堡盟集成凸輪軸齒輪的絕對值編碼器

　　編碼器專家Baumer IVO的NocTivo絕對值編碼器系列采用全集成電子凸輪軸齒輪，結構緊湊，直徑僅75 mm，長度僅50 mm。標準空心軸單圈編碼器的工作精度為13位，對應于8192個位置。16個短路保護可編程凸輪輸出在并行接口處提供。四個輸入用于在16個程序中進行選擇，另一個輸入信號啟動選定的程序。16個輸出和16個程序實現(xiàn)了多達1024個凸輪的編程。編碼器既可以采用定向凸輪也可以采用定時凸輪，即開關觸發(fā)器不僅可以指定用于定位，而且在必要時也可以用于感應旋轉和時間。凸輪軸編碼器每個輸出的最高電流為500 mA，即使是對于超高負載，仍然能夠直接開關而無需放大信號。開關時間延遲可以通過簡單的用戶友好編程進行補償。凸輪軸編碼器可以通過RS232或RS485接口與安裝了相應的ProCam軟件的PC機或筆記本等設備進行通信。開放式編程接口允許通過定制協(xié)議或者直接通過PLC進行編程。此外，將來可以擴展新的功能，例如，采用久經(jīng)考驗的在多圈編碼器系列中成功應用的可更換總線適配器系統(tǒng)設計凸輪軸并實現(xiàn)與多個現(xiàn)場總線系統(tǒng)的兼容性。

　　許多自動化任務都需要采用位置開關，因此長久以來就是凸輪軸齒輪的應用領域。同時，容易發(fā)生磨損的機械式解決方案已經(jīng)被電子式凸輪軸齒輪所代替，從而向用戶提供了更多方案，特別是因為它們可以提供靈活的編程方案。

　　在現(xiàn)代工程技術中的分散型結構方面，出現(xiàn)了新的發(fā)展趨勢。由于處理速度非常高，所以包裝業(yè)在需要使用編碼器時，尤其青睞電子式凸輪齒輪集成在絕對值編碼器中的解決方案。最新一代的凸輪軸齒輪編碼器具有緊湊的設計、高分辨率、大功率輸出、通用編程功能以及通過現(xiàn)場總線系統(tǒng)集成到中控自動化裝置的能力，因而得到廣泛認可。

　　不久以前，“凸輪軸齒輪”還不可避免地與機械裝置連在一起。數(shù)只凸輪借助于凸輪盤觸發(fā)開關，以啟動特定的功能。第一個凸輪軸齒輪在發(fā)明蒸汽發(fā)動機的過程中已經(jīng)發(fā)揮了重要作用。蒸汽供應調節(jié)閥由凸輪觸發(fā)。即使今天，結構相似的凸輪軸齒輪仍在使用。另外，現(xiàn)代車輛也采用此工作原理。凸輪軸齒輪用于進氣閥和排氣閥的機械控制。

　　第一步：用電子元件替代容易發(fā)生磨損的機械元件

　　簡單的機器控制通?？梢圆捎脵C械式凸輪軸齒輪比較可行，例如對帶數(shù)個洗滌程序的洗衣機進行控制。然而，當存在復雜或快速運動時，即使使用了電子開關，此解決方案仍然顯得力不從心。此外，電感式開關的開關循環(huán)數(shù)和開關頻率有限，遠遠低于現(xiàn)代技術對開關機構的要求。例如，包裝工業(yè)每小時達到40,000件已是司空見慣的事。

　　因此在許多應用中，電子解決方案正在取代機械式凸輪軸齒輪就不足為奇了。它們的速度非常高，沒有磨損，并且在大多數(shù)時間里可以輕松自如地運轉。另外，它們包含多種程序，即便是在運轉期間也可以隨時修改。在理論上，凸輪軸齒輪可以作為控制程序的一部分，然而，這僅僅適用于與時間無關的步驟，因為隨著程序復雜性的增加，即使是快速PLC，其周期時間也會延長。因此，在機械和設備工程工業(yè)領域，將凸輪軸齒輪集成在控制系統(tǒng)中不是明智之舉。

