Многооборотный абсолютный энкодер Siemens 6FX2001-5QP24

27 бит | PROFIBUS DP-V2 | 10–30 В пост. тока | 6000 об/мин | Фланцевое крепление | Изохронный режим | SINUMERIK / SIMOTION / SINAMICS / SIMATIC

Данные о положении, сохраняющиеся при отключении питания

Большинство поворотных энкодеров отвечают на один и тот же вопрос: где находится вал прямо сейчас? Абсолютные энкодеры отвечают на более сложный вопрос: где находился вал при отключении питания и где он находится сейчас после его восстановления? Siemens 6FX2001-5QP24 — это многооборотный абсолютный энкодер, разработанный специально для ответа на второй вопрос: он мгновенно передает истинное 27-битное слово положения по PROFIBUS DP-V2 при включении системы, без необходимости цикла привязки, без эталонного прогона и без потери времени машины.

Разработанный как поворотный энкодер для прямого монтажа, добавляемый к семействам продуктов SINUMERIK, SIMOTION, SINAMICS и SIMATIC, этот энкодер является компонентом, протестированным в системе Siemens, а не универсальным энкодером PROFIBUS, который просто работает. Это различие имеет значение в станкостроении, полиграфии и упаковочной промышленности, где время ввода в эксплуатацию привода и накладные расходы на сертификацию системы представляют собой реальные затраты.

Технические характеристики

27-битная архитектура: что это на самом деле означает на производстве

Цифра 27 бит представляет собой общее слово положения, которое передает этот энкодер, а не просто 27 отдельных дорожек на кодовом диске. Оптическое сканирование энкодера считывает 13 бит в пределах одного оборота (что эквивалентно 8192 дискретным положениям на оборот), а затем добавляет 14-битный многооборотный счетчик, который независимо отслеживает количество полных оборотов. Умножив эти два значения, энкодер может сообщать абсолютное положение вала в пределах 16384 полных оборотов без неоднозначности.

Для оси шарико-винтовой передачи с шагом 10 мм 16384 оборота представляют собой линейное перемещение 163 метра — далеко за пределами любой практической оси станка. Диапазон многооборотности существует для того, чтобы абсолютное положение оси было известно независимо от того, где станок был остановлен при отключении питания. При перезапуске ЧПУ считывает текущее положение непосредственно из слова данных PROFIBUS энкодера. Никакого медленного эталонного хода, никакого вмешательства оператора, никакого потерянного времени на прогрев шпинделя в ожидании завершения циклов привязки.

Параметризуемое разрешение также практично. Полное разрешение 8192 положения подходит для приложений высокоточного контурирования, но тот же энкодер может быть сконфигурирован для более грубого разрешения в приложениях, где пропускная способность шины или время цикла ограничены — любое значение от 1 до 8192 на оборот является допустимым и может быть установлено через канал параметров PROFIBUS без модификации оборудования.

PROFIBUS DP-V2: больше, чем просто шина данных

Стандартный PROFIBUS DP (версия 1) циклически передает данные процесса — энкодер отправляет свое слово положения, контроллер считывает его, следующий цикл. PROFIBUS DP-V2 добавляет две возможности, которые важны для приложений управления движением.

Первая — это изохронный режим. В изохронном режиме цикл измерения энкодера и передача данных PROFIBUS синхронизируются с циклом интерполяции контроллера. Данные положения поступают в блок управления с точным, повторяемым интервалом — устраняется дрожание во времени измерения положения, которое в противном случае добавило бы шум в расчеты скорости. Для высокоскоростных сервоосей с жесткими требованиями к контуру скорости разница между асинхронной и изохронной обратной связью по положению измеряется в точности позиционирования.

