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　　多年來，ECI和EQI絕對式感應(yīng)旋轉(zhuǎn)編碼器以其堅固耐用和工作可靠廣泛應(yīng)用于伺服電機中，并始終保持領(lǐng)先地位。新一代旋轉(zhuǎn)編碼器采用全新復(fù)合電機電纜，簡化電纜連接：HMC 2單電纜解決方案，包括編碼器電纜和動力電纜，使電纜的連接更加簡單。在該解決方案中還采用所必須的新一代EnDat接口。

　　高附加值的旋轉(zhuǎn)編碼器

　　ECI 1119和ECI 1319（單圈）是無軸承的感應(yīng)式旋轉(zhuǎn)編碼器，EQI 1131和EQI 1331（多圈）是海德漢首批優(yōu)化設(shè)計和采用HMC 2復(fù)合電纜的編碼器。這些編碼器都擁有優(yōu)異的控制質(zhì)量和系統(tǒng)精度：65 mm直徑的1300系列編碼器的精度達±65角秒，37 mm直徑的1100系列編碼器的精度達±120角秒?？沙惺艿恼駝訌姸冗_600 m/s²，這些編碼器的堅固耐用性優(yōu)于光學掃描編碼器。而且在抗電磁輻射方面性能優(yōu)異。由于這些編碼器采用無軸承設(shè)計，因此，在小巧的伺服電機中只需極小的軸向空間。

　　新款旋轉(zhuǎn)編碼器的安全性可達SIL 2級或3類PL d級。如果在控制系統(tǒng)內(nèi)增加措施，可達到SIL 3級或4類PL e級。優(yōu)點是機械防松，避免連接軸與定子連接松動。該安全性使這些感應(yīng)式旋轉(zhuǎn)編碼器甚至可用于人機協(xié)作系統(tǒng)。

　　新款旋轉(zhuǎn)編碼器的突出亮點是：可使用全新HMC 2復(fù)合電機電纜。海德漢編碼器為編碼器的初始設(shè)置、監(jiān)測和診斷提供全部所需信息。包括電子ID標簽、編碼器安裝質(zhì)量信息和編碼器位置與電機換向裝置的對準信息。也可以配置電機溫度傳感器特性曲線和溫度報警閾值。全新復(fù)合電纜的數(shù)據(jù)傳輸為純數(shù)字、高速傳輸并達到高可靠性。同時，由于采用標準化連接件，有效簡化電纜連接和降低電纜連接成本。

　　HMC 2：一條電纜，一個接頭，傳輸全部數(shù)據(jù)

　　HMC 2復(fù)合電機電纜將編碼器電纜與動力電纜結(jié)合在一起。因此，只需一條電纜連接電機與電氣柜，只需要使用標準M12或M23接頭和連接器。簡化電纜連接和簡化電纜與機器外殼間的連接。優(yōu)點還包括可用更小的拖鏈，拖鏈適應(yīng)性也更高。HMC 2采用標準連接件，無需另外使用帶屏蔽功能的通信連接件，因此比原有的HMC 6電機電纜，能有效降低成本。

　　全新HMC 2單電纜解決方案專用于配EnDat 3接口的海德漢編碼器，純串行地傳輸數(shù)據(jù)，電纜長度可達100 m。成熟可靠和相互配合的接頭、電纜、編碼器技術(shù)成為驅(qū)動系統(tǒng)理想、易用的完整系統(tǒng)。特別能滿足機器人和自動化應(yīng)用對小巧緊湊、價格經(jīng)濟、性能卓越連接電纜的苛刻要求。

　　EnDat 3：滿足未來數(shù)字化生產(chǎn)要求

　　EnDat是海德漢的雙向接口，用于數(shù)字驅(qū)動系統(tǒng)和含位置反饋編碼器的位置控制環(huán)。該接口自1990年代上市以來，已廣泛應(yīng)用于機床、電子和自動化行業(yè)的位置編碼器中，并成為全球標準。EnDat能確保數(shù)據(jù)高速和可靠地傳輸。該串行接口還能傳輸附加數(shù)據(jù)，例如電機本身的參數(shù)和傳感器信息。豐富的編碼器診斷功能和故障排除程序有效提高系統(tǒng)可靠性。設(shè)備和自動化系統(tǒng)制造商的可選編碼器品種豐富，不同制造商提供不同測量原理、品種繁多的編碼器。因此，用戶總能為特定應(yīng)用找到稱心如意的EnDat編碼器，滿足應(yīng)用要求。

