Encoder assoluto multiturno Siemens 6FX2001-5QP24

27 bit | PROFIBUS DP-V2 | 10–30 VDC | 6000 RPM | Flangia di serraggio | Modalità isocrona | SINUMERIK / SIMOTION / SINAMICS / SIMATIC

Dati di posizione che sopravvivono a un'interruzione di corrente

La maggior parte degli encoder rotativi risponde alla stessa domanda: dov'è l'albero in questo momento? Gli encoder assoluti rispondono a una domanda più difficile: dov'era l'albero quando è mancata la corrente e dov'è ora dopo che tutto è tornato operativo? Il Siemens 6FX2001-5QP24 è un encoder assoluto multiturno costruito specificamente per questa seconda domanda — fornendo una vera parola di posizione a 27 bit su PROFIBUS DP-V2 nell'istante in cui il sistema si accende, senza ciclo di azzeramento, senza corsa di riferimento e senza tempo macchina sprecato.

Progettato come encoder rotativo a montaggio diretto, aggiuntivo per le famiglie di prodotti SINUMERIK, SIMOTION, SINAMICS e SIMATIC, questo encoder è un componente Siemens testato dal sistema — non un generico encoder PROFIBUS che funziona per caso. Questa distinzione è importante nelle applicazioni di macchine utensili, stampa e imballaggio, dove il tempo di messa in servizio dell'azionamento e i costi generali di certificazione del sistema rappresentano costi reali.

Specifiche tecniche

L'architettura a 27 bit: cosa significa realmente sul campo

La cifra di 27 bit rappresenta la parola di posizione totale trasmessa da questo encoder — non semplicemente 27 tracce individuali su un disco codificato. La scansione ottica dell'encoder legge 13 bit all'interno di una singola rivoluzione (equivalente a 8.192 posizioni discrete per giro), quindi aggiunge un contatore multiturno a 14 bit che traccia in modo indipendente il numero di giri completi. Moltiplicando i due valori, l'encoder può riportare la posizione assoluta dell'albero su 16.384 giri completi senza ambiguità.

Per un asse a vite a ricircolo di sfere con passo di 10 mm, 16.384 giri rappresentano 163 metri di traslazione lineare — ben oltre qualsiasi asse macchina pratico. L'intervallo multiturno esiste in modo che la posizione dell'asse sia nota in modo assoluto indipendentemente da dove la macchina è stata parcheggiata quando è stata tolta l'alimentazione. Al riavvio, il CNC legge la posizione corrente direttamente dalla parola dati PROFIBUS dell'encoder. Nessuna lenta corsa di riferimento, nessun intervento dell'operatore, nessun tempo di riscaldamento del mandrino sprecato in attesa del completamento dei cicli di azzeramento.

La risoluzione parametrizzabile è ugualmente pratica. La risoluzione completa di 8.192 posizioni è adatta per applicazioni di contornatura ad alta precisione, ma lo stesso encoder può essere configurato per una risoluzione più grossolana in applicazioni in cui la larghezza di banda del bus o il tempo di ciclo sono limitati — qualsiasi valore da 1 a 8.192 per rivoluzione è valido e può essere impostato tramite il canale parametri PROFIBUS senza modifiche hardware.

PROFIBUS DP-V2: più di un semplice bus dati

Il PROFIBUS DP standard (versione 1) trasferisce i dati di processo ciclicamente — l'encoder invia la sua parola di posizione, il controllore la legge, ciclo successivo. PROFIBUS DP-V2 aggiunge due funzionalità significative per le applicazioni di controllo del movimento.

La prima è la modalità isocrona. In funzionamento isocrono, il ciclo di misurazione dell'encoder e il trasferimento dati PROFIBUS sono sincronizzati con il ciclo di interpolazione del controllore. I dati di posizione arrivano all'unità di controllo a intervalli precisi e ripetibili — il jitter nel tempo di misurazione della posizione che altrimenti aggiungerebbe rumore ai calcoli della velocità viene eliminato. Per assi servo ad alta velocità con requisiti stringenti del loop di velocità, la differenza tra feedback di posizione asincrono e isocrono è misurabile in precisione di posizionamento.

