德國TR-ELECTRONIC帝爾編碼器的發(fā)展方向，工業(yè)即將進(jìn)入工業(yè)4.0時代，需要通過信息物理融合的智能機(jī)器來實現(xiàn)智能工廠和智能生產(chǎn)。需要實現(xiàn)智能機(jī)器，機(jī)器設(shè)備會在必要部位使用傳感器來實現(xiàn)感知，但簡單的實現(xiàn)感知只能實現(xiàn)自動化，并不能達(dá)到真正意義上的智能。智能的另一面是機(jī)器設(shè)備需要知道執(zhí)行的自動化動作是安全可靠的，無錯的。或者說控制器首先必須知道機(jī)器設(shè)備的傳感器是否是處于正常工作狀態(tài)，輸出的傳感數(shù)據(jù)是有效可靠的，才能去執(zhí)行智能和安全機(jī)器動作。因此，國際上的許多編碼器生產(chǎn)企業(yè)開始研發(fā)具有診斷功能的安全編碼器。但目前大部分方案是都需要借助外部模塊來診斷編碼器的狀態(tài)和編碼器輸出數(shù)據(jù)的安全性。TR-Electronic是編碼器安全方面的專家，從2003年研發(fā)生產(chǎn)的雙重冗余絕對值安全編碼器，2009年推出SIL3認(rèn)證的安全編碼器到2011年推出全系列以Profisafe, Open safety等安全協(xié)議為基礎(chǔ)的SIL3安全認(rèn)證編碼器，TR-Electronic不斷的在安全領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)技術(shù)革新和產(chǎn)品創(chuàng)新，成為了安全旋轉(zhuǎn)編碼器領(lǐng)域的先驅(qū)和專家。

TR-Electronic的CDV75S/M實軸和CDH75S/M空心軸SIL3安全認(rèn)證編碼器，是世界上款推出無需配置額外安全模塊而能獨立達(dá)到SIL3/PLe標(biāo)準(zhǔn)（SIL3：IEC61508/EN62061，PLe：EN ISO 13849-1）的安全旋轉(zhuǎn)編碼器，并且此款編碼器的研發(fā)過程，技術(shù)和生產(chǎn)過程都經(jīng)過TüV認(rèn)證，達(dá)到每個產(chǎn)品的100%質(zhì)量檢測。這是一款智能雙重冗余安全旋轉(zhuǎn)編碼器，內(nèi)部包含一個主測系統(tǒng)和安全測量驗證系統(tǒng)。主系統(tǒng)使用光電感應(yīng)檢測旋轉(zhuǎn)軸的單圈分辨率，旋轉(zhuǎn)圈數(shù)由行星齒輪結(jié)構(gòu)機(jī)械計圈，不含電子存儲器計圈模塊，最大計圈可達(dá)32768圈。同時，主測系統(tǒng)的光學(xué)檢測還能提供脈沖數(shù)從1024到32768可選的增量方波或正余弦信號。安全測量系統(tǒng)則使用中央磁感應(yīng)技術(shù)檢測單圈分辨率，而用機(jī)械齒輪和磁學(xué)感應(yīng)技術(shù)計圈，最大計圈也為32768圈。有多種輸出接口可供選擇，如：帶Checksum的雙SSI輸出，Profisafe over Profibus, Profisafe over Profinet, Powerlink open safty 和 safty over EtherCAT。

安全旋轉(zhuǎn)編碼器內(nèi)部會通過安全系統(tǒng)的絕對位置對主測系統(tǒng)的絕對位置值進(jìn)行比較校驗，如果小于設(shè)定的容差閾值，認(rèn)定安全旋轉(zhuǎn)編碼器系統(tǒng)為安全。并通過安全積分時間參數(shù)計算出安全速度和安全位置值。

通常主測系統(tǒng)測得的實際絕對值位置數(shù)據(jù)和經(jīng)計算所得的速度數(shù)據(jù)將通過非安全過程數(shù)據(jù)通道和數(shù)據(jù)協(xié)議，如Profibus-DP或Profinet IO，傳輸給控制器來實現(xiàn)常規(guī)自動化控制任務(wù)，數(shù)據(jù)傳輸周期時間為0.5ms。而安全位置值和計算所得的安全速度將通過安全通道和安全協(xié)議部分，如Profisafe輸出給控制器執(zhí)行安全相關(guān)的安全任務(wù),數(shù)據(jù)傳輸周期時間為5ms。