　　EnDat 3新一代接口忠實沿襲EnDat接口的功能特性，滿足未來工業(yè)化生產(chǎn)要求。新一代接口繼承該系列接口傳奇、可靠的優(yōu)點和工作特性，滿足未來數(shù)字化生產(chǎn)要求，同時為安裝提供更多數(shù)據(jù)和功能，例如提供發(fā)送列表、總線拓撲和訪問權(quán)限功能。EnDat可將電子ID標簽中的信息提供給編碼器和整個系統(tǒng)。因此，OEM廠商和自動化系統(tǒng)制造商可將系統(tǒng)參數(shù)保存在編碼器由密碼保護的存儲區(qū)中。正常工作時，也能將系統(tǒng)或工藝狀況等工作狀況數(shù)據(jù)保存在編碼器中，任何控制系統(tǒng)都能讀取這些數(shù)據(jù)。

　　EnDat提供大量編碼器監(jiān)測功能和診斷功能，而且無需其它連線。其診斷功能生成有效數(shù)字、出錯信息和警報信息，這是整個系統(tǒng)達到高可用性的關(guān)鍵。有效數(shù)據(jù)提供有關(guān)編碼器當前狀態(tài)和功能冗余的信息。在海德漢全部編碼器中，這些數(shù)字的標度都相同，因此可以統(tǒng)一分析。功能冗余并結(jié)合其它傳感器數(shù)據(jù)為高層、后續(xù)電子電路的狀態(tài)監(jiān)測和預(yù)防性維護提供基礎(chǔ)。

　　HMC 2復(fù)合電機電纜視頻：https://youtu.be/iAOrpeQVxXs

　　有關(guān)全新海德漢解決方案的更多信息：https://sps.heidenhain.de/

　　驅(qū)動系統(tǒng)的理想選擇：互配的接頭、電纜和HMC 2復(fù)合電纜的編碼器技術(shù)。

　　簡約設(shè)計：用HMC 2復(fù)合電纜連接電機和編碼器與后續(xù)電子電路的典型應(yīng)用。

　　成熟的標準技術(shù)：M12或M23接頭和連接器，輕松和經(jīng)濟地使用HMC 2復(fù)合電纜。

　　EnDat工作原理：數(shù)字式雙向接口，用于傳輸編碼器和附加數(shù)據(jù)，高速和高可靠性地傳輸數(shù)據(jù)，并可檢測錯誤和全面進行診斷。

　　為應(yīng)用選擇正確的角度編碼器

　　編碼器工作特性對電機工作性能的影響

　　為什么市場上有如此多的不同角度編碼器？為什么使用不同的掃描和測量方式？設(shè)計工程師應(yīng)選擇哪一種解決方案？海德漢的演示裝置通過選用四種不同角度編碼器，明確地回答這些問題。

　　演示裝置十分簡單：四個不同的角度編碼器安裝在ETEL的TMB+力矩電機上：

　　a.    海德漢RCN 8311絕對式角度編碼器是一款典型的封閉式角度編碼器，用于精密機床的回轉(zhuǎn)工作臺和擺動銑頭

　　b.    海德漢ECA 4410絕對式角度編碼器是一款典型的鋼鼓模塊型角度編碼器，用于精密機床的大直徑軸回轉(zhuǎn)工作臺和擺動銑頭。

　　c.     海德漢ECM 2410絕對式磁柵編碼器是一款耐污性能優(yōu)異的模塊型角度編碼器

　　d.    AMO的WMxA 1010編碼器是一款典型的鋼帶版絕對式感應(yīng)編碼器，用于對緊湊型、抗污性能要求高并需要靈活安裝的應(yīng)用。

　　演示裝置的剖面圖顯示不同角度編碼器的位置。

　　演示裝置采用海德漢TNC 640數(shù)控系統(tǒng)，仿真各角度編碼器的定位運動，分析信號質(zhì)量對動態(tài)性能的影響和測量原理對精度的影響。演示裝置還能顯示智能地使用整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)提高工藝可靠性的潛力，整個系統(tǒng)包括電機、角度編碼器和傳感器連接盒。

　　信號質(zhì)量：決定表面質(zhì)量的重要因素

　　在直驅(qū)電機中，編碼器的信號質(zhì)量直接關(guān)系到電流噪音的大小，因此顯著影響動態(tài)性能潛力和增加電機的功率損失。噪音是細分誤差的負效應(yīng)，影響運動軸的動態(tài)性能潛力。細分誤差導(dǎo)致位置值快速變化和速度計算誤差。反過來又進一步加大電流噪音。為避免驅(qū)動系統(tǒng)不穩(wěn)定，只能減小控制環(huán)增益，降低動態(tài)性能，才能抵消噪音的加大。

　　噪音還影響電機的溫度特性。噪音低可降低功率損失，進而降低電機溫度，相反，噪音大，增加電機功率消耗，因此顯著增加電機溫度。

　　電機的溫度特性：左圖為溫度分布圖，由該圖可見位置控制環(huán)采用光學掃描角度編碼器時的電機溫度較低。非光學掃描的角度編碼器導(dǎo)致溫度較高，如右圖所示。