　　第二步：在集成式編碼器中加入開關功能

　　對于電子式凸輪軸齒輪，你可以認為每個輸出都是機械式凸輪的“展開圓周”?！巴馆啽P”的數(shù)目對應于輸出的數(shù)目。凸輪編程通過鍵盤完成，并為打開和關閉操作定義對應的觸發(fā)器。機器位置由編碼器采集，一般來說是絕對值編碼器，并將機器位置的絕對角度值傳輸至電子式凸輪軸齒輪。同時，由于目前的分散化趨勢，電子解決方案亦廣泛用于機械工程和工廠技術。

　　技術進步永不會停止。在不得已使用絕對值編碼器的情況下，集成電子式凸輪軸齒輪不僅意味著節(jié)省整整一臺設備、空間和相應的安裝成本，而且還消除了編碼器與凸輪軸齒輪連接所造成的麻煩，此接線常常發(fā)生擾動和干擾。通過對應接口，凸輪軸齒輪編碼器實現(xiàn)了與主控或PC機的直接通信。例如，能夠輕松跟蹤錯誤和故障。

　　帶大功率凸輪軸齒輪的空心軸編碼器

　　位于德國Villingen-Schwenningen的編碼器專家Baumer IVO推出一種緊湊型凸輪軸齒輪絕對值編碼器。在直徑為75 mm、長50 mm的絕對值編碼器中，集成了一個完整的電子式凸輪軸齒輪，其標準型號即已包含了許多“智能”功能。即使是在難以進入的狹窄位置，帶凸輪軸齒輪的空心軸單圈編碼器仍然能夠快速、容易地安裝在驅動器上。凸輪軸齒輪編碼器只需要兩個安裝元件：作為力矩支架的固定角鋼或鋼板彈簧和一個安裝螺釘。只需要將編碼器放到軸上，然后緊固夾緊環(huán)；一分鐘內即可完成，并且無需任何經(jīng)驗。

　　高分辨率和多種標準通用功能

　　帶凸輪軸齒輪的單圈空心軸編碼器的標準分辨率為13位，對應于8192個位置。并行接口提供了16個帶短路保護的凸輪輸出。四個輸入用來選擇16個程序之一，另一個輸入信號啟動選定的程序。16個輸出實現(xiàn)了多達1024個凸輪的編程，包括定向和定時凸輪。換句話說，開關觸發(fā)器不僅可以分配給位置，而且可以分配給旋轉感應和時間。凸輪軸齒輪編碼器的最大驅動性能為500 mA，并且每八個一組不得超過1.5 A。這樣，即使是超高負載，仍然能夠直接開關而無需放大信號。

　　凸輪軸齒輪編碼器逐個路徑對開關延遲進行補償，即在凸輪處編程的開關觸發(fā)器可以根據(jù)當前轉速進行延遲，以便對輸出觸發(fā)器和實際反應之間經(jīng)過的時間進行補償。盡管如此，編程仍然輕而易舉。凸輪軸編碼器可以通過RS232或RS485接口與安裝了相應的ProCam軟件的PC機或筆記本等設備進行通信。Windows軟件可以采用應用程序特有固件，并提供方便的操作以及許多可視選項。例如通過串行接口，可以隨時讀出實際轉速，并顯示在監(jiān)視器上。

　　凸輪軸齒輪編碼器專為工業(yè)應用而設計，并符合IP54至IP65標準。電源電壓為12～30 VDC，即主電源的電壓峰值和壓降并不重要。通用輸出分配為標準配置，例如運行控制信號作為監(jiān)控用作外部看門狗功能，或者指示停止或超過轉速值的信號。必要時，還可以通過可選LED顯示零點。

　　未來展望

　　凸輪軸齒輪編碼器的未來設計將提供更多技術功能。例如，人們正在開發(fā)一種凸輪軸結構。鑒于其結構原理，凸輪軸齒輪編碼器幾乎與所有現(xiàn)用現(xiàn)場總線系統(tǒng)兼容。從magtivo?、multivo?和activo?多圈編碼器系列已知，凸輪軸齒輪編碼器亦將提供采用對應集成現(xiàn)場總線電子元件的若干總線適配器的組合。除了總線之外，還有四個并行輸出用于瞬時開關。

　　此總線適配器概念已經(jīng)非常成熟，并且已經(jīng)過實踐驗證；它只需簡單地安裝到基本編碼器上，不僅更具靈活性，還減少了庫存。另外，由于編碼器與總線適配器可以獨立更換，所以維護工作量亦減少。另外，編碼器和總線適配器還提供了許多預防性維護診斷功能，確保系統(tǒng)具有最大的可靠性。