Det benyttes en rekke roterende givere innenfor vindmøller.
Det benyttes en rekke roterende givere innenfor vindmøller.

Sensorskolen (4:5)

Absolutt inkrementelt

Uten roterende givere ville det ikke vært mulig å realisere mange av dagens krav til nøyaktighet i automatiseringsapplikasjoner. Giverne kommer til sin rett i mange applikasjoner, både når det gjelder posisjonering og hastighetsstyring.

Fra vindmøller til roboter

Miljøvennlige energikilder er i skuddet om dagen, og vindmøllene er blant dem som er avhengig av roterende giverer for å fungere optimalt. Her benyttes både inkrementelle og absoluttgivere. For å oppnå optimal virkningsgrad er det viktig at innstillingen dvs. vridningen til rotorbladene er optimalt innstilt, og her benyttes absoluttgivere. Disse gir meget høy nøyaktighet samtidig som posisjonen opprettholdes, også etter eventuelt spenningsbortfall. Absoluttgivere trenger heller ikke noe referansepunkt

Med en oppløsning på 13 bit, er det mulig å oppgi posisjonen med en oppløsning bedre enn 0,05 grader (teoretisk). Mekanikken kan gi andre begrensninger.

For å overvåke og regulere hastigheten, på generatoren i en vindmølle, kan inkrementelle givere benyttes. Disse kobles til generatorens nav med en mekanisk kobling.

Vi finner også andre interessante applikasjoner innen kraftproduserende industri. For optimal utnyttelse av vannet i magasinene, er nøyaktig styring av damluker viktig. Absoluttgivere benyttes ofte her. Utfordringen i denne type applikasjoner er den mekaniske overføringen mellom luka og giveren, og det må som oftest lages en innretning som overfører bevegelsene til en roterende aksel. Det kan gjøres via en wire og løpehjul, eller ved hjelp av tannstang.

Et slikt måleprinsipp, med roterende giver, løpehjul og wire kan benyttes i mange andre former for nivåmåling.

På smelteverk benyttes roterende givere både til deteksjon av elektrodeposisjon og måling av elektrodeforbruket. Her kan man enten benytte to inkrementelle givere, eller en absoluttgiver til posisjon og inkrementell til forbruk.

På en del ferger benyttes absoluttgivere til posisjonering av landgangen, både vinkelen og hvor langt ut den må kjøres, registreres ved hjelp av absoluttgivere.

I industriroboter og andre maskiner og håndteringsautomater som krever stor presisjon, benyttes ofte absoluttgivere. Ved spenningsbortfall er det i slike applikasjoner en stor fordel at styresystemet ”vet” hvor robotaksene befinner seg, slik at en unngår referanse eller ”nullpunkt” kjøring”.

Sensorskolen

Automatiserings artikkelserie Sensorskolen dekker induktive-, kapasitive-, ultralyd- og roterende givere samt fotoceller. Typiske oppgaver, for slike sensorer, er identifikasjons- og posisjoneringsoppgaver, start og stopp av transportband, indikering av åpen/stengt på ventiler, telling av produkter på transportband, samt måling av hastighet/turtall.

Serien er utviklet i tett samarbeid med Agnar Sæland hos Pepperl+Fuchs AS. Han hadde mange års automatiseringserfaring fra metallurgibransjen før han på midten av 1990-tallet meldte overgang til leverandørsiden. Sæland har over 10 års erfaring med Pepperl+Fuchs produkter for ”Factory Automation”, eller stykkproduksjon.

Generelt kan en si at roterende givere i de fleste tilfeller gir en høyere nøyaktighet enn hva som er mulig med andre typer givere.

 

Inkrementelt eller absolutt

 

Det er imidlertid viktig å ha en realistisk forhold til hva som er ”godt nok” i den aktuelle applikasjonen, slik at det velges givere med et fornuftig pulstall. Dette må også sees i relasjon til hvilke omdreiningshastigheter som kan oppstå. Husk at styresystemet må være dimensjonert til å motta det maksimale antall pulser som giveren kan sende ut.

 

Roterende givere kan i hovedsak deles i to hovedgrupper, inkrementelle og absoluttgivere.

