德國TR-ELECTRONIC帝爾編碼器的發(fā)展方向，工業(yè)即將進(jìn)入工業(yè)4.0時(shí)代，需要通過信息物理融合的智能機(jī)器來實(shí)現(xiàn)智能工廠和智能生產(chǎn)。需要實(shí)現(xiàn)智能機(jī)器，機(jī)器設(shè)備會在必要部位使用傳感器來實(shí)現(xiàn)感知，但簡單的實(shí)現(xiàn)感知只能實(shí)現(xiàn)自動化，并不能達(dá)到真正意義上的智能。智能的另一面是機(jī)器設(shè)備需要知道執(zhí)行的自動化動作是安全可靠的，無錯(cuò)的。或者說控制器首先必須知道機(jī)器設(shè)備的傳感器是否是處于正常工作狀態(tài)，輸出的傳感數(shù)據(jù)是有效可靠的，才能去執(zhí)行智能和安全機(jī)器動作。因此，國際上的許多編碼器生產(chǎn)企業(yè)開始研發(fā)具有診斷功能的安全編碼器。但目前大部分方案是都需要借助外部模塊來診斷編碼器的狀態(tài)和編碼器輸出數(shù)據(jù)的安全性。TR-Electronic是編碼器安全方面的專家，從2003年研發(fā)生產(chǎn)的雙重冗余絕對值安全編碼器，2009年推出SIL3認(rèn)證的安全編碼器到2011年推出全系列以Profisafe, Open safety等安全協(xié)議為基礎(chǔ)的SIL3安全認(rèn)證編碼器，TR-Electronic不斷的在安全領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)技術(shù)革新和產(chǎn)品創(chuàng)新，成為了安全旋轉(zhuǎn)編碼器領(lǐng)域的先驅(qū)和專家。

TR-Electronic的CDV75S/M實(shí)軸和CDH75S/M空心軸SIL3安全認(rèn)證編碼器，是世界上款推出無需配置額外安全模塊而能獨(dú)立達(dá)到SIL3/PLe標(biāo)準(zhǔn)（SIL3：IEC61508/EN62061，PLe：EN ISO 13849-1）的安全旋轉(zhuǎn)編碼器，并且此款編碼器的研發(fā)過程，技術(shù)和生產(chǎn)過程都經(jīng)過TüV認(rèn)證，達(dá)到每個(gè)產(chǎn)品的100%質(zhì)量檢測。這是一款智能雙重冗余安全旋轉(zhuǎn)編碼器，內(nèi)部包含一個(gè)主測系統(tǒng)和安全測量驗(yàn)證系統(tǒng)。主系統(tǒng)使用光電感應(yīng)檢測旋轉(zhuǎn)軸的單圈分辨率，旋轉(zhuǎn)圈數(shù)由行星齒輪結(jié)構(gòu)機(jī)械計(jì)圈，不含電子存儲器計(jì)圈模塊，最大計(jì)圈可達(dá)32768圈。同時(shí)，主測系統(tǒng)的光學(xué)檢測還能提供脈沖數(shù)從1024到32768可選的增量方波或正余弦信號。安全測量系統(tǒng)則使用中央磁感應(yīng)技術(shù)檢測單圈分辨率，而用機(jī)械齒輪和磁學(xué)感應(yīng)技術(shù)計(jì)圈，最大計(jì)圈也為32768圈。有多種輸出接口可供選擇，如：帶Checksum的雙SSI輸出，Profisafe over Profibus, Profisafe over Profinet, Powerlink open safty 和 safty over EtherCAT。

安全旋轉(zhuǎn)編碼器內(nèi)部會通過安全系統(tǒng)的絕對位置對主測系統(tǒng)的絕對位置值進(jìn)行比較校驗(yàn)，如果小于設(shè)定的容差閾值，認(rèn)定安全旋轉(zhuǎn)編碼器系統(tǒng)為安全。并通過安全積分時(shí)間參數(shù)計(jì)算出安全速度和安全位置值。

通常主測系統(tǒng)測得的實(shí)際絕對值位置數(shù)據(jù)和經(jīng)計(jì)算所得的速度數(shù)據(jù)將通過非安全過程數(shù)據(jù)通道和數(shù)據(jù)協(xié)議，如Profibus-DP或Profinet IO，傳輸給控制器來實(shí)現(xiàn)常規(guī)自動化控制任務(wù)，數(shù)據(jù)傳輸周期時(shí)間為0.5ms。而安全位置值和計(jì)算所得的安全速度將通過安全通道和安全協(xié)議部分，如Profisafe輸出給控制器執(zhí)行安全相關(guān)的安全任務(wù),數(shù)據(jù)傳輸周期時(shí)間為5ms。

