T40B z systemem pomiaru prędkości obrotowej i impulsem

T40B z systemem pomiaru prędkości obrotowej i impulsem

T40B z systemem pomiaru prędkości obrotowej i impulsem
odniesienia
Rynek oferuje niezliczone możliwości inkrementalnych systemów pomiaru prędkości
obrotowej. Jednakże, układy te są przeznaczone wyłącznie do pomiaru prędkości
obrotowej. Połączenie możliwości pomiaru prędkości obrotowej i momentu
obrotowego przy użyciu jednego czujnika pomiarowego nakłada unikalne wymagania
dotyczące pomiaru prędkości obrotowej:



Mechaniczne i specyficzne dla aplikacji cechy przetwornika pomiarowego nie
mogą być osłabiane przez system pomiaru prędkości.
Wymagany jest wysokiej rozdzielczości system, który jednocześnie umożliwia
duży ruch względny między rotorem a statorem.
Zintegrowany system pomiaru prędkości obrotowej nie może zakłócać transmisji
wymaganych nominalnych (znamionowych) lub granicznych momentów.
Integracja systemu pomiaru prędkości obrotowej z przetwornikiem znacznie ułatwia
obsługę. Jeśli jest to konieczne, drugi koniec wału nie jest już wymagany dla systemu
pomiaru prędkości i jest dostępny dla innych zadań, na przykład jako dodatkowy
czujnik momentu obrotowego.
Wdrożenie systemu pomiaru prędkości obrotowej
Magnetyczny pierścień jest zamontowany na drugim
wolnym kołnierzu przetwornika momentu, jest więc
w pełni zintegrowany. Pozwala to zaoszczędzić
miejsce i znacznie ułatwia instalację.
System oparty jest na bezstykowym wykrywaniu
impulsu magnetycznego koła przy pomocy
anizotropowego czujnika magnetycznorezystancyjnego (AMR). Gdy używany
czujnik poddawany jest działaniu pola
magnetycznego, jego rezystancja zmienia się
Rys. 1: przetwornik momentu T40B z systemem
prędkości obrotowej i impulsem odniesienia
w zależności od kąta namagnesowania i wektora kierunku opornika. Pole
magnetyczne jest modulowane przez ruch względny pomiędzy mierzonym
materiałem, a czujnikiem. Pole magnetyczne jest wykrywane w kierunku
promieniowym. To gwarantuje powstanie solidnego i stabilnego sygnału.
Maksymalny prześwit między kołem impulsowym, a czujnikiem to 2,5 mm.
To sprawia, że jest bardzo nieczuły na względny ruch między rotorem a statorem,
który może być wynikiem wibracji na stanowisku pomiarowym.
Generowanie impulsu przez dwukierunkowy enkoder
Magnetyczny enkoder inkrementalny generuje
impulsy, gdy napęd jest obracany. Ilość impulsów na
obrót odpowiada prędkości lub położeniu. System
dostępny jest w postaci dwukierunkowego enkodera,
na który składa się czujnik AMR wykorzystujący
dwa pełne mostki do akwizycji sygnału. Te dwa
mostki są przesunięte względem siebie
Rys. 2: Digitalizacja z sensorem AMR
o jedną czwartą okresu. Generowane sygnały sinus i cosinus są zdigitalizowane przez
dalszą elektronikę. Okresowe sygnały sinus i cosinus są następnie dzielone za pomocą
interpolacji, co dodatkowo zwiększa podstawową rozdzielczość drogą elektroniczną.
Zmniejsza to błąd kwantyzacji, a obliczenia aktualnej prędkości obrotowej wału
wejściowego dają wyniki, które są bardziej precyzyjne.
Sygnały wyjściowe
Dwa sygnały prostokątne, przesunięte względem
siebie w fazie o 90 stopni dostępne są jako sygnały