通過PROFIsafe設(shè)置參數(shù)，確保參數(shù)安全

1、預(yù)設(shè)值：

編碼器可以把初始輸出值設(shè)定為根據(jù)機(jī)器特定位置換算成的并且在編碼器量程范圍內(nèi)的任意參考值。但預(yù)設(shè)值的設(shè)定是一個與安全非常相關(guān)的操作。編碼器輸出值的突變會導(dǎo)致機(jī)器執(zhí)行一個未知并不受控制的運行動作。因此CD_75和CD_582安全旋轉(zhuǎn)編碼器的預(yù)設(shè)值設(shè)定必須在編碼器靜止?fàn)顟B(tài)，并且這個預(yù)設(shè)值必須被鎖存到編碼器中，僅能夠通過安全通訊協(xié)議修改。

2、允許的位置偏差閥值：

主系統(tǒng)與安全系統(tǒng)的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果差值小于允許的位置偏差閥值，認(rèn)為編碼器的測量數(shù)據(jù)是安全的。

3、靜止?fàn)顟B(tài)的容差范圍：

預(yù)設(shè)值的設(shè)定必須在靜止?fàn)顟B(tài)，可以根據(jù)驅(qū)動器不同，設(shè)置靜止?fàn)顟B(tài)的容差范圍。

4、方向：

順時針為正/逆時針為負(fù)

5、積分時間：

在低速轉(zhuǎn)動時，高積分時間，可以得到越高的速度測量分辨率?；蛘叻e分時間越低顯示的速度改變更快:更適合于高速旋轉(zhuǎn)或高動態(tài)控制。非安全數(shù)據(jù)通道的時間基是5…50ms，安全數(shù)據(jù)通道的時間基是50…500ms。

為了確保以上2到5的可編程參數(shù)的安全可靠性，這些可編程參數(shù)首先會被輸入TR-Electronic提供的iParameters軟件中計算出F_iPar_CRC，并必須事先手動輸入F-Host工程工具中。在每次設(shè)備啟動時，這些參數(shù)都會被通過控制器的非安全通道傳輸給編碼器，并通過安全參數(shù)F_iPar_CRC驗證，如果通過驗證, 才能被編碼器接受和生成安全正確的設(shè)備特征參數(shù)，并執(zhí)行后期相關(guān)的安全控制任務(wù)。

SIL3/PLe安全認(rèn)證旋轉(zhuǎn)編碼實現(xiàn)全區(qū)域功能安全。

在很多安全要求很高的應(yīng)用中任然使用傳統(tǒng)的帶增量輸出的絕對值編碼器。增量信號用作速度反饋和絕對值位置用作位置反饋來實現(xiàn)電機(jī)定位。但使用這種方法，機(jī)器設(shè)備運行時存在安全隱患，因為只有一個可用的絕對值位置數(shù)據(jù)，假如存在數(shù)據(jù)丟失或數(shù)據(jù)突變，這樣的錯誤往往是無法被機(jī)器設(shè)備檢測認(rèn)知的。從而機(jī)器會根據(jù)錯誤數(shù)據(jù)的位置或速度反饋執(zhí)行未知的危險動作。

而改進(jìn)的常規(guī)解決辦法是在編碼器和控制器之間加入一個安全模塊去測試編碼器輸出的數(shù)據(jù)。根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器的特點，安全模塊能夠設(shè)別獲取的位置值或速度是否安全，并且安全功能模塊能夠根據(jù)設(shè)定的限位值和限位功能的參數(shù)去判斷機(jī)器設(shè)備的狀態(tài)是否安全或驅(qū)動是否應(yīng)該保持運轉(zhuǎn)還是立刻制動。但使用這個安全模塊只能保證使用了這個安全模塊的區(qū)域部分為功能安全區(qū)域，并且安全模塊必須*正確編程和參數(shù)化設(shè)置，編碼器必須滿足安全模塊制造商的技術(shù)要求。另外，需要額外的第二個編碼器或和模塊為控制器提供控制任務(wù)所需的絕對值位置和速度信息，并且這些控制區(qū)域仍為未經(jīng)安全確認(rèn)的區(qū)域。