　　在比較不同編碼器中，明顯可見溫度特性的不同。光學編碼器噪音小且保持穩(wěn)定，而磁柵和感應(yīng)式編碼器的噪音較大，非均勻噪音較大，使用低通濾波器后噪音也依然較大。因此，光學編碼器是電機達到高性能和達到高表面質(zhì)量的理想選擇。

　　演示裝置中不同角度編碼器的噪音比較。

　　實際位置與理論位置

　　根據(jù)ISO 230-2標準，測量回轉(zhuǎn)工作臺的定位精度，以此評估回轉(zhuǎn)工作臺實際位置與理論位置間的相符程度。為此，將回轉(zhuǎn)工作臺進行五次順時針和五次逆時針回轉(zhuǎn)，每圈測量十二個點，相鄰測量點間相距30°。

　　評估編碼器的主要指標是參數(shù)A，即定位運動的雙向精度，參數(shù)M，也即平均雙向定位偏差的范圍。參數(shù)A相當于角度編碼器的系統(tǒng)精度和參數(shù)M相當于分度精度，這兩個參數(shù)都考慮應(yīng)用誤差。

　　雙向定位精度和平均雙向定位偏差范圍：RCN和ECA光學角度編碼器的實際位置與理想位置之間的偏差明顯小于磁柵（ECM）和感應(yīng)式（WMxA）角度編碼器的偏差。

　　要在指定的最高運動速度下評估可達到的輪廓精度，海德漢的精度指標不僅包括ISO 230-2標準要求，還包括動態(tài)定位精度（由字母D表示）。根據(jù)ISO 230-2標準，回轉(zhuǎn)工作臺順時針旋轉(zhuǎn)五圈，逆時針旋轉(zhuǎn)五圈，再次進行測量。但是這次，用5 kHz的連續(xù)掃描頻率和20 rpm的旋轉(zhuǎn)速度進行測量。

　　用可達到的輪廓精度測量動態(tài)位置精度，從中可見WMxA感應(yīng)式角度編碼器的偏差較大。這種偏差的原因在于感應(yīng)掃描方式導(dǎo)致精度隨轉(zhuǎn)速而變化。相反，RCN和ECA光學編碼器與其完全不同，在理論位置與實際位置之間幾乎沒有偏差。ECM磁柵編碼器沒有嚴重偏差，性能居中。

　　動態(tài)定位精度是可達到的輪廓精度參數(shù)之一，感應(yīng)式角度編碼器的偏差較大。

　　偏差較大的原因在于感應(yīng)掃描方式本身，其精度與轉(zhuǎn)速相關(guān)，順時針與逆時針測量之間存在嚴重跳躍。

　　智能電機保護，提高加工過程可靠性

　　力矩電機，例如演示裝置中使用的ETEL電機，不僅結(jié)構(gòu)緊湊而且性能卓越。但是，在部分加工條件下，如果繞組中的電流不對稱分布，溫度可能過高，導(dǎo)致一組繞組的溫度突然升高。將位于應(yīng)用附近的溫度傳感器的溫度數(shù)據(jù)數(shù)字化，并將溫度數(shù)據(jù)提供給數(shù)控系統(tǒng)，智能地保護電機，提高過程可靠性。特別是溫度信息可用性的改善有效提高加工過程可靠性和工作效率。

　　海德漢EIB 5200傳感器連接盒監(jiān)測電機的全部三組繞組，提供溫度數(shù)據(jù)并使其立即使用。連接盒位于電機附近，處在角度編碼器與機床數(shù)控系統(tǒng)之間。如果已經(jīng)確定和保存了電機的溫度模型，例如ETEL力矩電機，這款傳感器連接盒可以快速發(fā)現(xiàn)溫度的突然上升，因此能避免電機繞組損壞和保護電機，避免過熱。

　　在加工過程中，海德漢EIB 5200傳感器連接盒智能地保護電機。電纜連接簡潔和電機系統(tǒng)的附加數(shù)據(jù)立即可用。

　　選擇正確的編碼器和智能地使用在加工過程中可用的不同數(shù)據(jù)關(guān)系到加工過程的可靠性、穩(wěn)定性和精度。確定不同型號編碼器所特有的工作特性能幫助設(shè)計工程師和開發(fā)人員選擇正確的角度編碼器，滿足應(yīng)用要求。最后，選擇正確編碼器不僅關(guān)系到動態(tài)性能和精度，設(shè)計工程師和開發(fā)人員也必須考慮相關(guān)因素，例如轉(zhuǎn)軸直徑和安裝方式，當然也必須考慮經(jīng)濟性。