 

De inkrementelle ”husker” ikke selv posisjonen, mens de absolutte ”husker” sin egen posisjon, selv ved spenningsbortfall. Måleprinsippet er i utgangspunktet likt, en lyskilde er montert på den ene siden av en skive som roterer, og en mottaker er montert på den andre siden. Giverens oppløsning er avhengig av antall spalter i skiva.

 

Inkrementelle

 

Inkrementelle givere er de enkleste elektrisk sett. Disse gir fra seg ett eller flere pulstog pr. omdreining, avhengig av hvor mange rader med spalter det er i skiva. Det enkleste er et pulstog, dvs. en rad med spalter, men i de fleste applikasjoner benyttes givere med 3 pulstog.

 

Disse kalles ofte kanal A, B og 0, der A og B er 90 grader forskjøvet i forhold til hverandre. Denne faseforskjellen gjør det mulig å registrere om pulsgiverens aksel roterer med eller mot urviseren. Hvis fallende flanke på B kommer før stigende på A, er rotasjonen med urviseren. Kommer derimot stigende flanke på B før stigende på A, er rotasjonen moturs.

 

Flere kanaler

 

Når det gjelder 0 pulsen er dette kun en puls pr. omdreining, og denne kan benyttes til å registrere hvor mange rotasjoner pulsgiveren gjør. I enkelte tilfeller benytter en pulsgivere med 6 kanaler, dvs A, B og 0 samt disse invertert, og dette benyttes for å sikre støyfri overføring av signalene.

 

De fleste encodere har flere ringer med spalter i den roterende skiva. I dette tilfellet er det vist pulstogene fra en encoder med 3 ringer, A, B og 0. Det er like mange A pulser som B pulser pr omdreining, men de er 90 grader forskjøvet i forhold til hverandre. Dette gjør det mulig å detektere om encoderen roterer med eller mot klokka

 

Trenger referansepunkt

 

Hvis bare A pulsen benyttes, er man kun i stand til å telle antall pulser, avhengig av antall spalter i skiva og akselens rotasjonshastighet. Dette benyttes til lengdemåling eller turtall / hastighetsmåling. I prinsippet kan det leveres inkrementelle givere med fra 1 til mer enn 10000 pulser per omdreining, men de fleste benytter mellom 100 og 1000 pulser. Ved å telle alle flanker, både stigende og fallene på en 2 kanals giver, kan en firedoble antall pulser pr omdreining.

 

I og med at inkrementelle givere kun gir ut et tog med spenningspulser, er man avhengig av et referansepunkt, 0-punkt. Dersom man mister spenningen og kobler denne på igjen, vil utgangen enten være høy eller lav. All informasjon om posisjonering må lagres i en forankoblet PLS eller teller. Hvis denne mister informasjonen, er man avhengig av å kjøre applikasjonen tilbake til referansepunktet og starte tellingen på nytt.

 

Absoluttgivere

Roterende encoder. En lyskilde, normalt en LED, sender ut lys, som regel infrarødt, mot en mottaker, fotodiode eller fototransistor. Mellom disse er det plassert en skive med spalter som roterer med akselen på encoderen. Når spalteåpningene passerer lyskilden, slipper lyset gjennom til mottakeren og denne aktiveres, og vi får ut en puls. Antall spalter i skiva tilsvarer, på inkrementelle givere, encoderens pulstall pr. omdreining.
Roterende encoder. En lyskilde, normalt en LED, sender ut lys, som regel infrarødt, mot en mottaker, fotodiode eller fototransistor. Mellom disse er det plassert en skive med spalter som roterer med akselen på encoderen. Når spalteåpningene passerer lyskilden, slipper lyset gjennom til mottakeren og denne aktiveres, og vi får ut en puls. Antall spalter i skiva tilsvarer, på inkrementelle givere, encoderens pulstall pr. omdreining.
 

Absoluttgivere gir ut en unik verdi, det vil si et dataord for enhver posisjon, i motsetning til inkrementelle givere. På samme måte som hos inkrementelle givere, består absoluttgivere også av en skive som roterer med akselen, og en lyskilde på den ene siden med mottaker på motsatt side. Skivene hos absoluttgiverne er mer ”avanserte” enn på inkrementelle givere. Dersom vi har en absoluttgiver med 13 bit oppløsning, trenger vi en skive med 13 spor.

