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)就先要實現(xiàn)數(shù)字化 ，要從自動化向數(shù)字化轉(zhuǎn)型，就要把機械傳力變成信號傳輸，只有對機械傳動的數(shù)據(jù)進行歸納分析了，才能實現(xiàn)能源分配管理，最終達(dá)到減排的目標(biāo)。

　　一、變頻電機的節(jié)能和同步定位應(yīng)用市場分析

　　工廠生產(chǎn)離不開各種電機來傳送工件或執(zhí)行生產(chǎn)動作，據(jù)統(tǒng)計工業(yè)應(yīng)用的電機耗費了全球至少45%以上的電力，在未來20年里，因為勞動力成本問題帶來對自動化大量的需求，工業(yè)電機的使用量將會翻倍。伺服電機解決了快速和高效，但是在很多場合伺服電機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來完成，所以較大功率電機如何更加節(jié)能的方案就顯得非常突出。

　　較大功率電機的節(jié)能用到變頻器，在使用變頻器之前，電機只能是停止和全速運轉(zhuǎn)兩個狀態(tài)能耗較大，而變頻器則可以將電機調(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的自動化控制。

　　然而，目前很多電機仍在使用很多過時的技術(shù)，即使是使用了高效的變頻電機，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，更沒有做多電機的物流位置的同步協(xié)作閉環(huán)，更加沒有對于工業(yè)電機建立類似于汽車那樣的“百公里油耗”運行能耗分析，沒有建立電機群的節(jié)能數(shù)字化管理記錄。

　　在工廠的物流環(huán)節(jié)有大量的變頻電機是做定位用的，還有雙變頻電機雙軌的同步控制，以目前的變頻方案，僅有速度環(huán)是不夠的，必須有絕對值編碼器做位置反饋才能實現(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，各個傳感器信號是以串聯(lián)方式傳輸?shù)?，到達(dá)上位機控制器的時間有延時，造成同步控制電機執(zhí)行的延時與調(diào)制電機速度的振蕩。即使是雙軌雙驅(qū)動并雙絕對值位置閉環(huán)，但仍然有反饋信號走總線的分地址方式，時間上先后到達(dá)，存在延時時差不確定性，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，傳感器信號反饋需要同時采集就需要用并聯(lián)采集方式。

　　雙路同步邊緣處理器加絕對值多圈編碼器，工業(yè)以太網(wǎng)輸出對于變頻電機上的應(yīng)用，是可以幫助企業(yè)對于工業(yè)電機群同時實現(xiàn)現(xiàn)地自動化與遠(yuǎn)程可視化節(jié)能管理的。對于大量工業(yè)電機群如何更好的節(jié)能，包括在工業(yè)物流上大量使用的變頻電機，建立多電機同步協(xié)作與數(shù)字化管理記錄到節(jié)能，爭取達(dá)到一個更高的工業(yè)電機節(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 路絕對值編碼器信號并聯(lián)采集的方式，輸出工業(yè)以太網(wǎng)通信 PROFINET，產(chǎn)品具有無時差和低延時的特點，不同于 2 個 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 IP 地址，節(jié)省傳輸時間，節(jié)省 PLC 資源。同時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)場自動化定位和同步糾偏，對于頻繁出現(xiàn)的開關(guān)信號，可提前分析做故障預(yù)判，自動化控制的同時也可數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程記錄，實現(xiàn)智能制造和數(shù)字工廠“遠(yuǎn)程、可靠、實時、安全、智能”的要求。

　　AEP1200-2T有2個部分組成，一個核心裝置為邊緣處理器，信號輸入部分是機械多圈絕對值編碼器，每一個機械多圈絕對值編碼器以并聯(lián)輸入該邊緣處理器，根據(jù)現(xiàn)場測量的數(shù)據(jù)同步比對，即每一個絕對值編碼器的數(shù)據(jù)采集是同時的，編碼器刷新延時的時差也是同為2ms（或者距離較長要求8ms），然后根據(jù)參數(shù)設(shè)置進行優(yōu)化計算，將兩路編碼器的數(shù)據(jù)和控制io以PROFINET信號的方式輸出，也就是說編碼器的信號輸入不存在地址掃描，輸出部分是PROFINET信號并內(nèi)置了軟開關(guān)速度更快，真正實現(xiàn)低延時速度快，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。帶有編碼器掉線報警功能，報警開關(guān)也是集成在PROFINET io中 ，編碼器斷電斷線能即時感知，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)每個編碼器的工作參數(shù)，和編碼器之間數(shù)據(jù)比對的開關(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 多圈長度模式。

　　2、編碼器獨立工作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)值動作，復(fù)位時的余量

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

　　3、雙路同步的矢量計算的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，常規(guī)的同步比對是一個主軸一個從軸 ，從軸跟隨著主軸，如果現(xiàn)場負(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)左右交叉對比，實現(xiàn)主從軸柔性切換，現(xiàn)場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獨立工作時。無意義）

　　IB13：監(jiān)控的是IO動作狀態(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、機械齒輪多圈絕對值編碼器及各種安裝方式

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

　　機械多圈絕對值編碼器對于變頻電機的傳動的安裝方式有：

　　1、絕對值多圈編碼器裝在變頻電機減速機的動力輸出軸，與動力輸出軸共同轉(zhuǎn)動 ，從而獲得動力機械的運動的測量數(shù)據(jù)。

　　2、絕對值多圈編碼器安裝與直線模組頂端同軸的轉(zhuǎn)動，以此實現(xiàn)對于伺服電機或者步進電機直線機械運動的數(shù)據(jù)測量。

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

　　4、絕對值多圈編碼器通過齒輪與齒條的傳動，帶動絕對值編碼器做直線測量

　　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)進入設(shè)備調(diào)試階段 ，項目類型是雙軌雙電機同步控制，一家是位于昆山的某RGV項目，一家是位于湖北的某汽車輸送線項目。

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

　　時下關(guān)于數(shù)字化工廠“現(xiàn)場生產(chǎn)信息”采集時，我們發(fā)現(xiàn)都是從PLC上采集信息，這對于中國工控現(xiàn)場是不現(xiàn)實的，第一，現(xiàn)場PLC各個廠家品牌、通信協(xié)議及各個時代的不統(tǒng)一；第二，用戶現(xiàn)場自動化程序不讓人碰，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)場儀表上采集的數(shù)據(jù)，才得以實現(xiàn)數(shù)字化聯(lián)網(wǎng)。

　　而當(dāng)前的“數(shù)字化工廠”題目，國外大公司為建立自己的生態(tài)，技術(shù)誘導(dǎo)中國用戶從其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。實現(xiàn)數(shù)字化，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)能源分配管理，最后才能實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)。