Вторая — это ациклический канал параметров. Он позволяет выполнять онлайн-параметризацию — изменение разрешения энкодера, положений концевых выключателей или других параметров конфигурации во время работы системы, без извлечения энкодера из шины или прерывания циклической передачи данных. Для многоосевых систем, где отдельным осям может потребоваться изменение разрешения во время разработки процесса, это устраняет вмешательство в техническое обслуживание, которое в противном случае потребовало бы простоя машины.

6FX2001-5QP24 поддерживает обе возможности и достигает максимальной скорости шины 12 Мбит/с с временем цикла шины на энкодер 20 мкс — достаточно быстро для требовательных приложений с высокой частотой циклов.

Монтаж на фланце: Примечания по механической установке

Конструкция фланцевого крепления на 6FX2001-5QP24 использует зажимное кольцо для фиксации корпуса энкодера на конструкции машины, при этом вал вставляется непосредственно в муфту или приводится в движение непосредственно валом машины. Кожух и радиальный ввод кабеля PG защищают соединение кабеля PROFIBUS от загрязнений и обеспечивают снятие натяжения, при этом ввод PG ориентирован радиально, чтобы соответствовать установкам, где осевой вывод кабеля будет конфликтовать с соседними компонентами.

Пределы нагрузки на вал различаются в зависимости от скорости. При скорости ниже 6000 об/мин вал выдерживает осевую нагрузку до 40 Н и консольную нагрузку до 110 Н — этого достаточно для жесткого соединения в большинстве приложений. При скоростях выше 6000 об/мин (этот энкодер рассчитан на максимальную скорость 6000 об/мин, поэтому пределы нагрузки для более высоких скоростей применяются на пределе) пределы снижаются до 10 Н осевой и 20 Н консольной нагрузки, что отражает увеличенную нагрузку на подшипник от комбинированной радиальной и осевой нагрузки на скорости. Для проектирования муфт стандартной практикой является использование сильфонной или дисковой муфты, которая компенсирует несоосность валов, не передавая радиальные силы на вал энкодера.

Момент инерции ротора 1,9 × 10⁻⁶ кг·м² достаточно низок, чтобы энкодер добавлял незначительную отраженную инерцию к ведомому валу в большинстве конфигураций прямого монтажа.

Совместимость с системами: четыре платформы Siemens, один энкодер

6FX2001-5QP24 одновременно имеет обозначение Siemens, протестированное в системе, для четырех платформ. Это не маркетинговое заявление — оно отражает, что файлы описания устройства PROFIBUS DP-V2, сертификация PNO и структура параметров энкодера были проверены на каждой платформе программного обеспечения для управления приводами и движением.

SINUMERIK ЧПУ — Используется как система прямого измерения на линейных или поворотных осях станка, или как энкодер двигателя в конфигурациях, где энкодер двигателя и энкодер положения являются отдельными устройствами. Совместим с системами SINUMERIK 840D sl и 828D через аппаратное обеспечение привода S120.

SIMOTION — Подходит для скоординированных многоосевых приложений в упаковочных, полиграфических, конвертинговых и сборочных машинах, где требуется точная синхронизация положения между осями. Изохронный режим PROFIBUS синхронизирует захват данных положения с циклом управления движением SIMOTION.

SINAMICS — Совместим как внешний энкодер в конфигурациях приводов SINAMICS S120 и S150, обеспечивая обратную связь по положению со стороны нагрузки редуктора или оси машины, а не с вала двигателя — что критически важно для исключения люфта редуктора из контура регулирования положения.

SIMATIC — Используется в приложениях мониторинга положения, кулачковых контроллеров и технологической автоматизации, где абсолютное положение вала требуется в качестве данных процесса в системной архитектуре на базе ПЛК.

Часто задаваемые вопросы

В1: В чем разница между этим многооборотным энкодером 6FX2001-5QP24 и однооборотным абсолютным энкодером той же серии 6FX2001?

