Update für Ingenieure zu Encoder-, Sensor- und Feedback-Technologien

Von Miles Budimir | 21. März 2023

Kürzlich beantworteten eine Reihe von Experten aus der Encoder-, Sensor- und Feedback-Branche mehrere Fragen zu den Trends, die sie bei diesen Komponenten und in der Branche im Allgemeinen sehen. Hier ist, was sie zu sagen hatten.

TREFFEN SIE DIE EXPERTEN Bill Paczkowski | Leitender Produktmanager für PACEdge • Emerson Robert Cachro | Programmmanager – Wachstum und Innovation • Dynapar Samuel Orozco | Produktmarketingmanager – elektrische Aktuatoren • Emerson Stuart Graham | Business Development-Spezialist • HEIDENHAIN

Können Sie beschreiben, welche Sensor-, Encoder- und Feedback-Trends Sie sehen und welche Ihrer Meinung nach am bedeutsamsten sind?

Cachro: Aufgrund einer alternden Belegschaft, einer begrenzten Verfügbarkeit qualifizierter Arbeitskräfte und steigender Anforderungen an die Produktion mit nahezu maximaler Kapazität verlangen Endbenutzer zuverlässigere Encoderlösungen, die die Betriebszeit maximieren und Diagnosedaten für eine kürzere Fehlerbehebungsdauer bereitstellen. Gleichzeitig verstärken Maschinenbauer den After-Market-Support durch Außendiensttechniker oder mehrstufigen Remote-Support, um Kunden bei Problemen mit OEM-Geräten zu helfen. Daher sehen wir einen Bedarf an Komponenten, die Selbstdiagnosefunktionen bieten, die diese Schwachstellen lösen und unmittelbare Daten zum Problembereich liefern, damit Benutzer wissen, was sie korrigieren müssen, anstatt zu raten. Vor diesem Hintergrund bieten unsere Encoderlösungen, wie z. B. der HS35iQ-Encoder, eine visuelle Anzeige spezifischer Fehlerzustände und eine erweiterte Fehlerdatenausgabe, sodass Endbenutzer Probleme ohne Rätselraten beheben können und OEMs eine effizientere Fernfehlerbehebung ermöglichen.

Encoder wie der Dynapar HS35iQ bieten eine visuelle Anzeige spezifischer Fehlerzustände, um die Fehlerbehebungszeit zu verkürzen.

Können Sie aktuelle Beispiele für die Miniaturisierung oder Integration von Rückkopplungsgeräten in kompakte Designs näher erläutern?

Graham: Im Encoder-Bereich sehen wir, dass immer mehr Systeme die Gesamtgröße und die Kosten reduzieren möchten, indem sie mehrere Komponenten in einer Lösung konsolidieren. Modernste Protokolle wie EnDat 3 ermöglichen die Verkettung von Encoder-Feedbacks über eine Kabelkette, anstatt dass jeder Encoder sein eigenes Kabel zurück zu einem Controller führt. Dies ist insbesondere in der Robotik von Vorteil. Daisy-Chaining-Feedback reduziert Gewicht und Verkabelung und sorgt letztendlich für höhere Kosteneinsparungen. Roboter können über bis zu 12 oder mehr Encoder-Geräte in den verschiedenen Robotergelenken, Endeffektoren und der Basis verfügen. Mit weniger Kabeln können Konstrukteure das Gewicht und die Gesamtfläche ihres Roboters reduzieren.

EnDat 3 unterstützt auch eine Bus- oder Hub-Architektur, bei der verschiedene Sensoren direkt angeschlossen und mit einem Kabel, das den Bus und die Steuerung verbindet, an die Steuerung zurückgespeist werden können. Dies ermöglicht die gleichzeitige Überwachung mehrerer Aspekte einer Maschine mit Zeitstempel. Die Daten können modelliert werden, um eine Basislinie während des typischen Betriebs zu ermitteln und bei der Fehlersuche bei unerwünschtem Verhalten zu helfen.

Entwickler können außerdem die Größe und Kosten von Robotergelenken durch den Einsatz eines sogenannten 2-in-1-Encoders weiter reduzieren. Typische Robotergelenke erfordern einen Encoder sowohl am Motor als auch auf der anderen Seite eines Getriebes. Mit dem KCI 120 Dplus können Konstrukteure die Anzahl der Encoder pro Gelenk von 2 auf 1 reduzieren, was zu einer geringeren Stellfläche und geringeren Systemkosten führt.

Durch die einzigartigen Eigenschaften des KCI 120 Dplus und die Art und Weise, wie er am Motor montiert wird, besteht eine zusätzliche Möglichkeit, einen Drehmomentsensor zu ersetzen. Durch die Kombination mehrerer Funktionen in weniger Produkten können Systementwickler die Kosten und den erforderlichen Platzbedarf ihrer Designs reduzieren.