通過PROFIsafe設(shè)置參數(shù)，確保參數(shù)安全

1、預(yù)設(shè)值：

編碼器可以把初始輸出值設(shè)定為根據(jù)機(jī)器特定位置換算成的并且在編碼器量程范圍內(nèi)的任意參考值。但預(yù)設(shè)值的設(shè)定是一個(gè)與安全非常相關(guān)的操作。編碼器輸出值的突變會導(dǎo)致機(jī)器執(zhí)行一個(gè)未知并不受控制的運(yùn)行動作。因此CD_75和CD_582安全旋轉(zhuǎn)編碼器的預(yù)設(shè)值設(shè)定必須在編碼器靜止?fàn)顟B(tài)，并且這個(gè)預(yù)設(shè)值必須被鎖存到編碼器中，僅能夠通過安全通訊協(xié)議修改。

2、允許的位置偏差閥值：

主系統(tǒng)與安全系統(tǒng)的位置數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果差值小于允許的位置偏差閥值，認(rèn)為編碼器的測量數(shù)據(jù)是安全的。

3、靜止?fàn)顟B(tài)的容差范圍：

預(yù)設(shè)值的設(shè)定必須在靜止?fàn)顟B(tài)，可以根據(jù)驅(qū)動器不同，設(shè)置靜止?fàn)顟B(tài)的容差范圍。

4、方向：

順時(shí)針為正/逆時(shí)針為負(fù)

5、積分時(shí)間：

在低速轉(zhuǎn)動時(shí)，高積分時(shí)間，可以得到越高的速度測量分辨率。或者積分時(shí)間越低顯示的速度改變更快:更適合于高速旋轉(zhuǎn)或高動態(tài)控制。非安全數(shù)據(jù)通道的時(shí)間基是5…50ms，安全數(shù)據(jù)通道的時(shí)間基是50…500ms。

為了確保以上2到5的可編程參數(shù)的安全可靠性，這些可編程參數(shù)首先會被輸入TR-Electronic提供的iParameters軟件中計(jì)算出F_iPar_CRC，并必須事先手動輸入F-Host工程工具中。在每次設(shè)備啟動時(shí)，這些參數(shù)都會被通過控制器的非安全通道傳輸給編碼器，并通過安全參數(shù)F_iPar_CRC驗(yàn)證，如果通過驗(yàn)證, 才能被編碼器接受和生成安全正確的設(shè)備特征參數(shù)，并執(zhí)行后期相關(guān)的安全控制任務(wù)。

SIL3/PLe安全認(rèn)證旋轉(zhuǎn)編碼實(shí)現(xiàn)全區(qū)域功能安全。

在很多安全要求很高的應(yīng)用中任然使用傳統(tǒng)的帶增量輸出的絕對值編碼器。增量信號用作速度反饋和絕對值位置用作位置反饋來實(shí)現(xiàn)電機(jī)定位。但使用這種方法，機(jī)器設(shè)備運(yùn)行時(shí)存在安全隱患，因?yàn)橹挥幸粋€(gè)可用的絕對值位置數(shù)據(jù)，假如存在數(shù)據(jù)丟失或數(shù)據(jù)突變，這樣的錯(cuò)誤往往是無法被機(jī)器設(shè)備檢測認(rèn)知的。從而機(jī)器會根據(jù)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的位置或速度反饋執(zhí)行未知的危險(xiǎn)動作。

而改進(jìn)的常規(guī)解決辦法是在編碼器和控制器之間加入一個(gè)安全模塊去測試編碼器輸出的數(shù)據(jù)。根據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器的特點(diǎn)，安全模塊能夠設(shè)別獲取的位置值或速度是否安全，并且安全功能模塊能夠根據(jù)設(shè)定的限位值和限位功能的參數(shù)去判斷機(jī)器設(shè)備的狀態(tài)是否安全或驅(qū)動是否應(yīng)該保持運(yùn)轉(zhuǎn)還是立刻制動。但使用這個(gè)安全模塊只能保證使用了這個(gè)安全模塊的區(qū)域部分為功能安全區(qū)域，并且安全模塊必須*正確編程和參數(shù)化設(shè)置，編碼器必須滿足安全模塊制造商的技術(shù)要求。另外，需要額外的第二個(gè)編碼器或和模塊為控制器提供控制任務(wù)所需的絕對值位置和速度信息，并且這些控制區(qū)域仍為未經(jīng)安全確認(rèn)的區(qū)域。

