Pressebericht im PDF format

SENSORIK & MESSTECHNIK
Einer für alle
Ein Gerät mit drei Funktionen: Inkrementalgeber, Zähler und Drehzahlüberwacher
Magnetische Wirkprinzipien im Zusammenspiel mit einzigartiger Signalauswertung,
unterstützt von Mikrocontrollern: Diese Faktoren machen die neuen Drehgeber der ifm Electronic
zu einer Alternative zu optischen Drehgebern.
Robust, aber genau: Der
magnetische Drehgeber soll den
optischen Systemen Konkurrenz
machen.
12 Bit
Bild: ifm
10.000
Impulse
Software als
Schlüssel
Die Drehgeber
erreichen eine
Genauigkeit von 12
Bit bei einer
Auflösung von 16 Bit.
Wandelbares
Gerät
An den Drehgebern
lässt sich vieles
konfigurieren und
einstellen, beim
Einsatz als Inkrementalgeber beispielsweise die Auflösung: von
zwei bis 10.000 Impulse pro Minute.
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raditionell arbeitet die Vielzahl der heute
in der Industrie verwendeten Drehgeber
mit einem optischen Wirkprinzip. Das
Verfahren erlaubt eine hohe Auflösung
der Messwerte und auch hohe absolute
Genauigkeiten, birgt aber systembedingt auch Schwächen. Allein das Vorhandensein einer Glasscheibe als
Maßverkörperung ist vielen Anwendern nicht robust
genug, insbesondere wenn die Applikation hoher
Schock- und Vibrationsbelastung ausgesetzt ist.
Auch ist der optische Drehgeber wiederum systembedingt aufwendig im mechanischen Aufbau, da eine
Vielzahl von Komponenten montiert und justiert werden müssen. Das führt zu Recht zu der Annahme, dass
diese Drehgeber eher im oberen Preissegment angesiedelt sind.
Als Alternative kamen in den letzten Jahren auch
vermehrt magnetische Prinzipen zum Einsatz. Durch
den vergleichsweise einfachen Aufbau kommen diese
Systeme immer mehr in Applikationen zur Anwendung, in denen Robustheit Voraussetzung ist. Ein gutes
Beispiel hier ist die Positionserfassung in mobilen Ar-
T
Automatisierung I SH/2015
beitsmaschinen. Jedoch kamen bis heute magnetische
Drehgeber nicht an die Performance optischer Systeme
hinsichtlich der Genauigkeit und Dynamik heran, daher waren Kompromisse unumgänglich.
Mit den magnetisch basierten Drehgebern von ifm
Electronic gehören diese Kompromisse der Vergangenheit an. Dazu wurde die Signalverarbeitung vom
Sensor auf einen Mikroprozessor verlagert: Bei den
neuen magnetischen Drehgebern werden heute HallSensoren ohne eigene digitale Signalverarbeitung genutzt, die lediglich analoge Ausgangssignale erzeugen. Ein Hall-Sensor besteht aus vier Hall-Elementen,
die jeweils vierfach abgetastet werden. Somit entstehen 16 Rohsignale für einen Positionswert, die von
einem leistungsstarken 32-Bit-Mikrocontroller verarbeitet werden, der auch Möglichkeiten für die Echtzeit-Datenauswertung bietet. So können physikalische Fehler, die im direkten Zusammenhang mit dem
Hall-Signal stehen, herausgerechnet werden.
Mit der Entwicklung einer geeigneten Signalverarbeitungssoftware wurde ein Genauigkeits- und Dynamikbereich erschlossen, der auf dem Niveau optischer
SENSORIK & MESSTECHNIK
Michael Paintner präsentiert
der Fachpresse die neuen
Drehgeber.
Bild: Redaktionsbüro Stutensee
Drehgeber liegt und heute eine Genauigkeit von 12 Bit
(<0,1 Grad) bei einer Auflösung bis 16 Bit und Latenzzeiten von wenigen Mikrosekunden erreicht. Mit der
neuen Drehgebergeneration ist es also gelungen, die
Vorteile der magnetischen und der optischen Technologie zu vereinigen.
Ist schon einmal ein leistungsstarker Mikrokontroller vorhanden, so ist es naheliegend, auch eine Geräteserie anzubieten, welche die erzeugten Signale bereits
auswerten kann. Der Anwender braucht nunmehr keine weitere Folge-Elektronik oder SPS, um die inkrementalen Impulsfolgen zu einer Funktion zu wandeln.