Orozco: Die Miniaturisierung ist ein großer Vorteil, da dadurch Gewicht und Platz reduziert werden können. Beispielsweise kann die Miniaturisierung präziser Rotations-zu-Linear-Schraubentechnologien den Stromverbrauch elektrischer Aktuatoren senken und neue Möglichkeiten für Halbleiteranwendungen und medizinische Automatisierungsgeräte eröffnen. Rückmeldungsgeräte wie Encoder wurden im Laufe der Zeit verbessert. Der Erfolg von Servomotoren beruht auf der Möglichkeit, über Encoder zu verfügen, die eine Rückmeldung über die Position liefern. Verbesserte Schrittmotoren schließen die Lücke mit Systemen mit geschlossenem Regelkreis, die es Encodern ermöglichen, auch Positionsrückmeldungen bereitzustellen. Endbenutzer von Linearbewegungen profitieren von verbesserten Feedback-Technologien, die Motoren und Encoder für Aktoren bereitstellen. Endbenutzer können die Motorgeschwindigkeit und Motorposition überprüfen und dabei helfen, einen Motorstillstand zu erkennen oder zu erkennen.

Die Drehgeber KCI 120 Dplus von HEIDENHAIN verfügen über eine induktive Abtastung und sind damit unempfindlich gegenüber Verschmutzung und Magnetfeldern. Ihre steife Bauweise ermöglicht hohe Vibrationsbelastungen von bis zu 400 m/sec2 am Stator und 600 m/sec2 am Rotor.

Wie beflügeln zunehmende Encoder-Fähigkeiten die Nachfrage nach leistungsfähigeren Netzwerk- und Konnektivitätsoptionen?

Cachro: Eine Umstellung auf zuverlässige Encoder-Lösungen, die Diagnosedaten zur Reduzierung von Ausfallzeiten und zur effektiven Fehlerbehebung bereitstellen, erfordert letztendlich zusätzliche leistungsfähigere Netzwerk- und Konnektivitätsoptionen. Unsere neuesten Encoder-Lösungen ermöglichen es Kunden, wertvolle Erkenntnisse über einfache Schnittstellen wie visuelle Indikatoren und digitale Ausgänge zu gewinnen, ohne dass sie bestehende Legacy-Systeme aktualisieren müssen, die oft keine zusätzlichen Datenströme unterstützen können. Allerdings wird die zunehmende Verbreitung von Daten „intelligenter“ Sensoren letztendlich die Einführung neuerer Systeme vorantreiben, die diesen erhöhten Datendurchsatz bewältigen können.

Bieten Sie Edge-Geräte an, die den Einsatz von Feedback oder verteilter Steuerung ermöglichen?

Paczkowski: Zur Hardware am Edge können einfache Sensoren, intelligente Instrumente, Feldgeräte (z. B. intelligente Magnetventile und VFDs), Gateways, SPS/PAC-Controller, Edge-Controller, Industrie-PCs, HMIs und mehr gehören. Da jedes dieser Geräte anders ist, beziehen sie sich aufeinander und überschneiden sich manchmal sogar in der Funktionalität. Es gibt kein einzelnes Gerät, das alle Anforderungen der digitalen Transformation erfüllt.

Emerson hat ein breites Technologieportfolio entwickelt, das alle diese Gerätetypen umfasst, alle mit Software koordiniert und auf Kompatibilität getestet sind. Durch die Verwendung von PACSystems-Computergeräten mit der IoT-Aktivierungsplattform PACEdge haben Benutzer umfassende Möglichkeiten, Daten lokal und in der Cloud zu verbinden, zu transportieren, zu speichern, zu analysieren und zu visualisieren. Benutzer können sich auf ihre Anwendungsanforderungen konzentrieren und sind sich sicher, dass sie mit einer Plattform arbeiten, die es ihnen ermöglicht, schnell aufbaubare und unterstützbare Systeme zu erstellen, die von kleinen Pilotprojekten bis hin zu vollständigen Datenintegrationslösungen skaliert werden können und gleichzeitig die IT- und Cybersicherheitsanforderungen erfüllen.

Was können Sie zu modularen und benutzerorientierten Angeboten sagen?

Cachro: Angesichts der zunehmenden Komplexität der Maschinen, der Notwendigkeit, die Lagerkosten zu senken, und des Drucks in der Lieferkette sind Kunden bestrebt, ihre Lagerbestände zu konsolidieren, ohne die Produktion unnötigen Risiken aufgrund von Komponentenbeständen auszusetzen. Infolgedessen sehen wir einen Trend zu programmierbareren und anpassbareren Encoderoptionen, um mehrere Teilenummern in einem optimierten Satz flexibler Encoder zusammenzufassen. Über die Encoder-Auflösung hinaus bietet die Möglichkeit, Encoder-Signaleigenschaften wie Position oder Phase des Indeximpulses festzulegen, Endbenutzern zusätzliche Möglichkeiten, ihre Bestandsziele zu erreichen.