Мы попросили некоторых ведущих производителей энкодеров рассказать нам, как меняется конструкция энкодеров и какие отрасли и приложения стимулируют эти изменения. Вот что сказали эти производители.

Скотт Орлоски, Инженер-менеджер, Промышленные энкодеры BEI: Производители энкодеров стандартизировали общий набор выходных драйверов, которые являются более надежными, электрически защищенными и с более высокими приводными возможностями, чем в прошлом. Кроме того, в области подключения энкодеры все чаще подключаются к шинам — либо существующим полевым шинам, либо появляющимся шинам на базе Ethernet.

Боб Сетбэкен, Старший директор по специальным продуктам, Heidenhain: Многие производители средств автоматизации, которые в прошлом использовали инкрементные энкодеры, перешли на абсолютные энкодеры во всех продуктовых линейках. В некоторых случаях это происходило по причинам, которые не сразу очевидны. Например, конвейерная система может извлекать выгоду из обратной связи по абсолютному положению, а может и не извлекать. Однако двигатель, использующий инкрементный энкодер с коммутацией, может иметь от 14 до 16 проводов в соединительном кабеле. Когда длина кабельных трасс может достигать сотен футов, стоимость меди может быть значительной.

Напротив, абсолютный энкодер предоставит гораздо больше информации системе управления, используя всего четыре-шесть проводов по последовательной шине. Более высокая стоимость энкодера в подобных случаях может быть компенсирована упрощенным соединением и более низкими затратами на кабель. Существует старая поговорка о том, что самая ненадежная часть электрической цепи — это механическая часть, и это правда, что эти более простые разъемы с меньшим количеством контактов также будут обладать более высокой надежностью.

Джон Мешко, Директор по технологиям компании Encoder Products Co.: Одной из постоянных тенденций стало повышение разрешения и точности для оптических, магнитных и других технологий. Движущей силой этой тенденции является потребность в более плавном и точном управлении двигателями. Производители энкодеров обычно получают более высокое разрешение с помощью методов интерполяции. Чтобы снизить затраты и максимизировать производительность, они внедряют интерполяцию в сам ASIC или интеллектуальный датчик. Другая область разработок — программируемые энкодеры, которые используют интеллектуальные датчики и микроконтроллеры для обеспечения большей гибкости с программируемым разрешением, формами сигналов и выходами.

Кристиан упал, Вице-президент, Почта-Фраба: Существует растущая тенденция к использованию встроенных микропроцессоров и усовершенствованных алгоритмов обработки сигналов для повышения надежности, чтобы электронные компоненты выполняли задачи, ранее выполнявшиеся электромеханическими компонентами.

Например, традиционные абсолютные оптические энкодеры имеют стеклянный или пластиковый кодовый диск, источник света и фотодатчики. Кодовые диски, соединенные вместе в виде зубчатой передачи, выполняют многооборотные измерения. Эти устройства точны и отзывчивы, но механически сложны и уязвимы к повреждениям в суровых условиях. Напротив, некоторые магнитные энкодеры имеют постоянный магнит, установленный на вращающемся валу, и набор датчиков с эффектом Холла. Здесь программное обеспечение для обработки сигналов, работающее на быстродействующем 32-разрядном микропроцессоре, выполняет измерения вращения с точностью и динамической отзывчивостью большинства оптических энкодеров, но с меньшим количеством движущихся частей. Приборы на базе микропроцессора также позволяют инженерам изменять характеристики измерений с помощью программного обеспечения — таким образом, инженеры могут обновлять разрешение (количество шагов на оборот), местоположение нулевой точки и направление измерения без внесения каких—либо механических изменений.

Джефф Смут, Вице-президент по управлению движением, CUI Inc.: Одним из ключевых технологических достижений стало появление интеллектуальных функций в роторном энкодере. Энкодеры стали гораздо более универсальными с появлением возможностей диагностики и программирования, которые могут ускорить вывод на рынок, сократить накладные расходы и сократить время простоя оборудования в полевых условиях.

Скотт Орлоски, Инженер-менеджер, Промышленные энкодеры BEI:Множество отраслей промышленности используют энкодеры, и все они требуют определенных атрибутов, которые могут быть уникальными для их приложений. Однако, вообще говоря, более высокий уровень герметизации и эксплуатация при более высоких температурах являются общими целями в целом ряде отраслей промышленности.