為了使客戶能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械設(shè)備整體*有效的功能安全，TR-Electronic推出了CD_75和CD_582智能SIL3安全認(rèn)證雙重旋轉(zhuǎn)編碼器解決方案。

由于旋轉(zhuǎn)編碼器本身具有自我檢測和診斷功能，雙系統(tǒng)通過驗證得到的安全位置和安全速度可以通過安全數(shù)據(jù)通道和協(xié)議PROFIsafe輸出給一個同等經(jīng)過安全認(rèn)證的安全控制器，安全控制器可以使用這些安全數(shù)據(jù)執(zhí)行安全相關(guān)的控制任務(wù)（包含驅(qū)動電機(jī)的安全控制任務(wù)和需要使用編碼器位置和速度信號的其他安全控制任務(wù)）。這樣不僅實現(xiàn)了與連接編碼器的驅(qū)動電機(jī)直接相關(guān)的某個區(qū)域的功能安全，還可以實現(xiàn)使用這些安全數(shù)據(jù)執(zhí)行其他安全任務(wù)的機(jī)械設(shè)備整體性功能安全。同時，安全控制器還能使用通過常規(guī)非安全過程數(shù)據(jù)通道PROFIBUS或PROFINET獲取的數(shù)據(jù)執(zhí)行常規(guī)的控制任務(wù)。

與之前常規(guī)改進(jìn)的功能安全組合方法相比，無需額外的SIL安全認(rèn)證模塊，無需額外的編碼器或模塊提供控制所需的位置或速度信息，減少了模塊和連接電纜，降低了成本和出錯機(jī)率，提高了安全系數(shù)。最關(guān)鍵實現(xiàn)了使用編碼器數(shù)據(jù)控制任務(wù)的整體機(jī)械設(shè)備的SIL3功能安全。

德國TR-ELECTRONIC帝爾編碼器的發(fā)展方向，同步監(jiān)控和軸狀態(tài)監(jiān)控

通常安全有效的位置信號必須通過帶PROFIsafe的CD_75M安全編碼器的安全系統(tǒng)的驗證。但我們也可以使用額外的帶SSI接口的CD_75M安全編碼器的安全系統(tǒng)去完成這個任務(wù)。兩個獨立分開的機(jī)械系統(tǒng)的測得的實際位置值會互相比較，假如兩者的差值小于設(shè)定的差值閾值，主系統(tǒng)的位置值被認(rèn)為是安全。

同步監(jiān)測

兩個旋轉(zhuǎn)編碼器CD_75M PROFIsafe (主測系統(tǒng))和CD_75M SSI（安全系統(tǒng)）將被安裝在相反的傳動系統(tǒng)上，比如一臺龍門起重機(jī)。假如兩個旋轉(zhuǎn)編碼器的兩個測量系統(tǒng)的測量值大于設(shè)定的差值閾值，編碼器將通過PROFIsafe告知主控系統(tǒng)錯誤發(fā)生，主控系統(tǒng)將執(zhí)行相應(yīng)的故障應(yīng)對安全操作。

軸狀態(tài)監(jiān)測

旋轉(zhuǎn)編碼器CD_75M PROFIsafe (主測系統(tǒng))將被安裝在驅(qū)動軸上，而另一個旋轉(zhuǎn)編碼器CD_75M SSI(安全系統(tǒng))將被安裝在驅(qū)動軸側(cè)。由于過載或扭曲斷裂引起的軸非正確的旋轉(zhuǎn)，兩個編碼器的位置值將有偏差。加入偏差大于設(shè)定的差值閾值，編碼器將通過PROFIsafe告知主控系統(tǒng)錯誤發(fā)生，主控系統(tǒng)將執(zhí)行相應(yīng)的故障應(yīng)對安全操作。

雙SSI輸出SIL3/PLe 安全旋轉(zhuǎn)編碼器

SSI接口的雙重旋轉(zhuǎn)安全編碼器的位置信息將通過兩個獨立的SSI接口傳輸。并且放大的SSI信號中包含了位置信息，狀態(tài)信息和Checksum確認(rèn)碼。而與之相連的電子系統(tǒng)（控制器）將通過比較編碼器兩路SSI的位置信息來決定測量值的精確性。另外SSI信號還將傳輸額外的有用信息。比如，SSI信號會傳輸有關(guān)另外一路測量系統(tǒng)狀態(tài)的錯誤位，因此通過這個錯誤控制器可以診斷錯誤出發(fā)生在旋轉(zhuǎn)編碼器內(nèi)部（另外一路測量系統(tǒng)的SSI信號錯誤位也為1），或錯誤發(fā)生在傳輸電纜上（另外一路測量系統(tǒng)的SSI信號錯誤位也為1）。