wyjściowe. Drugi sygnał (sygnał B) umożliwia
dekodowanie kierunku ruchu (prawo - lewo).
Przy ruchu zgodnym z kierunkiem obrotu
wskazówek zegara (tzn. w prawo), sygnał B
jest o jedną fazę przed sygnałem A.
Rys.. 3: kwadratowe fale sygnału A / B
Przy narastającym zboczu sygnału B, sygnał A jest na ‘niskim poziomie‘. Odpowiada
to logicznemu "0". Przy obrocie w kierunku przeciwnym do wskazówek zegara
(w lewo), sygnał A jest o jedną fazę przed sygnałem B. Przy narastającym zboczu
sygnału A, sygnał B jest na "wysokim poziomie". Odpowiada to logicznej "1".
Przesunięta w fazie para sygnałów A i B jest również nazywana jako sygnał
kwadraturowy, ponieważ pozwala ponadto zwiększyć rozdzielczość. Sygnały A i B
generują jeden impuls na parę biegunów. Rozdzielczość może być zwiększona, na
przykład, przy wyzwalaniu impulsu każdym zboczem sygnału A i B. Zjawisko to
znane jest jako poczwórna ewaluacja. Dla systemów pomiaru prędkości obrotowej
przetworników T40B i T40FM, oznacza to, że rozdzielczość 1024 impulsów na obrót
może być zwiększona do 4096 impulsów na obrót.
Przyrostowa transmisja z układu pomiarowego prędkości obrotowej do sterownika
napędu ma tę zaletę, że wymagane są tylko dwa sygnały do nadawania informacji
o kierunku obrotu, prędkości i względnym położeniu. Wadą jest to, że pozycja
bezwzględna nie jest znana po awarii zasilania, ponieważ system pomiaru prędkości
obrotowej mierzy tylko zmianę w stosunku do położenia początkowego. Jednakże dla
systemu pozycjonowania istotnym jest, aby znane było bezwzględne położenie.
Z tego powodu, tzw. bieg odniesienia przeprowadza się przy włączaniu. Wymaga to
impulsu odniesienia (0-index).
Sygnał odniesienia
Rysunek 4 przedstawia trzeci sygnał, który jest
sygnałem odniesienia (0-Index). Sygnał ten jest
generowany przez odrębny czujnik, który wykrywa
odpowiednie pole magnetyczne w kierunku
osiowym. Jest on zsynchronizowany z narastającym
zboczem sygnału A. Po włączeniu zasilania, układu
pomiaru prędkości obrotowej musi być obracany tak
długo, aż impuls odniesienia zostanie wykryty.
Bezwzględna wartość kąta jest dostępna najpóźniej
po jednym obrocie. Ta trzecia ścieżka generuje jeden Rys.. 4: Sygnały fali prostokątnej A / B
impuls na pełny obrót. Ustalanie pozycji rotora lub
i sygnału odniesienia (0 index)
dokładności pozycjonowania wymaga wysokiej rozdzielczości kątowej.
Z poczwórną ewaluacją sygnału kwadraturowego, system zapewnia dokładność
kątową 212 kroków.
Stopnie wyjściowe zostały wdrożone jako 5V symetryczne – sygnały
komplementarne (TTL)-RS422. Transmisja sygnału różnicowego ma tą zaletę, że
niepożądane zakłócenia mają wpływ na wszystkie pola sygnałów w takim samym
stopniu, a zatem nie zmienia to różnic sygnału. W rezultacie, cyfrowa transmisja
sygnału jest bardzo odporna na zakłócenia, więc stanowi idealne rozwiązanie dla
aplikacji wymagających zastosowania długich przewodów lub stosowanych
w miejscach narażonych na działanie pól elektromagnetycznych.
Biuro Inżynierskie Maciej Zajączkowski, ul. Krauthofera 16, PL 60-203 Poznań
Tel./Fax. +48 61 66 25 666, e-mail: [email protected] , www:http://www.hbm.com.pl