, πρέπει να ενεργοποιηθεί το δίκτυο αντίστασης τερματισμού (συνήθως ενσωματωμένο στον σύνδεσμο). Εάν είναι συσκευή ενδιάμεσης γραμμής, ο τερματισμός πρέπει να απενεργοποιηθεί. Λανθασμένος τερματισμός προκαλεί ανακλάσεις σήματος που αυξάνουν τα ποσοστά σφαλμάτων, ιδιαίτερα στα 12 Mbit/s. Η ακτινική είσοδος καλωδίου PG φιλοξενεί τυπικούς συνδέσμους PROFIBUS με ενσωματωμένο διακόπτη τερματισμού, καθιστώντας αυτό απλό στις περισσότερες εγκαταστάσεις.

Ε3: Μπορεί η ανάλυση του κωδικοποιητή να αλλάξει μετά την εγκατάσταση χωρίς να αφαιρεθεί από τη μηχανή;

Ναι — το ασύγχρονο κανάλι παραμέτρων του PROFIBUS DP-V2 υποστηρίζει τη διαδικτυακή ρύθμιση παραμέτρων του 6FX2001-5QP24 ενώ ο κωδικοποιητής παραμένει τοποθετημένος και συνδεδεμένος στο λεωφορείο. Η ανάλυση ανά στροφή (1–8.192), η συνολική ανάλυση (1–16.384 στροφές), οι θέσεις των τερματικών διακοπτών και η διαμόρφωση του σήματος ταχύτητας είναι όλες ρυθμιζόμενες διαδικτυακά. Αυτό είναι ιδιαίτερα χρήσιμο κατά την έναρξη λειτουργίας της μηχανής, όταν η ανάλυση του άξονα μπορεί να προσαρμοστεί για να ταιριάζει με τις απαιτήσεις ελέγχου χωρίς αφαίρεση για συντήρηση. Οι παράμετροι γράφονται μέσω των ασύγχρονων υπηρεσιών του κύριου PROFIBUS (DS Read/Write) χρησιμοποιώντας τους ορισμούς παραμέτρων του Προφίλ Κωδικοποιητή PNO V4.1 του κωδικοποιητή.

Ε4: Τι τύπος σύζευξης συνιστάται για τη σύνδεση αυτού του κωδικοποιητή σε έναν άξονα μηχανής;

Η Siemens και η βιομηχανική πρακτική των κωδικοποιητών συνιστούν μια εύκαμπτη σύζευξη — τύπου μεμβράνης ή πολλαπλών δίσκων — που αντισταθμίζει την ευθυγράμμιση του άξονα (τόσο γωνιακή όσο και παράλληλη απόκλιση) χωρίς να μεταδίδει τις προκύπτουσες ακτινικές δυνάμεις στον άξονα του κωδικοποιητή. Ο άξονας του κωδικοποιητή έχει ονομαστική τιμή 110 N φορτίου προεξοχής σε ταχύτητες έως 6.000 RPM, αλλά η χρόνια φόρτιση από ακτινικές δυνάμεις λόγω ευθυγράμμισης επιταχύνει τη φθορά των ρουλεμάν και μειώνει τη διάρκεια ζωής του κωδικοποιητή. Μια σωστά επιλεγμένη εύκαμπτη σύζευξη απορροφά την ευθυγράμμιση αντί να την μεταδίδει. Οι άκαμπτες συζεύξεις είναι κατάλληλες μόνο όπου η ομοαξονικότητα του άξονα μπορεί να εγγυηθεί σε στενές ανοχές σε όλο το θερμικό εύρος της μηχανής.

Ε5: Είναι ο 6FX2001-5QP24 άμεση αντικατάσταση για παλαιότερους κωδικοποιητές απόλυτης τιμής SINUMERIK που χρησιμοποιούνταν προηγουμένως με συστήματα SIMODRIVE 611;

Ο 6FX2001-5QP24 χρησιμοποιεί το PROFIBUS DP-V2 ως διεπαφή του. Παλαιότεροι κωδικοποιητές απόλυτης τιμής SINUMERIK που χρησιμοποιούνταν με SIMODRIVE 611 συχνά χρησιμοποιούσαν διαφορετικά πρότυπα διεπαφής — συμπεριλαμβανομένης της ιδιόκτητης διεπαφής κωδικοποιητή της Siemens ή SSI — αντί για PROFIBUS. Μια άμεση αντικατάσταση plug-in δεν είναι δυνατή χωρίς επαλήθευση ότι ο ελεγκτής προορισμού υποστηρίζει είσοδο κωδικοποιητή PROFIBUS DP-V2 και ότι το υλικό κίνησης έχει ρυθμιστεί για εξωτερική ανάδραση κωδικοποιητή PROFIBUS. Σε ένα πλαίσιο αναβάθμισης από SIMODRIVE 611 σε SINAMICS S120, αυτός ο κωδικοποιητής είναι πλήρως συμβατός με το υλικό S120 χρησιμοποιώντας την κατάλληλη διαμόρφωση μονάδας ελέγχου S120. Η επαλήθευση της συμβατότητας διεπαφής στο επίπεδο του ελεγκτή είναι το κρίσιμο πρώτο βήμα πριν από οποιαδήποτε αντικατάσταση κωδικοποιητή.