未來工業(yè)的方向依然是朝著節(jié)能減排發(fā)展的，要達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo)就先要實(shí)現(xiàn)數(shù)字化 ，要從自動(dòng)化向數(shù)字化轉(zhuǎn)型，就要把機(jī)械傳力變成信號(hào)傳輸，只有對(duì)機(jī)械傳動(dòng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納分析了，才能實(shí)現(xiàn)能源分配管理，最終達(dá)到減排的目標(biāo)。

　　一、變頻電機(jī)的節(jié)能和同步定位應(yīng)用市場(chǎng)分析

　　工廠生產(chǎn)離不開各種電機(jī)來傳送工件或執(zhí)行生產(chǎn)動(dòng)作，據(jù)統(tǒng)計(jì)工業(yè)應(yīng)用的電機(jī)耗費(fèi)了全球至少45%以上的電力，在未來20年里，因?yàn)閯趧?dòng)力成本問題帶來對(duì)自動(dòng)化大量的需求，工業(yè)電機(jī)的使用量將會(huì)翻倍。伺服電機(jī)解決了快速和高效，但是在很多場(chǎng)合伺服電機(jī)在功率和使用成本上是不能適用的，需要大功率的變頻電機(jī)來完成，所以較大功率電機(jī)如何更加節(jié)能的方案就顯得非常突出。

　　較大功率電機(jī)的節(jié)能用到變頻器，在使用變頻器之前，電機(jī)只能是停止和全速運(yùn)轉(zhuǎn)兩個(gè)狀態(tài)能耗較大，而變頻器則可以將電機(jī)調(diào)節(jié)到合適的速度，其廣泛應(yīng)用可以明顯降低工業(yè)能耗，比如工業(yè)物流系統(tǒng)，大量的是使用變頻電機(jī)的自動(dòng)化控制。

　　然而，目前很多電機(jī)仍在使用很多過時(shí)的技術(shù)，即使是使用了高效的變頻電機(jī)，也僅僅是做了速度環(huán)的開環(huán)，沒有做有編碼器反饋的精細(xì)速度閉環(huán)，也沒有做位置環(huán)反饋的閉環(huán)控制，更沒有做多電機(jī)的物流位置的同步協(xié)作閉環(huán)，更加沒有對(duì)于工業(yè)電機(jī)建立類似于汽車那樣的“百公里油耗”運(yùn)行能耗分析，沒有建立電機(jī)群的節(jié)能數(shù)字化管理記錄。

　　在工廠的物流環(huán)節(jié)有大量的變頻電機(jī)是做定位用的，還有雙變頻電機(jī)雙軌的同步控制，以目前的變頻方案，僅有速度環(huán)是不夠的，必須有絕對(duì)值編碼器做位置反饋才能實(shí)現(xiàn)精確的定位控制和同步控制，在有些同步控制的應(yīng)用中，各個(gè)傳感器信號(hào)是以串聯(lián)方式傳輸?shù)?，到達(dá)上位機(jī)控制器的時(shí)間有延時(shí)，造成同步控制電機(jī)執(zhí)行的延時(shí)與調(diào)制電機(jī)速度的振蕩。即使是雙軌雙驅(qū)動(dòng)并雙絕對(duì)值位置閉環(huán)，但仍然有反饋信號(hào)走總線的分地址方式，時(shí)間上先后到達(dá)，存在延時(shí)時(shí)差不確定性，在數(shù)據(jù)采集反饋上已經(jīng)不同步，而造成左右糾偏的振蕩擾動(dòng)，傳感器信號(hào)反饋需要同時(shí)采集就需要用并聯(lián)采集方式。

　　雙路同步邊緣處理器加絕對(duì)值多圈編碼器，工業(yè)以太網(wǎng)輸出對(duì)于變頻電機(jī)上的應(yīng)用，是可以幫助企業(yè)對(duì)于工業(yè)電機(jī)群同時(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地自動(dòng)化與遠(yuǎn)程可視化節(jié)能管理的。對(duì)于大量工業(yè)電機(jī)群如何更好的節(jié)能，包括在工業(yè)物流上大量使用的變頻電機(jī)，建立多電機(jī)同步協(xié)作與數(shù)字化管理記錄到節(jié)能，爭(zhēng)取達(dá)到一個(gè)更高的工業(yè)電機(jī)節(jié)能管理的水平。

