廣州市施克傳感器有限公司 Bernd Appel，王庚

在當(dāng)今的現(xiàn)代化電氣驅(qū)動系統(tǒng)中，對于像位置檢測和速度監(jiān)控一類任務(wù)的功能性安全認(rèn)證扮演著愈來愈重要的角色。SICK公司的最新馬達(dá)反饋編碼器SKS36S和SKM 36S是符合SIL2安全等級的最新產(chǎn)品，作為安全型產(chǎn)品以其在高動態(tài)和高精度伺服控制系統(tǒng)中的優(yōu)異表現(xiàn)證實了其應(yīng)有的價值。

自動化工廠車間與機(jī)械操作人員對于使用安全伺服驅(qū)動系統(tǒng)有兩點期望：操作便利，省時高效。這就意味著以安全為導(dǎo)向的設(shè)備檢修期監(jiān)控以及將設(shè)備運(yùn)行速度降低至安全水平凸現(xiàn)其重要性，尤其是調(diào)整或者停工檢修設(shè)備期間，安全性監(jiān)控能夠最大限度的避免完全停機(jī)從而節(jié)省大量用于重啟設(shè)備所花費(fèi)的時間。通常一個完整的伺服驅(qū)動系統(tǒng)由伺服馬達(dá)，反饋編碼器和控制器組成。只有當(dāng)所有的分立部件被認(rèn)證為“安全”時，整個系統(tǒng)才能被稱之為安全。當(dāng)今，通過選擇經(jīng)過安全認(rèn)證的部件來搭建整個安全系統(tǒng)系統(tǒng)已經(jīng)頗為常見。基于此，SICK公司提供的安全型馬達(dá)反饋編碼器SKM 36S和SKS36S以其極高的電氣與機(jī)械性能的可靠性和出色的電磁兼容(EMC)性能表現(xiàn)，非常適用于組建安全伺服控制系統(tǒng)。

圖1 在包裝機(jī)械上，SKS36與SKM 36提供了可靠的速度，旋轉(zhuǎn)方向和停機(jī)的安全監(jiān)測

1 Sine/cosine 馬達(dá)反饋編碼器符合SIL2 and PL d標(biāo)準(zhǔn)

作為現(xiàn)代伺服控制系統(tǒng)中的重要角色，伺服反饋編碼器提供包括換向信號，馬達(dá)旋轉(zhuǎn)方向，單圈或者多圈絕對位置值等用于數(shù)字伺服控制的關(guān)鍵信息。當(dāng)然，如需在一個安全導(dǎo)向的應(yīng)用環(huán)境中提供同樣的功能，SICK公司的SKS36S(每周128個正弦/余弦信號)和多圈產(chǎn)品SKM 36S(可計數(shù)達(dá)4096圈)則完全可以勝任。兩種產(chǎn)品均可應(yīng)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(dāng)中。使用SICK公司的產(chǎn)品，以上安全指標(biāo)性能均可以可靠實現(xiàn)，包括安全失效系數(shù)(SFF)達(dá)到95%水平，(診斷范圍)DC達(dá)到90%水平。實際上，除了能夠可靠的保障有關(guān)速度，旋轉(zhuǎn)方向和檢修時間等關(guān)鍵的安全導(dǎo)向性功能之外，SICK的產(chǎn)品同樣能夠滿足更多由OEM工廠和系統(tǒng)集成商設(shè)定要求的額外功能。這些功能包括高達(dá)+125°C的環(huán)境使用溫度，滿足安裝在緊湊的伺服馬達(dá)上的小巧尺寸以及世界范圍伺服驅(qū)動領(lǐng)域內(nèi)廣泛接受的標(biāo)準(zhǔn)接口HIPERFACE?。使用HIPERFACE?接口，無需同時使用額外的電纜，接口轉(zhuǎn)換模塊以及安全功能模塊。

