
几年以前增量式编码器还广泛用于位置检测,但现在不需要移动轴和进行电机校正的绝对式编码器已经占据市场主导地位。这就使设备快速重新启动成为可能,尤其在连接设备、传输生产线、多轴机床等设备上更具优势。为了优化生产设备的有效性,企业可以对重要设备进行功能测试,海德汉将对EnDat双向数字接口提供全面技术支持。
海德汉的EnDat接口是一种编码器的双向数字接口,不仅能够提供增量式与绝对式位置值,而且可以读取编码器的存储信息或者写入新的数据信息。因为其串行数据传输特性,只需四根数据线就能满足所有需求。其数据信息与后续电路时钟同步,多轴同步变得非常容易。传递信息内容(位置值、参数、诊断信息等)由后续电路所发的模式指令决定,编码器内部不同存储区域可供后续电路(例如OEM信息)读取与写入信息。公司参数存储区域包括机床生产商或者最终用户的零点偏置,用户参数存储区域可以自由定义和写保护,编码器生产商写保护区域包括所有测量系统数据。
EnDat接口编码器所有特定参数都被存放在单独存储区域,可以自动存放读取。OEM厂商可以在自定义存储区域内写入伺服电机的“电子标签”,例如电机型号、最大允许电流以及最高线圈温度等。EnDat接口除了读取绝对位置值外,还可以读取编码器相关状态信息、诊断和提前报警信息,通过对错误和报警信息进行分析,编码器可以对其故障进行监测。
接口的后继开发
新版本纯数字EnDat2.2接口与2.1版本兼容,可以达到更高的分辨率和长距离电缆的更快通讯,电源与电流损耗也不会提高,同时可以减小编码器尺寸,保留增量信号。
为了接口减少了传输电缆芯数和实现高动态驱动,例如在机床或者电子行业的生产、测量设备上,编码器必须提供高分辨率、小死区时间的位置值。电子直驱系统,例如直线电机、力矩电机,会提出更高的要求。为减少用于这类行业的编码器电缆芯数,其内部集成了相应细分电路,只传送数字位置信息,这样就可以省去传输附加正余弦增量信号的四根电缆。
另外全数字接口在伺服驱动定位精度、同步性和动态性能等方面更具优势。通过将编码器分辨率从13位(每圈8192步距)提高到25位(大概每圈3300万步距),将增量信号也包含到数字接口。这样没有模拟量数据传输,减少信号偏置、噪声等,还可以减少单信号周期内的位置误差,这些都会影响驱动系统本身性能和定位精度与重复定位精度、同步性和动态性能。通过纯数字传输可以提高其对外部电磁干扰的能力,使机床等设备达到更高的可靠性和有效性。
为了使采样周期更快,EnDat2.2接口能够在大约10μs时间内将位置值传输到后续电路。这些时间可以分为计算时间和接口到后续电路的传输时间。编码器位置值(典型值14倍细分)的计算时间大概是5μs,这就意味着位置信息必须在5μs左右传输到后续电路。
当采用高频8M时钟频率、电缆100m长度时,必须对采样时钟进行补偿。其延时时间可以在供电后,后续电路数据传输过程中得到。
数据包的附加信息
EnDat2.2接口能够提供两种附加信息,为此需要一个新的模式指令使其在闭环系统中应用。这些附加信息可以扩展EnDat接口的功能:控制周期的参数和存储内容;增量式编码器功能;诊断信息(编码器预留功能);传感器信息(例如电机线圈温度、加速度、边界信号);纯串行数据传输的安全概念; 交互信息。
附加信息会在控制器运算过程中影响驱动器的计算死区时间。长时间工作的编码器如ECN1325或者EQN1337可以得到驱动中的线圈温度,将其数字化后传输到后续电路。
这样就不再需要单独传输温度信号的电缆和控制器里的计算回路。传输附加信息的时间是固定的,在一个新的位置值读取之前其本身采样时间为25μs。附加信息通过后续电路指令读取。
简易连接技术
通过集成细分电路和去除模拟量信号,编码器与后续电路之间只需要六芯电缆就能满足要求,将附加增量式信号数字化后,电缆芯数减少了一半。与目前市场上常见的高速接口相比,不需要CAT-5型电缆,只用简单的标准电缆技术即可。
通过减少电缆芯数就可以采用8芯M12圆形电缆插头,其中两根空置芯线是并行电源线,用于长距离电缆传输时应用。这样在连接方面就有很多优势,例如减少包装成本、更小型接头以及更简单的电缆屏蔽等。同时在后续电路的输入端可以节约空间并且采用低成本的接头替代,也不用再考虑1Vss的模拟量信号。
通过以上一系列措施,可以节约很大一部分成本,并且增加了很多优点。例如多圈编码器EQN1337可以减少20%安装成本,提高3倍的抗振性能。
对于EnDat这种高速、纯串行、全数字化接口的再开发,在高动态整体驱动系统连接技术方面明显更加经济,同时可以采用集成式的后继电路,还可以降低一部分设备安装空间。通过将增量式信号数字化细分后,可以提高伺服驱动的定位精度和同步性能。
下一步开发功能
EnDat2.2接口会在不增加额外电缆芯数的同时提供实际加速度信息,就像EnDat2.1接口也支持EnDat2.2接口的自动初始化和自动化系统的驱动功能。该接口也会增加实时监控和安全功能。海德汉研发的高集成度模块使其在不增加编码器尺寸情况下,还保持或提高了某些方面的性能。
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