M2M系统编码器从模拟过渡到数字组件设计

本杰明·富兰克林让“时间就是金钱”这句话变得流行，而我认为可以毫不夸张地说，这也是对从事机器设计、工业自动化或机器人技术的人士的真实写照。 机器停机不仅造成焦虑，保守地说，这种情况本身其实要付出高昂的成本和精力。 工业物联网 (IIoT) 以及控制传感器数据、机对机 (M2M) 通信和自动化技术的能力在不断革新机器数据捕捉和通信的方式。 从模拟到数字设备的转换正在创造高度智能的机器，这些机器具备全新且振奋人心的诊断能力，为工程师提供以前无法获得的重要信息和数据访问。 通过这些新数据，设计师们取得了惊人的进步，提升机器自主预测故障和减少停机时间的能力。

图 1：CUI 的典型机对机通信系统图示。

旋转编码器是工业、机器人、航空航天、能源和自动化应用中运动控制反馈回路的关键部件。 这些装置要求编码器性能优良、长期可靠、经久耐用，从而能经常在多尘、多污染、多温变和强振的恶劣环境下工作。 随着近来机器人和自动化工业的快速发展，对更快、更精确、更高效和更智能的编码器的需求在急剧增加。 遗憾的是，目前市面上的编码器无法向运动控制设计师提供任何智能。 CUI 基于 ASIC 的数字 AMT 编码器系列弥补了这一空白，可为设计师提供重要的诊断和编程工具，这些工具能加快上市速度，减少现场停机时间。

图 2：CUI 的 AMT 编码器是市面上首款采用基于 ASIC 的数字设计。

将诊断能力纳入到旋转编码器中，让设计师能够获得有价值的系统数据，而这在以前的纯模拟解决方案中是无法做到的。 该数据可用于让系统快速确定编码器是否正常工作，出现故障或不能运行，或者失准。 然后，系统使用该数据告知操作员潜在的问题，或者在启动电机和造成潜在灾难性损失之前自行做出明智决定。 此外，工程师能利用此特性制定预防措施 - 例如，在运行应用程序之前执行“编码器状况良好”的测试序列。 这些能力是严格模拟编码器所不具备的，可让设计师尽可能缩短停机时间，并预测现场可能发生的装置问题。

通过工业通信网络可随时监控诊断数据，以提供有价值的性能趋势，用于在发生故障前分析并预测运动控制系统内的故障。 由于编码器所处的关键位置，即直接安装在电机上，因此诊断数据不仅局限于单个编码器的性能，还能作为运动控制系统其他问题的预警，如轴错位、轴承磨损或热降解。 通过仔细审查数据，可以受控方式对机器进行预防性维护，并在发生灾难性故障前修复问题。 这样可限制影响严重的停机时间，提高机器使用寿命并促进整体系统智能。

除了预测优势外，若意外出现现场故障，板载诊断数据还可用于加速故障排除过程。 获得这些宝贵的编码器诊断能力让维修技术人员能排除编码器问题或者确定编码器或电机可能存在问题，从而快速锁定故障根源。 这样可消除耗时、昂贵、容易出错的试验过程，不必从系统上拆除和更换编码器和电机。 由于机器停机会造成生产率损失，因而其本身代价非常高；加上现场技术人员维修机器的费用，更是雪上加霜。 因此，具有编码器诊断能力，以加快故障排除和维修过程，这将显著节省成本，并最大程度降低现场故障的影响。

来自编码器的诊断数据也可大幅节省产品开发流程的时间。 作为工程师，我宁愿相信，我的所有设计一开始就能完美工作。 不过，事情并非总是一帆风顺。 在测试过程中，我将不可避免地发现设计问题；通常问题原因并不显而易见，并且似乎有无穷无尽的变化因素。 这就要启动故障排除流程，以确定为什么设备不能按预期运行。 而诊断数据可以加速这一流程，并快速定位需要改进的设计领域，无形中避免了数天或数周的调查。 这些节省不仅可缩短设计周期，带来更稳定的产品，还会加快上市时间。

CUI 的革命性 AMT11 增量系列和 AMT31 换相系列是首款集成这些诊断能力的旋转编码器。 通过使用 AMT Viewpoint™ 软件或简单串行命令，CUI 将有价值的诊断数据交付到机器设计师手中。 这些小型装置直径 37 mm，厚 10 mm，在 +5 V 单电源下工作，可提供各种从 48 到 4096 ppr 的编程分辨率选择，为所有 BLDC 极对配置提供换相信号。 根据应用需求，除了轴向和径向连接方向外，这两种系列都提供有单端或差分输出选项。 为了提高耐久性，坚固耐用的 AMT 编码器的工作温度范围从 -40°C 到 105°C。

图 3：CUI 的 AMT Viewpoint GUI 能让用户设定多个编码器参数，并获取诊断数据。

虽然无法完全消除停机时间，但诊断数据目前越来越多地用于机器设计中，这也极大降低了机器故障率，同时提高了恢复速度，使这些情况变得不再棘手。 在 M2M 系统中，编码器从模拟过渡到数字组件，这也带来了全新的可能性。 从这些关键诊断数据中获得洞察力也证明了之前提到的名言 - “知识就是力量”。