為了使客戶能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械設(shè)備整體*有效的功能安全，TR-Electronic推出了CD_75和CD_582智能SIL3安全認(rèn)證雙重旋轉(zhuǎn)編碼器解決方案。

由于旋轉(zhuǎn)編碼器本身具有自我檢測和診斷功能，雙系統(tǒng)通過驗(yàn)證得到的安全位置和安全速度可以通過安全數(shù)據(jù)通道和協(xié)議PROFIsafe輸出給一個(gè)同等經(jīng)過安全認(rèn)證的安全控制器，安全控制器可以使用這些安全數(shù)據(jù)執(zhí)行安全相關(guān)的控制任務(wù)（包含驅(qū)動電機(jī)的安全控制任務(wù)和需要使用編碼器位置和速度信號的其他安全控制任務(wù)）。這樣不僅實(shí)現(xiàn)了與連接編碼器的驅(qū)動電機(jī)直接相關(guān)的某個(gè)區(qū)域的功能安全，還可以實(shí)現(xiàn)使用這些安全數(shù)據(jù)執(zhí)行其他安全任務(wù)的機(jī)械設(shè)備整體性功能安全。同時(shí)，安全控制器還能使用通過常規(guī)非安全過程數(shù)據(jù)通道PROFIBUS或PROFINET獲取的數(shù)據(jù)執(zhí)行常規(guī)的控制任務(wù)。

與之前常規(guī)改進(jìn)的功能安全組合方法相比，無需額外的SIL安全認(rèn)證模塊，無需額外的編碼器或模塊提供控制所需的位置或速度信息，減少了模塊和連接電纜，降低了成本和出錯(cuò)機(jī)率，提高了安全系數(shù)。最關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)了使用編碼器數(shù)據(jù)控制任務(wù)的整體機(jī)械設(shè)備的SIL3功能安全。

德國TR-ELECTRONIC帝爾編碼器的發(fā)展方向，同步監(jiān)控和軸狀態(tài)監(jiān)控

通常安全有效的位置信號必須通過帶PROFIsafe的CD_75M安全編碼器的安全系統(tǒng)的驗(yàn)證。但我們也可以使用額外的帶SSI接口的CD_75M安全編碼器的安全系統(tǒng)去完成這個(gè)任務(wù)。兩個(gè)獨(dú)立分開的機(jī)械系統(tǒng)的測得的實(shí)際位置值會互相比較，假如兩者的差值小于設(shè)定的差值閾值，主系統(tǒng)的位置值被認(rèn)為是安全。

同步監(jiān)測

兩個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器CD_75M PROFIsafe (主測系統(tǒng))和CD_75M SSI（安全系統(tǒng)）將被安裝在相反的傳動系統(tǒng)上，比如一臺龍門起重機(jī)。假如兩個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器的兩個(gè)測量系統(tǒng)的測量值大于設(shè)定的差值閾值，編碼器將通過PROFIsafe告知主控系統(tǒng)錯(cuò)誤發(fā)生，主控系統(tǒng)將執(zhí)行相應(yīng)的故障應(yīng)對安全操作。

軸狀態(tài)監(jiān)測

旋轉(zhuǎn)編碼器CD_75M PROFIsafe (主測系統(tǒng))將被安裝在驅(qū)動軸上，而另一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器CD_75M SSI(安全系統(tǒng))將被安裝在驅(qū)動軸側(cè)。由于過載或扭曲斷裂引起的軸非正確的旋轉(zhuǎn)，兩個(gè)編碼器的位置值將有偏差。加入偏差大于設(shè)定的差值閾值，編碼器將通過PROFIsafe告知主控系統(tǒng)錯(cuò)誤發(fā)生，主控系統(tǒng)將執(zhí)行相應(yīng)的故障應(yīng)對安全操作。

雙SSI輸出SIL3/PLe 安全旋轉(zhuǎn)編碼器

SSI接口的雙重旋轉(zhuǎn)安全編碼器的位置信息將通過兩個(gè)獨(dú)立的SSI接口傳輸。并且放大的SSI信號中包含了位置信息，狀態(tài)信息和Checksum確認(rèn)碼。而與之相連的電子系統(tǒng)（控制器）將通過比較編碼器兩路SSI的位置信息來決定測量值的精確性。另外SSI信號還將傳輸額外的有用信息。比如，SSI信號會傳輸有關(guān)另外一路測量系統(tǒng)狀態(tài)的錯(cuò)誤位，因此通過這個(gè)錯(cuò)誤控制器可以診斷錯(cuò)誤出發(fā)生在旋轉(zhuǎn)編碼器內(nèi)部（另外一路測量系統(tǒng)的SSI信號錯(cuò)誤位也為1），或錯(cuò)誤發(fā)生在傳輸電纜上（另外一路測量系統(tǒng)的SSI信號錯(cuò)誤位也為1）。

