作者簡(jiǎn)介：Bernd Appel,男，現任SICK公司全球運動(dòng)控制傳感器事業(yè)部經(jīng)理，是HIPERFACE接口的核心設計者，擁有30年
伺服反饋編碼器產(chǎn)品研發(fā)、管理和大客戶(hù)銷(xiāo)售經(jīng)驗。

    在當今的現代化電氣驅動(dòng)系統中，對于像位置檢測和速度監控一類(lèi)任務(wù)的功能性安全認證扮演著(zhù)愈來(lái)愈重要的角色。SICK公司的最新馬達反饋編碼器SKS36S和SKM36S是符合SIL2安全等級的最新產(chǎn)品，作為安全型產(chǎn)品以其在高動(dòng)態(tài)和高精度伺服控制系統中的優(yōu)異表現證實(shí)了其應有的價(jià)值。

                  

              圖1 在包裝機械上，SKS36與SKM36提供了可靠的速度，旋轉方向和停機的安全監測

    自動(dòng)化工廠(chǎng)車(chē)間與機械操作人員對于使用安全伺服驅動(dòng)系統有兩點(diǎn)期望：操作便利，省時(shí)高效。這就意味著(zhù)以安全為導向的設備檢修期監控以及將設備運行速度降低至安全水平凸現其重要性，尤其是調整或者停工檢修設備期間，安全性監控能夠最大限度的避免完全停機從而節省大量用于重啟設備所花費的時(shí)間。通常一個(gè)完整的伺服驅動(dòng)系統由伺服馬達，反饋編碼器和控制器組成。只有當所有的分立部件被認證為“安全”時(shí)，整個(gè)系統才能被稱(chēng)之為安全。當今，通過(guò)選擇經(jīng)過(guò)安全認證的部件來(lái)搭建整個(gè)安全系統系統已經(jīng)頗為常見(jiàn)?；诖?，SICK公司提供的安全型馬達反饋編碼器SKM36S和SKS36S以其極高的電氣與機械性能的可靠性和出色的電磁兼容(EMC)性能表現，非常適用于組建安全伺服控制系統。

    1 Sine/cosine 馬達反饋編碼器符合 SIL2 and PL d標準

    作為現代伺服控制系統中的重要角色，伺服反饋編碼器提供包括換向信號，馬達旋轉方向，單圈或者多圈絕對位置值等用于數字伺服控制的關(guān)鍵信息。當然，如需在一個(gè)安全導向的應用環(huán)境中提供同樣的功能，SICK公司的SKS36S(每周128個(gè)正弦/余弦信號)和多圈產(chǎn)品SKM36S(可計數達4096圈)則完全可以勝任。兩種產(chǎn)品均可應用于要求符合SIL2安全等級的，遵循EN 62061和IEC 61508以及要求符合PL d 等級，遵循EN ISO13849-1的環(huán)境當中。使用SICK公司的產(chǎn)品，以上安全指標性能均可以可靠實(shí)現，包括安全失效系數(SFF)達到95%水平，(診斷范圍)DC達到90%水平。實(shí)際上，除了能夠可靠的保障有關(guān)速度，旋轉方向和檢修時(shí)間等關(guān)鍵的安全導向性功能之外，SICK的產(chǎn)品同樣能夠滿(mǎn)足更多由OEM工廠(chǎng)和系統集成商設定要求的額外功能。這些功能包括高達+125°C的環(huán)境使用溫度，滿(mǎn)足安裝在緊湊的伺服馬達上的小巧尺寸以及世界范圍伺服驅動(dòng)領(lǐng)域內廣泛接受的標準接口HIPERFACE®。使用HIPERFACE® 接口，無(wú)需同時(shí)使用額外的電纜，接口轉換模塊以及安全功能模塊。

    2 Mini碼盤(pán)技術(shù)造就業(yè)界最緊湊尺寸

    SICK公司的SKS36S與SKM36S安全伺服反饋編碼器產(chǎn)品具備非常緊湊的尺寸。他們的外徑只有區區36mm (無(wú)軸型外徑為37mm)，因此可以極大地節省安裝空間，可以說(shuō)是業(yè)界安裝最為緊湊的安全型伺服反饋產(chǎn)品之一。這種獨特性來(lái)源于SICK公司首創(chuàng )的Mini碼盤(pán)技術(shù)-將直徑僅為2mm的碼盤(pán)安裝置旋轉軸的圓心位置同時(shí)外圍固定，可以滿(mǎn)足最高12000 rpm的最高工作轉速和很高的旋轉角加速度。同時(shí)，在傳統的編碼器結構設計中，由碼盤(pán)，軸承以及旋轉軸三者不同心而導致的檢測誤差在SKS/SKM產(chǎn)品中不復存在。SICK公司特殊開(kāi)發(fā)的光電掃描專(zhuān)用功能集成芯片系統掃描碼盤(pán)上的128刻線(xiàn)產(chǎn)生完整性很高的正弦和余弦信號，從而保證了高精度的解析需要。掃描光源由安裝在旋轉軸上的紅外LED提供，而光強度經(jīng)過(guò)適當的控制用以老化和溫度補償。