Однооборотные абсолютные энкодеры серии 6FX2001 обеспечивают разрешение 13 бит (8192 положения) в пределах одного оборота — положение является абсолютным в пределах этого оборота, но энкодер не может определить, сколько полных оборотов произошло. При включении питания после перемещения вала при отключенном питании однооборотный энкодер может сообщить только угловое положение в пределах текущего оборота, а не общее положение. Многооборотный энкодер 6FX2001-5QP24 добавляет 14-битный счетчик оборотов, который отслеживает до 16384 полных оборотов, делая полное 27-битное слово положения действительным при каждом включении питания независимо от истории вала. Для любой оси, которая может физически перемещаться более чем на один оборот при отключенном питании — что включает практически все линейные оси станков — многооборотная версия является подходящим выбором.

В2: Требуется ли этому энкодеру внешний согласующий резистор PROFIBUS на его узле?

Да, PROFIBUS RS 485 требует правильного согласования шины на обоих физических концах сегмента кабеля. Если 6FX2001-5QP24 является последним устройством в сегменте PROFIBUS, необходимо включить сеть согласующего резистора (обычно встроенную в разъем). Если это устройство находится в середине шины, согласование должно быть отключено. Неправильное согласование вызывает отражения сигнала, которые увеличивают частоту ошибок, особенно на скорости 12 Мбит/с. Радиальный ввод кабеля PG позволяет использовать стандартные разъемы PROFIBUS со встроенным переключаемым согласованием, что упрощает установку в большинстве случаев.

В3: Можно ли изменить разрешение энкодера после установки, не снимая его со станка?

Да — ациклический канал параметров PROFIBUS DP-V2 поддерживает онлайн-параметризацию 6FX2001-5QP24, пока энкодер остается установленным и подключенным к шине. Разрешение на оборот (1–8192), общее разрешение (1–16384 оборота), положения концевых выключателей и конфигурация сигнала скорости — все это параметризуется онлайн. Это особенно полезно во время ввода станка в эксплуатацию, когда разрешение оси может быть скорректировано в соответствии с требованиями управления без демонтажа для обслуживания. Параметры записываются через ациклические сервисы мастера PROFIBUS (DS Read/Write) с использованием определений параметров профиля энкодера PNO V4.1.

В4: Какой тип муфты рекомендуется для монтажа этого энкодера на вал станка?

Siemens и отраслевая практика энкодеров рекомендуют гибкую муфту — сильфонного или многодискового типа — которая компенсирует несоосность валов (как угловую, так и параллельную смещение) без передачи возникающих радиальных сил на вал энкодера. Вал энкодера рассчитан на консольную нагрузку 110 Н при скоростях до 6000 об/мин, но хроническая радиальная нагрузка, вызванная несоосностью, ускоряет износ подшипников и сокращает срок службы энкодера. Правильно подобранная гибкая муфта поглощает несоосность, а не передает ее. Жесткие муфты подходят только там, где соосность валов может быть гарантирована с высокой точностью в течение всего теплового диапазона машины.

В5: Является ли 6FX2001-5QP24 прямой заменой старых абсолютных энкодеров SINUMERIK, ранее использовавшихся с системами SIMODRIVE 611?

6FX2001-5QP24 использует PROFIBUS DP-V2 в качестве интерфейса. Более ранние абсолютные энкодеры SINUMERIK, использовавшиеся с SIMODRIVE 611, часто использовали другие стандарты интерфейса — включая проприетарный интерфейс энкодера Siemens или SSI — вместо PROFIBUS. Прямая замена путем простого подключения невозможна без проверки того, что целевой контроллер поддерживает вход энкодера PROFIBUS DP-V2 и что аппаратное обеспечение привода сконфигурировано для внешней обратной связи по энкодеру PROFIBUS. В контексте модернизации с SIMODRIVE 611 до SINAMICS S120 этот энкодер полностью совместим с аппаратным обеспечением S120 при использовании соответствующей конфигурации блока управления S120. Подтверждение совместимости интерфейса на уровне контроллера является первым критически важным шагом перед любой заменой энкодера.