兩個(gè)測量系統(tǒng)都在放大的SSI的數(shù)據(jù)信號中傳輸實(shí)際位置值

錯(cuò)誤數(shù)據(jù)位

在兩個(gè)SSI通道中都顯示兩個(gè)測量系統(tǒng)的錯(cuò)誤位。如果兩個(gè)SSI通道中位置值有差異，錯(cuò)誤信息將被直接傳遞給另外一個(gè)通道。因此，只要有一路通道在運(yùn)行，就可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)系統(tǒng)的診斷。

校驗(yàn)和Checksum

通過在SSI信號中的所有的用戶數(shù)據(jù)可以計(jì)算出8位CRC校驗(yàn)和，并且通過SSI信號輸出給上位機(jī)。安全數(shù)據(jù)：MT和ST數(shù)據(jù)，錯(cuò)誤數(shù)據(jù)位，壽命計(jì)數(shù)器符號，代碼間距=3：兩個(gè)非正確數(shù)據(jù)位將被安全的認(rèn)知。

壽命計(jì)數(shù)器符號將在編碼器系統(tǒng)的每個(gè)檢測過程中被增加。被增加的壽命計(jì)數(shù)器符號可以確保到上一個(gè)最新的報(bào)文信號中，實(shí)際的傳輸數(shù)據(jù)是由一個(gè)新的檢測產(chǎn)生的。假如SSI的要求速度快于內(nèi)部檢測（500 µs 主測系統(tǒng), 500 µs 安全系統(tǒng)），位置數(shù)據(jù)信息和壽命計(jì)數(shù)器符號將不發(fā)生變化。

TR-Group集團(tuán)成立于1983年，是國際先的傳感器制造商和系統(tǒng)解決方案的供應(yīng)商，是集生產(chǎn)與銷售于一體的自動化系統(tǒng)集團(tuán)公司。公司總部位于德國Trossigen，在工業(yè)自動化領(lǐng)域有著30多年的歷史和經(jīng)驗(yàn)積累，公司總部目前擁有400多位員工，在30多個(gè)國家設(shè)立了子公司及銷售代表處，一直是工業(yè)自動化領(lǐng)域的忠實(shí)合作伙伴。

TR-Group傳感器業(yè)務(wù)子公司TR-Electronic GmbH的核心是研發(fā)和生產(chǎn)各種傳感器，包括旋轉(zhuǎn)編碼器、直線位移傳感器和集成位置檢測及控制的智能控制伺服電機(jī)、光柵尺、激光測距儀等產(chǎn)品。TR-Electronic于1983年開始生產(chǎn)光電絕對值旋轉(zhuǎn)編碼器，是機(jī)械齒輪計(jì)圈技術(shù)的發(fā)明者之一，生產(chǎn)的絕對值多圈旋轉(zhuǎn)編碼器最高分辨率可達(dá)36位，幾乎可以提供目前工業(yè)自動化領(lǐng)域使用的所有工業(yè)接口的旋轉(zhuǎn)編碼器。生產(chǎn)的外徑為22mm的絕對值編碼器CMV22S/M是目前世界上外徑最小的絕對值編碼器，生產(chǎn)的QDH80S/M系列絕對值編碼器是專為劇院舞臺控制技術(shù)研發(fā)的雙重冗余產(chǎn)品，生產(chǎn)的CD_75系列編碼器是世界上款經(jīng)過SIL3安全認(rèn)證編碼器。TR-Electronic能夠成為一家在業(yè)界技術(shù)和產(chǎn)品先的編碼器制造商，*歸功于400多名員工在產(chǎn)品技術(shù)和產(chǎn)品組合中的不斷創(chuàng)新和完善，以及30多年來與客戶成功的編碼器項(xiàng)目合作的經(jīng)驗(yàn)積累。通過與德國當(dāng)?shù)馗咝５募夹g(shù)合作，為公司提供與時(shí)俱進(jìn)的產(chǎn)品技術(shù)和研發(fā)人員，同時(shí)客戶對編碼器產(chǎn)品機(jī)械結(jié)構(gòu)、輸出方式，人機(jī)界面和接口技術(shù)的不斷新的要求，確保了TR技術(shù)的革新和產(chǎn)品的創(chuàng)新。

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