    3 HIPERFACE® : 友好集成性與安全導向性

    馬達反饋編碼器的信號由HIPERFACE®協(xié)議傳遞給驅動(dòng)器設備。如今，該接口協(xié)議已經(jīng)在世界范圍內被廣泛采用，并成為很受歡迎的業(yè)界市場(chǎng)標準。HIPERFACE®接口中的參數通道可在毫秒速度水平傳輸絕對位置值等關(guān)鍵數據信息。而過(guò)程數據通道則直接輸出模擬的正弦和余弦信號，用于實(shí)時(shí)解析的速度和位置累加計算。過(guò)程數據通道是模擬的，可以高速輸出高分標率的信號。從安全角度分析，過(guò)程數據通道的一個(gè)重要的特性就是能夠以最快可能的速度完成故障檢測和最短的反應間隔。而HIPERFACE®被選擇成為安全性馬達反饋編碼器的協(xié)議標準正是基于此原因。

    4 安全診斷以及安全故障檢測

    用于信號評估的安全導向性需求，以及驅動(dòng)系統，編碼器的電氣和機械連接及其應用能夠非?？煽康膶?shí)現?；谝陨系募僭O，IEC 61800-5-2描述了一系列可能由運動(dòng)控制和位置反饋傳感器導致的問(wèn)題。而SICK公司的SKS36S和SKM36S則可以非?？煽康臋z測出風(fēng)險，從而觸發(fā)有問(wèn)題的驅動(dòng)設備停車(chē)。SKS36S和SKM36S通過(guò)檢測正余弦信號的基本直流電平并將其分別與最高和最低限值比較來(lái)進(jìn)行信號監測。編碼器軸與馬達軸的機械連接以及編碼器定子與馬達安裝面的機械連接均可以被實(shí)時(shí)連續監測，無(wú)論馬達運轉與否。例如，當系統監測到編碼器與馬達軸連接失效，也即正余弦信號停止輸出時(shí)，將觸發(fā)換向停止，從而使得驅動(dòng)器控制馬達按安全方向運行。又如，當編碼器碼盤(pán)松動(dòng)或輸出振蕩時(shí)，同樣可以通過(guò)檢測基本直流電平是否超出正常范圍來(lái)觸發(fā)安全事件。通過(guò)比較基本直流電平還可用于檢測反饋編碼器的供電電壓是否正常。

                        

            圖2 外置式 安全型多圈產(chǎn)品SKM36S和單圈產(chǎn)品 SKS36S同樣適用于作為設備主編碼器

    5 安全同樣意味著(zhù)流程的“安全”

    安全標準所界定的諸多故障檢測與預防已經(jīng)成為SICK全系列伺服反饋編碼器尤其是安全型產(chǎn)品SKS36S和SKM36S的核心功能。當然，安全并不僅僅意味著(zhù)產(chǎn)品本身安全一個(gè)方面，更是對全生產(chǎn)流程和全產(chǎn)品生命周期的安全保證。有著(zhù)60年工業(yè)安全工程經(jīng)驗的SICK公司，生產(chǎn)的伺服反饋編碼器值得客戶(hù)的信任。不僅僅是SICK公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，整體系統和軟件解決方案能夠安全的消除操作危險設備員工的風(fēng)險并全面保障有效的事故預防措施和人員保護，SICK公司更是在整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，生產(chǎn)和銷(xiāo)售的流程中的每一步全面貫徹安全概念。例如，伺服反饋編碼器被定義為“安全”，這意味著(zhù)每一個(gè)這樣的編碼器都有著(zhù)可追溯而不可復制的獨特性，例如零部件組成，生產(chǎn)流程乃至所使用的測試流程均有可靠記錄。除了直接生產(chǎn)安全型產(chǎn)品之外，SICK公司更致力于安全相關(guān)標準委員會(huì )和安全認證的服務(wù)方面的工作，從而確保機械制造商，系統集成商和最終用戶(hù)均能從持續的安全經(jīng)驗中有所收益。

    因此，如果您需要檢測并評估設備停工期，調整或降低設備運行速度從而保證并加強設備和流程的安全性， SICK公司的安全型SKS36和SKM36產(chǎn)品是您最好的選擇。