兩個測量系統(tǒng)都在放大的SSI的數(shù)據(jù)信號中傳輸實際位置值

錯誤數(shù)據(jù)位

在兩個SSI通道中都顯示兩個測量系統(tǒng)的錯誤位。如果兩個SSI通道中位置值有差異，錯誤信息將被直接傳遞給另外一個通道。因此，只要有一路通道在運行，就可實現(xiàn)兩個系統(tǒng)的診斷。

校驗和Checksum

通過在SSI信號中的所有的用戶數(shù)據(jù)可以計算出8位CRC校驗和，并且通過SSI信號輸出給上位機(jī)。安全數(shù)據(jù)：MT和ST數(shù)據(jù)，錯誤數(shù)據(jù)位，壽命計數(shù)器符號，代碼間距=3：兩個非正確數(shù)據(jù)位將被安全的認(rèn)知。

壽命計數(shù)器符號將在編碼器系統(tǒng)的每個檢測過程中被增加。被增加的壽命計數(shù)器符號可以確保到上一個最新的報文信號中，實際的傳輸數(shù)據(jù)是由一個新的檢測產(chǎn)生的。假如SSI的要求速度快于內(nèi)部檢測（500 µs 主測系統(tǒng), 500 µs 安全系統(tǒng)），位置數(shù)據(jù)信息和壽命計數(shù)器符號將不發(fā)生變化。

TR-Group集團(tuán)成立于1983年，是國際先的傳感器制造商和系統(tǒng)解決方案的供應(yīng)商，是集生產(chǎn)與銷售于一體的自動化系統(tǒng)集團(tuán)公司。公司總部位于德國Trossigen，在工業(yè)自動化領(lǐng)域有著30多年的歷史和經(jīng)驗積累，公司總部目前擁有400多位員工，在30多個國家設(shè)立了子公司及銷售代表處，一直是工業(yè)自動化領(lǐng)域的忠實合作伙伴。

TR-Group傳感器業(yè)務(wù)子公司TR-Electronic GmbH的核心是研發(fā)和生產(chǎn)各種傳感器，包括旋轉(zhuǎn)編碼器、直線位移傳感器和集成位置檢測及控制的智能控制伺服電機(jī)、光柵尺、激光測距儀等產(chǎn)品。TR-Electronic于1983年開始生產(chǎn)光電絕對值旋轉(zhuǎn)編碼器，是機(jī)械齒輪計圈技術(shù)的發(fā)明者之一，生產(chǎn)的絕對值多圈旋轉(zhuǎn)編碼器最高分辨率可達(dá)36位，幾乎可以提供目前工業(yè)自動化領(lǐng)域使用的所有工業(yè)接口的旋轉(zhuǎn)編碼器。生產(chǎn)的外徑為22mm的絕對值編碼器CMV22S/M是目前世界上外徑最小的絕對值編碼器，生產(chǎn)的QDH80S/M系列絕對值編碼器是專為劇院舞臺控制技術(shù)研發(fā)的雙重冗余產(chǎn)品，生產(chǎn)的CD_75系列編碼器是世界上款經(jīng)過SIL3安全認(rèn)證編碼器。TR-Electronic能夠成為一家在業(yè)界技術(shù)和產(chǎn)品先的編碼器制造商，*歸功于400多名員工在產(chǎn)品技術(shù)和產(chǎn)品組合中的不斷創(chuàng)新和完善，以及30多年來與客戶成功的編碼器項目合作的經(jīng)驗積累。通過與德國當(dāng)?shù)馗咝５募夹g(shù)合作，為公司提供與時俱進(jìn)的產(chǎn)品技術(shù)和研發(fā)人員，同時客戶對編碼器產(chǎn)品機(jī)械結(jié)構(gòu)、輸出方式，人機(jī)界面和接口技術(shù)的不斷新的要求，確保了TR技術(shù)的革新和產(chǎn)品的創(chuàng)新。

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