　　二、AUSSEN AEP1200-2T 雙路同步邊緣處理器

　　AEP1200-2T 雙路同步邊緣處理器采用 2 路絕對(duì)值編碼器信號(hào)并聯(lián)采集的方式，輸出工業(yè)以太網(wǎng)通信 PROFINET，產(chǎn)品具有無時(shí)差和低延時(shí)的特點(diǎn)，不同于 2 個(gè) PROFINET 編碼器通信的方式，AEP1200-2T 雙路同步邊緣處理器的 PROFINET 通信只占一個(gè) IP 地址，節(jié)省傳輸時(shí)間，節(jié)省 PLC 資源。同時(shí)輸出帶有定位和糾偏功能的 PROFINET IO，可廣泛用于各種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化定位和同步糾偏，對(duì)于頻繁出現(xiàn)的開關(guān)信號(hào)，可提前分析做故障預(yù)判，自動(dòng)化控制的同時(shí)也可數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程記錄，實(shí)現(xiàn)智能制造和數(shù)字工廠“遠(yuǎn)程、可靠、實(shí)時(shí)、安全、智能”的要求。

　　AEP1200-2T有2個(gè)部分組成，一個(gè)核心裝置為邊緣處理器，信號(hào)輸入部分是機(jī)械多圈絕對(duì)值編碼器，每一個(gè)機(jī)械多圈絕對(duì)值編碼器以并聯(lián)輸入該邊緣處理器，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的數(shù)據(jù)同步比對(duì)，即每一個(gè)絕對(duì)值編碼器的數(shù)據(jù)采集是同時(shí)的，編碼器刷新延時(shí)的時(shí)差也是同為2ms（或者距離較長(zhǎng)要求8ms），然后根據(jù)參數(shù)設(shè)置進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，將兩路編碼器的數(shù)據(jù)和控制io以PROFINET信號(hào)的方式輸出，也就是說編碼器的信號(hào)輸入不存在地址掃描，輸出部分是PROFINET信號(hào)并內(nèi)置了軟開關(guān)速度更快，真正實(shí)現(xiàn)低延時(shí)速度快，是真正意義上的同步。

　　AEP1200-2T雙路同步邊緣處理器采用的多段隔離工作電源，周邊電磁干擾被有效分段隔離，互不影響。帶有編碼器掉線報(bào)警功能，報(bào)警開關(guān)也是集成在PROFINET io中 ，編碼器斷電斷線能即時(shí)感知，杜絕安全隱患。

　　AEP1200-2T雙路同步邊緣處理器可以通過電腦設(shè)置工藝參數(shù)，通過一個(gè)usb轉(zhuǎn)RS485數(shù)據(jù)線和電腦連接，通過專用的電腦軟件可預(yù)設(shè)每個(gè)編碼器的工作參數(shù)，和編碼器之間數(shù)據(jù)比對(duì)的開關(guān)邏輯關(guān)系。

　　1、編碼器基本參數(shù)設(shè)置界面

　　可以設(shè)置編碼器分辨率，工作方向，單圈角度模式 和 多圈長(zhǎng)度模式。

　　2、編碼器獨(dú)立工作IO參數(shù)設(shè)置

　　開關(guān)類型可以設(shè)置常開和常閉，大于或小于設(shè)置數(shù)值動(dòng)作，復(fù)位時(shí)的余量

　　比如A編碼器動(dòng)作可設(shè)置：上極限位置開關(guān)，啟動(dòng)開關(guān)，停止開關(guān)，下極限位置開關(guān) ，或者是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工藝要求，設(shè)計(jì)出分區(qū)的電子凸輪開關(guān)。

　　3、雙路同步的矢量計(jì)算的IO參數(shù)設(shè)置

　　用于雙路同步控制及定位控制 ，左右超差B-A和A-B的分別比對(duì)，常規(guī)的同步比對(duì)是一個(gè)主軸一個(gè)從軸 ，從軸跟隨著主軸，如果現(xiàn)場(chǎng)負(fù)載偏向從軸一側(cè)，從軸調(diào)整速度跟隨，容易引起速度震蕩難以同步，機(jī)械上照成啃軌或者拖著走的現(xiàn)象，采用數(shù)據(jù)左右交叉對(duì)比，實(shí)現(xiàn)主從軸柔性切換，現(xiàn)場(chǎng)可以有效避免不良狀況發(fā)生。