2 Mini碼盤技術(shù)造就業(yè)界最緊湊尺寸

SICK公司的SKS36S與SKM 36S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(qū)區(qū)36mm (無軸型外徑為37mm)，因此可以極大地節(jié)省安裝空間，可以說是業(yè)界安裝最為緊湊的安全型伺服反饋產(chǎn)品之一。這種獨特性來源于SICK公司首創(chuàng)的M ini碼盤技術(shù)-將直徑僅為2mm的碼盤安裝置旋轉(zhuǎn)軸的圓心位置同時外圍固定，可以滿足最高12000 rpm的最高工作轉(zhuǎn)速和很高的旋轉(zhuǎn)角加速度。同時，在傳統(tǒng)的編碼器結(jié)構(gòu)設(shè)計中，由碼盤，軸承以及旋轉(zhuǎn)軸三者不同心而導(dǎo)致的檢測誤差在SKS/SKM產(chǎn)品中不復(fù)存在。SICK公司特殊開發(fā)的光電掃描專用功能集成芯片系統(tǒng)掃描碼盤上的128刻線產(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(zhuǎn)軸上的紅外LED提供，而光強(qiáng)度經(jīng)過適當(dāng)?shù)目刂朴靡岳匣蜏囟妊a(bǔ)償。

3 HIPERFACE? : 友好集成性與安全導(dǎo)向性

馬達(dá)反饋編碼器的信號由HIPERFACE?協(xié)議傳遞給驅(qū)動器設(shè)備。如今，該接口協(xié)議已經(jīng)在世界范圍內(nèi)被廣泛采用，并成為很受歡迎的業(yè)界市場標(biāo)準(zhǔn)。HIPERFACE?接口中的參數(shù)通道可在毫秒速度水平傳輸絕對位置值等關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息。而過程數(shù)據(jù)通道則直接輸出模擬的正弦和余弦信號，用于實時解析的速度和位置累加計算。過程數(shù)據(jù)通道是模擬的，可以高速輸出高分標(biāo)率的信號。從安全角度分析，過程數(shù)據(jù)通道的一個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(yīng)間隔。而HIPERFACE?被選擇成為安全性馬達(dá)反饋編碼器的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)向性需求，以及驅(qū)動系統(tǒng)，編碼器的電氣和機(jī)械連接及其應(yīng)用能夠非?？煽康膶崿F(xiàn)。基于以上的假設(shè)，IEC 61800-5-2描述了一系列可能由運(yùn)動控制和位置反饋傳感器導(dǎo)致的問題。而SICK公司的SKS36S和SKM 36S則可以非常可靠的檢測出風(fēng)險，從而觸發(fā)有問題的驅(qū)動設(shè)備停車。SKS36S和SKM 36S通過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進(jìn)行信號監(jiān)測。編碼器軸與馬達(dá)軸的機(jī)械連接以及編碼器定子與馬達(dá)安裝面的機(jī)械連接均可以被實時連續(xù)監(jiān)測，無論馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)與否。例如，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到編碼器與馬達(dá)軸連接失效，也即正余弦信號停止輸出時，將觸發(fā)換向停止，從而使得驅(qū)動器控制馬達(dá)按安全方向運(yùn)行。又如，當(dāng)編碼器碼盤松動或輸出振蕩時，同樣可以通過檢測基本直流電平是否超出正常范圍來觸發(fā)安全事件。通過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SKM 36S和單圈產(chǎn)品SKS36S同樣適用于作為設(shè)備主編碼器

5 安全同樣意味著流程的“安全”

安全標(biāo)準(zhǔn)所界定的諸多故障檢測與預(yù)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SKM 36S的核心功能。當(dāng)然，安全并不僅僅意味著產(chǎn)品本身安全一個方面，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的信任。不僅僅是SICK公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，整體系統(tǒng)和軟件解決方案能夠安全的消除操作危險設(shè)備員工的風(fēng)險并全面保障有效的事故預(yù)防措施和人員保護(hù)，SICK公司更是在整個產(chǎn)品開發(fā)，生產(chǎn)和銷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”，這意味著每一個這樣的編碼器都有著可追溯而不可復(fù)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(biāo)準(zhǔn)委員會和安全認(rèn)證的服務(wù)方面的工作，從而確保機(jī)械制造商，系統(tǒng)集成商和最終用戶均能從持續(xù)的安全經(jīng)驗中有所收益。

因此，如果您需要檢測并評估設(shè)備停工期，調(diào)整或降低設(shè)備運(yùn)行速度從而保證并加強(qiáng)設(shè)備和流程的安全性，SICK公司的安全型SKS36和SKM 36產(chǎn)品是您最好的選擇。