La seconda è il canale parametri aciclico. Questo consente la parametrizzazione online — la modifica della risoluzione dell'encoder, delle posizioni dei finecorsa o di altri parametri di configurazione mentre il sistema è in funzione, senza rimuovere l'encoder dal bus o interrompere il trasferimento dati ciclico. Per sistemi multiasse in cui singoli assi potrebbero richiedere modifiche di risoluzione durante lo sviluppo del processo, questo elimina un intervento di manutenzione che altrimenti richiederebbe tempi di fermo macchina.

Il 6FX2001-5QP24 supporta entrambe le funzionalità e raggiunge una velocità di bus massima di 12 Mbit/s con un tempo di ciclo bus per encoder di 20 µs — abbastanza veloce per applicazioni esigenti ad alta frequenza di ciclo.

Montaggio con flangia di serraggio: note sull'installazione meccanica

Il sistema di montaggio con flangia di serraggio sul 6FX2001-5QP24 utilizza un anello di serraggio per fissare il corpo dell'encoder alla struttura della macchina, con l'albero inserito direttamente in un giunto o azionato direttamente dall'albero della macchina. Il coperchio e l'ingresso cavo PG radiale proteggono la connessione del cavo PROFIBUS da contaminanti e forniscono scarico della trazione, con l'ingresso PG orientato radialmente per adattarsi a installazioni in cui l'uscita cavo assiale entrerebbe in conflitto con componenti adiacenti.

I limiti di carico sull'albero differiscono con la velocità. Al di sotto dei 6.000 RPM, l'albero tollera fino a 40 N di carico assiale e 110 N di carico a sbalzo — sufficienti per accoppiamenti rigidi nella maggior parte delle applicazioni. A velocità superiori a 6.000 RPM (questo encoder è classificato per un massimo di 6.000 RPM, quindi i limiti di carico per velocità più elevate si applicano al limite massimo), i limiti si riducono a 10 N assiale e 20 N a sbalzo, riflettendo l'aumento dello stress sui cuscinetti dovuto al carico radiale e assiale combinato ad alta velocità. Per la progettazione dell'accoppiamento, un giunto a soffietto o a disco che compensa il disallineamento dell'albero senza trasmettere forze radiali all'albero dell'encoder è una pratica standard.

Il momento d'inerzia del rotore di 1,9 × 10⁻⁶ kg·m² è sufficientemente basso da far sì che l'encoder aggiunga un'inerzia riflessa trascurabile all'albero azionato nella maggior parte delle configurazioni a montaggio diretto.

Compatibilità di sistema: quattro piattaforme Siemens, un encoder

Il 6FX2001-5QP24 porta la designazione Siemens testata dal sistema per quattro piattaforme contemporaneamente. Questa non è un'affermazione di marketing — riflette che i file di descrizione del dispositivo PROFIBUS DP-V2 dell'encoder, la certificazione PNO e la struttura dei parametri sono stati convalidati rispetto al software di controllo dell'azionamento e del movimento di ciascuna piattaforma.

CNC SINUMERIK — Utilizzato come sistema di misurazione diretta su assi macchina lineari o rotativi, o come encoder motore in configurazioni in cui l'encoder motore e l'encoder di posizione sono dispositivi separati. Compatibile con i sistemi SINUMERIK 840D sl e 828D tramite hardware di azionamento S120.

SIMOTION — Adatto per applicazioni multiasse coordinate in macchine per imballaggio, stampa, conversione e assemblaggio in cui è richiesta una precisa sincronizzazione della posizione tra gli assi. La modalità PROFIBUS isocrona allinea l'acquisizione dei dati di posizione con il ciclo di controllo del movimento SIMOTION.

SINAMICS — Compatibile come encoder esterno nelle configurazioni di azionamento SINAMICS S120 e S150, fornendo feedback di posizione dal lato carico di un riduttore o asse macchina piuttosto che dall'albero motore — fondamentale per eliminare il gioco del riduttore dal ciclo di controllo della posizione.

SIMATIC — Utilizzato in applicazioni di monitoraggio della posizione, controllo cam e automazione di processo in cui è necessaria la posizione assoluta dell'albero come dati di processo all'interno di un'architettura di sistema basata su PLC.

Domande frequenti

D1: Qual è la differenza tra questo encoder multiturno 6FX2001-5QP24 e un encoder assoluto a giro singolo della stessa serie 6FX2001?