　　4、通過博圖查看編碼器數(shù)值和開關(guān)狀態(tài)

　　ID9：監(jiān)控的是矢量B-A的值（A/B獨(dú)立工作時(shí)。無意義）

　　IB13：監(jiān)控的是IO動(dòng)作狀態(tài)。上圖中0010_0010 從右往左分別是開關(guān)1到開關(guān)8。

　　IB14：監(jiān)控的是編碼器在線狀態(tài)，從右往左分別是編碼器A-B，1在線，0離線。

　　三、機(jī)械齒輪多圈絕對(duì)值編碼器及各種安裝方式

　　AEP1200-2T的輸入部分采用機(jī)械多圈絕對(duì)值編碼器，多圈為機(jī)械齒輪箱式的，每一個(gè)位置都由機(jī)械齒輪結(jié)構(gòu)定義，不存在計(jì)數(shù)裝置而且和時(shí)間無關(guān)，在初始化調(diào)試零點(diǎn)確立后，不會(huì)改變零點(diǎn)定義關(guān)系，不受干擾或者斷電丟失位置。絕對(duì)值編碼的信號(hào)為主動(dòng)發(fā)送格式，刷新周期最快為2ms。

　　機(jī)械多圈絕對(duì)值編碼器對(duì)于變頻電機(jī)的傳動(dòng)的安裝方式有：

　　1、絕對(duì)值多圈編碼器裝在變頻電機(jī)減速機(jī)的動(dòng)力輸出軸，與動(dòng)力輸出軸共同轉(zhuǎn)動(dòng) ，從而獲得動(dòng)力機(jī)械的運(yùn)動(dòng)的測(cè)量數(shù)據(jù)。

　　2、絕對(duì)值多圈編碼器安裝與直線模組頂端同軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)于伺服電機(jī)或者步進(jìn)電機(jī)直線機(jī)械運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)測(cè)量。

　　3、絕對(duì)值多圈編碼器安裝在測(cè)量輪上，通過彈簧的下壓力和測(cè)量輪的摩擦力，帶動(dòng)編碼器在移動(dòng)的軌道上做數(shù)據(jù)測(cè)量。

　　4、絕對(duì)值多圈編碼器通過齒輪與齒條的傳動(dòng)，帶動(dòng)絕對(duì)值編碼器做直線測(cè)量

　　目前該雙路同步邊緣處理器AEP1200-2T已有2家大型設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)入設(shè)備調(diào)試階段 ，項(xiàng)目類型是雙軌雙電機(jī)同步控制，一家是位于昆山的某RGV項(xiàng)目，一家是位于湖北的某汽車輸送線項(xiàng)目。

　　四、結(jié)語

　　工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)的傳感器（包括工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出）的編碼器，是數(shù)字化工廠的根本。“數(shù)字化”三個(gè)字的最后一個(gè)“化”字，就是要把機(jī)器運(yùn)動(dòng)感知為數(shù)字的工業(yè)傳感器標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出的過程，在工業(yè)里如果沒有這個(gè)“化”的過程，所謂的數(shù)字就是虛擬出來的游戲。

　　時(shí)下關(guān)于數(shù)字化工廠“現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)信息”采集時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)都是從PLC上采集信息，這對(duì)于中國(guó)工控現(xiàn)場(chǎng)是不現(xiàn)實(shí)的，第一，現(xiàn)場(chǎng)PLC各個(gè)廠家品牌、通信協(xié)議及各個(gè)時(shí)代的不統(tǒng)一；第二，用戶現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化程序不讓人碰，怕影響到現(xiàn)已有的生產(chǎn)功能。最后都是從傳感器或者現(xiàn)場(chǎng)儀表上采集的數(shù)據(jù)，才得以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化聯(lián)網(wǎng)。

　　而當(dāng)前的“數(shù)字化工廠”題目，國(guó)外大公司為建立自己的生態(tài)，技術(shù)誘導(dǎo)中國(guó)用戶從其PLC上采集數(shù)據(jù)，從而規(guī)定只能用他一家的PLC，這才是我們數(shù)字化工廠轉(zhuǎn)型很多無法落地的原因。我們需要打破這種從PLC采集數(shù)據(jù)的不合理，才能有底層傳感器大數(shù)據(jù)上云的突破。實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)能源分配管理，最后才能實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)。