Боб Сетбэкен, Старший директор по специальным продуктам, Heidenhain: Применение более мощных систем автоматизации продвинуло существующие и создало совершенно новые приложения. Например, некоторые шаговые двигатели (давно используемые в недорогой автоматизации с разомкнутым контуром) теперь оснащены инкрементными датчиками с усовершенствованной управляющей электроникой для поддержки приложений, где традиционное сервоуправление желательно, но недоступно по цене. В некоторых случаях, например, при дозировании, высокий крутящий момент шагового двигателя с замкнутым контуром управления даже превосходит производительность традиционной сервосистемы.

Достижения в области технологии кодирования не всегда соответствуют этой сегментации «ценность-производительность». Опять же, уменьшение количества проводов в кабеле определяется стоимостью и кажется такой тривиальной вещью, но это заставило производителей изобретать новые формы мультиплексирования данных для передачи той же или большей информации по меньшему количеству проводов. Объединение линий передачи данных с кабелем питания двигателя — еще одно недавнее изменение, исключающее использование всего кабеля, но вынуждающее производителей сделать протокол связи устойчивым к электромагнитным помехам.

Автоматизация также стимулирует применение робототехники. Здесь как линейные, так и поворотные абсолютные датчики отслеживают оси, требующие обратной связи по положению. Эта отрасль склонялась к использованию распознавателей для обратной связи по местоположению, но ситуация может измениться. Кроме того, техническое обслуживание и повышенное взаимодействие с людьми во время эксплуатации требуют наличия абсолютных датчиков, сертифицированных по функциональной безопасности. Такая сертификация требует строгой методологии проектирования, и может быть непросто обеспечить решения по обеспечению безопасности без увеличения стоимости системы.

Кристиан упал, Вице-президент, Почта-Фраба: Передовые системы управления движением все чаще применяются в таких областях, как строительная техника, военные транспортные средства, морское оборудование и системы альтернативной энергетики. Независимо от того, мотивированы ли эти отрасли безопасностью или эффективностью, общим для них является то, что они требуют надежной работы в условиях, которые могут быть грязными, влажными и очень горячими или холодными. Удары и вибрация также являются серьезными проблемами. Новое поколение энкодеров (и других датчиков движения), использующих твердотельную электронику, а не тонкие механические системы, было разработано в значительной степени для удовлетворения потребностей этих областей.

Очевидно, что как пользователи, так и производители энкодеров извлекают выгоду из закона Мура. Поскольку микропроцессоры и ASIC становятся более мощными, компактными и энергоэффективными, это открывает возможности для дальнейшего улучшения функциональности в меньших и более жестких пакетах.

Джефф Смут, Вице-президент по управлению движением, CUI Inc.: В последние годы индустрия робототехники и автоматизации переживает бурный рост. Поворотные энкодеры в этих приложениях должны предоставлять информацию, жизненно важную для работы системы. Из-за этого эти приложения подталкивают энкодери к тому, чтобы они были более быстрыми, точными, более интеллектуальными, более точными и более эффективными.

Джон Мешко, Технический директор, Encoder Products Co.: В последние годы магнитные энкодеры широко применяются в относительно крупных отраслях промышленности, таких как автомобилестроение, бытовая техника и оборудование для фитнеса. Такое массовое использование помогло профинансировать разработку недорогих магнитных датчиков с повышенной точностью и разрешением, которые также могут удовлетворить потребности некоторых промышленных рынков. Таким образом, технологии магнитного зондирования конца вала для потребительских и автомобильных применений в настоящее время переходят на промышленные применения меньшего объема, такие как автоматизированные транспортные средства и подъемно-портальные системы.

Скотт Орлоски, Инженер-менеджер, Промышленные энкодеры BEI:Эволюция потребительского рынка в сторону увеличения числа онлайн-покупок переносится на рынок B2B. Несмотря на то, что энкодеры всегда были в некоторой степени настраиваемыми, что не совсем подходит для каналов потребительского типа, некоторые ограниченные конфигурации набирают обороты в режиме онлайн.

Джефф Смут, Вице-президент по управлению движением, CUI Inc.: По мере расширения количества и вариативности приложений для кодирования предложения энкодеров стали более разнообразными. Это вынудило дистрибьюторские сети закупать все большее количество артикулов или иметь дело с более длительными сроками поставки конкретных энкодеров. Это, в свою очередь, побудило некоторых производителей создавать более универсальные конфигурируемые энкодеры.

Джон Мешко, Технический директор, Encoder Products Co.: Глобальные поставки оборудования и средств управления вынудили производителей энкодеров поддерживать множество электрических стандартов, механических интерфейсов, уровней напряжения, кабелей, разъемов и многого другого. Таким образом, они должны предлагать продукты, которые являются достаточно гибкими, чтобы быть обратно совместимыми с установленной базой. Эта гибкость проявляется в виде энкодеров с программируемым разрешением, напряжением, формами сигналов и многим другим.