Gli encoder assoluti a giro singolo della serie 6FX2001 forniscono una risoluzione di 13 bit (8.192 posizioni) all'interno di una rivoluzione — la posizione è assoluta all'interno di quella rivoluzione ma l'encoder non può determinare quanti giri completi si sono verificati. All'accensione dopo uno spostamento dell'albero con alimentazione spenta, un encoder a giro singolo può riportare solo la posizione angolare all'interno della rivoluzione corrente, non la posizione totale. L'encoder multiturno 6FX2001-5QP24 aggiunge il contatore di giri a 14 bit che traccia fino a 16.384 giri completi, rendendo la parola di posizione completa a 27 bit valida ad ogni accensione indipendentemente dalla cronologia dell'albero. Per qualsiasi asse che possa muoversi fisicamente per più di una rivoluzione con alimentazione rimossa — il che include virtualmente tutti gli assi lineari delle macchine utensili — la versione multiturno è la scelta appropriata.

D2: Questo encoder richiede un resistore di terminazione PROFIBUS esterno al suo nodo?

Sì, PROFIBUS RS 485 richiede una corretta terminazione del bus a entrambe le estremità fisiche del segmento del cavo. Se il 6FX2001-5QP24 è l'ultimo dispositivo sul segmento PROFIBUS, la rete di resistori di terminazione (tipicamente integrata nel connettore) deve essere abilitata. Se è un dispositivo intermedio, la terminazione dovrebbe essere disabilitata. Una terminazione errata causa riflessioni del segnale che aumentano i tassi di errore, in particolare a 12 Mbit/s. L'ingresso cavo PG radiale ospita connettori PROFIBUS standard con terminazione commutabile integrata, rendendo questo aspetto semplice nella maggior parte delle installazioni.

D3: La risoluzione dell'encoder può essere modificata dopo l'installazione senza rimuoverlo dalla macchina?

Sì — il canale parametri aciclico di PROFIBUS DP-V2 supporta la parametrizzazione online del 6FX2001-5QP24 mentre l'encoder rimane montato e collegato al bus. La risoluzione per giro (1–8.192), la risoluzione totale (1–16.384 giri), le posizioni dei finecorsa e la configurazione del segnale di velocità sono tutti parametrizzabili online. Questo è particolarmente utile durante la messa in servizio della macchina quando la risoluzione dell'asse può essere regolata per adattarsi ai requisiti di controllo senza uno smontaggio di manutenzione. I parametri vengono scritti tramite i servizi aciclici del master PROFIBUS (DS Read/Write) utilizzando le definizioni dei parametri del profilo encoder PNO V4.1 dell'encoder.

D4: Quale tipo di giunto è raccomandato per montare questo encoder su un albero macchina?

Siemens e la pratica del settore degli encoder raccomandano un giunto flessibile — a soffietto o a dischi multipli — che compensa il disallineamento dell'albero (sia angolare che di offset parallelo) senza trasmettere le forze radiali risultanti all'albero dell'encoder. L'albero dell'encoder è classificato per un carico a sbalzo di 110 N a velocità fino a 6.000 RPM, ma un carico radiale cronico indotto da disallineamento accelera l'usura dei cuscinetti e riduce la durata di servizio dell'encoder. Un giunto flessibile correttamente selezionato assorbe il disallineamento piuttosto che trasmetterlo. I giunti rigidi sono appropriati solo dove la coassialità dell'albero può essere garantita con tolleranze strette nell'intero intervallo termico della macchina.

D5: Il 6FX2001-5QP24 è un sostituto diretto degli encoder assoluti SINUMERIK più vecchi precedentemente utilizzati con i sistemi SIMODRIVE 611?

Il 6FX2001-5QP24 utilizza PROFIBUS DP-V2 come interfaccia. Gli encoder assoluti SINUMERIK precedenti utilizzati con SIMODRIVE 611 impiegavano spesso standard di interfaccia diversi — inclusa l'interfaccia encoder proprietaria Siemens o SSI — piuttosto che PROFIBUS. Una sostituzione diretta plug-in non è possibile senza verificare che il controllore di destinazione supporti l'ingresso encoder PROFIBUS DP-V2 e che l'hardware di azionamento sia configurato per il feedback dell'encoder PROFIBUS esterno. In un contesto di aggiornamento da SIMODRIVE 611 a SINAMICS S120, questo encoder è pienamente compatibile con l'hardware S120 utilizzando la configurazione appropriata dell'unità di controllo S120. La verifica della compatibilità dell'interfaccia a livello di controllore è il primo passo critico prima di qualsiasi sostituzione dell'encoder.