Vielfältige Einsatzmöglichkeiten
Erstens sind sie als Inkrementalgeber einsetzbar. Sämtliche Parameter kann der Anwender dabei frei einstellen, zum Beispiel die Auflösung zwischen zwei und
10.000 Impulsen pro Umdrehung. Auch als Zähler lassen sich die Geräte einsetzen. Hierbei sind unter anderem Zählrichtung (vorwärts oder rückwärts) und
Schaltpunkte frei wählbar. Die dritte Betriebsart dient
der Drehzahlüberwachung. Der Anwender stellt einen
Drehzahlbereich ein, bei dessen Über- oder Unterschreitung die Ausgänge schalten.
Somit arbeiten die Geber selbständig als Drehzahloder Stillstandüberwachungssysteme. Je nach eingestellter Anwendung ändert sich auch die Signalausgabe
am Drehgeber: während im „Encoder“-Modus die Impulsfolgen ausgegeben werden, so werden zum Beispiel in der Betriebsart „Vorwahlzähler“ digitale Ausgänge bei Erreichen der Sollvorgabe geschaltet.
Selbstverständlich ist die Schaltungslogik entweder am
Gerät oder über IO-Link frei konfigurierbar.
Sämtliche Funktionen und Parameter sind mit Tasten und LED-Display am Gerät einstellbar. Im Betrieb
zeigt das Display je nach eingestelltem Modus aktuelle
Impuls-, Zähl- oder Drehzahlwerte an. Das Besondere:
Durch die Zweifarbigkeit (Rot / Grün) erkennt der Anwender sofort, ob sich die Maschine im Gut-Bereich
befindet, oder ob Grenzwerte überschritten sind. Zudem lässt sich das Display elektronisch um 180 Grad
drehen, das erlaubt flexible Einbaulagen. Ein weiteres
Novum: Neben der Einstellung direkt am Gerät sind
die neuen Drehgeber auch komplett per IO-Link para-
metrierbar. Durch diese Möglichkeit der Kommunikation sind die Geräte für Industrie 4.0 gerüstet.
Die Schock- und Vibrationsfestigkeit ermöglicht
den Einsatz in rauen Applikationen. Ein praktisches
Detail: Der Kabelabgang beziehungsweise der drehbare M12-Anschluss bei den Stecker-Geräten ist sowohl
radial als auch axial nutzbar. Letztlich reduziert sich
also die Auswahl des Drehgebers auf den passenden
Flansch und die Welle – alles andere kann der Benutzer
frei konfigurieren.
Für Anwender, die das Gerät als Drehgeber nutzen
und auf Tasten und Display verzichten wollen, bietet
das Unternehmen eine Basis-Variante an. Diese ist
ebenfalls komplett per IO-Link einstellbar.
Fazit: Resümierend kann man festhalten, dass magnetische Drehgeber heute mit der Performance der optischen Systeme schritthalten und in puncto Umweltbedingungen sogar überlegen sind. Mit erweiterten
Funktionen wie der direkten Signalverarbeitung, voller
IO-Link-Unterstützung, Diagnose und einer freien
Konfigurierbarkeit sind die Drehgeber für Industrie
4.0 gerüstet.
do ■
Autor
Michael Paintner, ifm-Unternehmensgruppe
Hintergrund
Zwei Systeme zur Wahl: Inkremental- oder absolute Drehgeber
Drehgeber sind seit Jahren fester Bestandteil der Positionserfassung und Wegnachbildung in der Automatisierungstechnik. In der Praxis wird dabei die Rotation oder Drehbewegung durch geeignete Maßnahmen in eine translatorische, das heißt in eine Längsbewegung, umgewandelt.
Beispielhaft sei hier die Drehgeber-Spindel-Anordnung
genannt, bei der durch die Spindelsteigung jede Drehung
einen Vorschub darstellt. Ähnlich verhält es sich bei einer
Drehgeber-Messrad-Anordnung, wo der Abrollumfang des
Messrades die Längsbewegung abbildet.
Unterschieden werden heute im Wesentlichen zwei Systeme. Inkrementale Drehgeber erzeugen je nach Auflösung
eine definierte Anzahl von Impulsen pro Umdrehung, wobei der absolute Bezug lediglich über einen Index oder eine
Referenzmarke dargestellt wird. Dieser erzeugt einen Impuls pro Umdrehung.
Code-Drehgeber oder absolute Drehgeber geben zu jeder
Winkelstellung der Welle einen definierten Code über eine Schnittstelle aus. Eine Referenzfahrt ist damit nicht
notwendig. In der Praxis werden diese Systeme Singleturn-Drehgeber genannt.
Absolute Multiturn-Drehgeber hingegen erfassen zudem
auch noch die Anzahl der Umdrehungen und geben diese
zusätzlich zu der Wellenposition aus.
Automatisierung I SH/2015
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