 

Absoluttgivere som er beregnet for applikasjoner med mindre enn en omdreining på akselen, kalles ”singeltørn” givere.

 

Multitørn

 

Dersom en absoluttgiver skal benyttes i en applikasjon der det trengs mer enn en rotasjon på akselen, må man benytte en såkalt ”multitørn” giver. I tillegg til for eksempel 13 bit singeltørn, vil denne type givere også inneholde et gir og skiver/avlesningsutstyr som holder oversikt over hvor mange omdreininger som er benyttet.

 

I den grad vi kan kalle noe standard, er 25 bit en standard for absoluttgivere. Dette er et produkt av 13 bit singeltørn og 12 bit multitørn. Det vil si 8192 delinger pr. omdreining og maks. 4096 omdreininger. Selv om dette skulle være tilstrekkelig for de fleste, er det mulig å levere 16 bit singeltørn, dvs. 65536 delinger, og 14 bit multitørn, dvs. 16384 omdreininger.

 

Innebygd prosessering

 

Det sier deg selv at absoluttgivere er dyrere og mer kompliserte enn inkrementelle givere.

 

De aller fleste innholder en eller annen form for prosessor som holder rede på, og omformer, verdiene fra optikken til et eller annet datasignal. Mange absoluttgivere har en eller flere innganger. Disse benyttes til elektrisk 0-punktsjustering av giveren og endring av dreieretning, medurs / moturs.

 

Dataoverføring

 

Fra tidligere tider var parallell overføring av data det mest vanlige, dvs 1 leder pr. bit mellom giver og PLS / teller. Når vi i tillegg trenger spenning og innganger blir dette en tykk kabel med kanskje så mange som 30 ledere. Dette er lite praktisk og i dag benyttes i stor grad absoluttgivere med serielt grensesnitt, ofte en feltbuss grensesnitt eller SSI.

 

SSI står for ”Synchronous Serial Interface”, og er et grensesnitt spesielt utviklet for overføring av data mellom absoluttgiver og PLS / kontrollsystem. Dette måleprinsipp innebærer at måleverdien for enhver posisjon presenteres med eksakt verdi.

 

Absoluttgivere benyttes i mer avanserte posisjoneringsoppgaver, blant annet i automatiske lagersystemer eller på roboter. I og med at hver unike posisjon leses som et eget dataord, trenger ikke absoluttgivere et referansepunkt. Selv om spenningen slås av og på vil det samme dataordet som tilvarer den unike posisjonen leses av på utgangen. Posisjonsdata presenteres som Binær eller såkalt Gray kode.

 

Montering - Mekanikk

 

Mekanisk sett er inkrementelle og absolutt givere like. Mest vanlig er runde kapslinger med 58 mm diameter og en aksel med 6 eller 10 mm diameter. Disse monteres på en egnet monteringsbrakett og kobles mot den akselen vi skal måle på, ved hjelp av en kobling.

 

Koblinger benyttes for å kompensere for manglende innretning og ta opp aksiale og radielle krefter slik at disse ikke belaster giverens lagre. Nøyaktig innretning og redusert aksiell og radiell belasting er en forutsetning for å oppnå lang levetid for utstyret.

 

De siste årene har kapslinger med ”hul aksel” eller ”blind hulaksel” blitt mer vanlig. Dette er utgaver som kan monteres direkte på den akselen vi skal måle på.

 

Typiske tilbehør til roterende givere er målehjul, festebraketter, mekaniske koblinger og plugger for elektrisk tilkobling.

 

De fleste encodere har flere ringer med spalter i den roterende skiva. I dette tilfellet er det vist pulstogene fra en encoder med 3 ringer, A, B og 0. Det er like mange A pulser som B pulser pr omdreining, men de er 90 grader forskjøvet i forhold til hverandre. Dette gjør det mulig å detektere om encoderen roterer med eller mot klokka.
De fleste encodere har flere ringer med spalter i den roterende skiva. I dette tilfellet er det vist pulstogene fra en encoder med 3 ringer, A, B og 0. Det er like mange A pulser som B pulser pr omdreining, men de er 90 grader forskjøvet i forhold til hverandre. Dette gjør det mulig å detektere om encoderen roterer med eller mot klokka.
 

 

Eksklusivt for digitale abonnenter

På forsiden nå