Cách bộ mã hóa thông minh sử dụng cảm biến tích hợp

Các phiên bản FOT của bộ mã hóa cảm ứng KCI 1300 từ Heidenhain cũng có thể được sử dụng như một nắp vòng bi.

Xu hướng tích hợp thêm các cảm biến để bổ sung chức năng chẩn đoán và xử lý các vấn đề về nhiệt và/hoặc rung động đang ngày càng gia tăng trong công nghệ mã hóa.

Ví dụ, một bộ mã hóa được lắp trên cánh tay robot có thể tích hợp cảm biến đo rung động cục bộ, lực mô-men ở đầu cánh tay, hoặc phát hiện nhiệt độ bất thường. Dữ liệu này giúp bộ điều khiển hệ thống đưa ra quyết định chính xác hơn, như lên lịch bảo trì dự phòng.

Mặc dù chức năng chính của các bộ mã hóa vẫn là cung cấp dữ liệu chính xác, những tính năng mới này đại diện cho các cải tiến giá trị. Dưới đây là giải thích về những chức năng mới này và lợi ích mà chúng mang lại cho các nhà sản xuất.

Chẩn đoán và bảo trì dự đoán

Trong các hệ thống tự động hóa hiệu suất cao, việc giám sát rung động đóng vai trò quan trọng nhằm cải thiện chất lượng, phát hiện sớm các vấn đề tiềm ẩn và giảm thiểu tác động của chúng bằng cách lên kế hoạch bảo trì phòng ngừa.

Lấy ví dụ, Heidenhain đã tích hợp một cảm biến gia tốc ba trục vào bộ mã hóa quay ECI 123 Splus. Bộ mã hóa này còn bao gồm một vi điều khiển, thực hiện phân tích dữ liệu rung động, bao gồm phân tích thứ tự ban đầu lên đến 256 thứ tự. Để phân tích sâu hơn, giao diện EnDat 3 của bộ mã hóa truyền dữ liệu nối tiếp đến các thiết bị điện tử hạ nguồn của người dùng.

Vi điều khiển xử lý các tín hiệu gia tốc với sự hỗ trợ của thông tin vị trí từ bộ quét, cho phép chuyển đổi dữ liệu từ miền thời gian sang miền không gian. Mỗi thiết bị của hệ truyền động hoặc máy móc tiếp xúc với trục quay, chẳng hạn như vòng bi hoặc hộp số, bao gồm nhiều thành phần, mỗi thành phần đều có tần số tự dao động và thứ tự riêng có thể được giám sát trong miền không gian. Do đó, với sự hỗ trợ của phân tích thứ tự, có thể xác định được thành phần cụ thể nào của máy đang gặp sự cố.

Bảo trì phòng ngừa giúp giảm thời gian ngừng hoạt động, giảm thiểu hư hỏng thiết bị và kéo dài tuổi thọ sử dụng.

Với cảm biến này được tích hợp vào bộ mã hóa, dữ liệu rung động có thể được thu thập ở vị trí gần nhất với động cơ. Kết quả là người dùng có thể thu thập thông tin rung động chính xác và có giá trị thực tiễn, dựa trên những gì đang xảy ra tại động cơ, thay vì phải suy luận từ nguồn dữ liệu không tập trung.

Vì dữ liệu chuyển động và rung động từ cùng một thiết bị được đồng bộ hóa trong bộ mã hóa, việc xác định nguồn gốc của rung động trở nên dễ dàng hơn. Ngược lại, khi sử dụng cảm biến bên ngoài trong bộ biến tần, thông tin vị trí chính xác không thể được xác định.

Chẩn đoán tích hợp trong cảm biến cũng giúp cải thiện độ an toàn. Nếu cảm biến gặp sự cố, nó sẽ dừng hoạt động và phát cảnh báo thay vì truyền dữ liệu sai lệch, điều này có thể dẫn đến hậu quả nguy hiểm.

Dữ liệu rung động cũng hỗ trợ các nhà sản xuất động cơ (OEM) cải thiện thiết kế hệ thống của họ. Bằng cách phân tích dữ liệu trong các điều kiện khác nhau, họ có thể xác định các điều kiện và thông số giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.

Lợi ích của việc thu thập dữ liệu môi trường

Ngoài việc thu thập dữ liệu vị trí, các bộ mã hóa hiện đại ngày nay có thể tích hợp các cảm biến bổ sung để ghi lại các thông tin khác, chẳng hạn như nhiệt độ hoặc độ ẩm. Khả năng này làm giảm nhu cầu sử dụng nhiều dây cáp cho nguồn điện và dữ liệu, từ đó đơn giản hóa thiết kế và tiết kiệm không gian.

Bên cạnh việc tích hợp các cảm biến nội bộ, các bộ mã hóa của Heidenhain còn có thể truyền thông tin từ các cảm biến bên ngoài, giúp giảm thiểu thêm sự phức tạp trong việc lắp đặt và đi dây. Ví dụ, ECI 123 Splus hỗ trợ kết nối với cảm biến nhiệt độ bên ngoài.

Một lợi ích khác của việc tích hợp cảm biến là khả năng cung cấp dữ liệu đồng bộ qua một kết nối duy nhất. EnDat 3 là một giao diện cho phép truyền tải thông tin từ nhiều cảm biến giữa bộ mã hóa và hệ thống điều khiển. Nó giúp cải thiện tính linh hoạt của kiến trúc máy móc và giảm chi phí hệ thống bằng cách cung cấp dữ liệu nhanh chóng và đáng tin cậy, với các khả năng chẩn đoán toàn diện, bao gồm thu thập và lưu trữ dữ liệu trạng thái hoạt động.

Trong hầu hết các quy trình công nghiệp, nhiệt là một yếu tố cần được xem xét và quản lý. Đối với các bộ mã hóa, việc giải nhiệt hiệu quả rất quan trọng, đặc biệt khi chúng thường được lắp đặt ngay bên cạnh động cơ.

Heidenhain giải quyết thách thức này bằng công nghệ fan-out (FOT). Công nghệ này đánh dấu sự thay đổi trong cách thiết kế tích hợp giữa động cơ và bộ mã hóa.

Thông thường, động cơ được bao bọc trong một hộp hình chữ nhật, và bộ mã hóa được đặt bên trong hộp này với vỏ riêng. Nhiệt sinh ra từ động cơ và bộ mã hóa bị giữ lại trong không gian kín này.

Để khắc phục vấn đề nhiệt, công nghệ FOT được thiết kế để trở thành cả phần mặt lưng của động cơ và bộ mã hóa. Điều này cho phép nhiệt thoát ra ngoài qua mặt lưng, cải thiện hiệu suất động cơ mà không làm tăng yêu cầu nhiệt độ cho bộ mã hóa.

Ví dụ, trong các bộ mã hóa KCI 1318 FOT và KBI 1335 FOT, được thiết kế để sử dụng với các động cơ servo nhỏ gọn, các thành phần điện tử và đường dẫn dẫn điện được gắn trực tiếp lên một giá đỡ kim loại. Điều này cho phép chúng được sử dụng như một nắp vòng bi, giảm không gian cần thiết và số lượng linh kiện. Quan trọng hơn, nó còn cho phép nhiệt thoát trực tiếp ra ngoài thông qua giá đỡ kim loại, tăng cường hiệu quả tản nhiệt.

Bảo Khánh (Theo Automation World)