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智能制造中传感器及其可靠性的重要作用。机械多圈绝对值编码器的四个功能

时间:2020-01-06来源:AQ编码

导语:智能制造与过去的自动化比,进步在哪里?智能制造、数字化工厂不该被轻视的传感器的重要性;机械多圈绝对值编码器是在智能制造时代非常重要的传感器。大力发展并使用国产化传感器,以及提高国产化传感器的可靠性,是智能制造落地的关键路径。

  智能制造与过去的自动化比,进步在哪里?智能制造、数字化工厂不该被轻视的传感器的重要性;机械多圈绝对值编码器是在智能制造时代非常重要的传感器。大力发展并使用国产化传感器,以及提高国产化传感器的可靠性,是智能制造落地的关键路径。

  智能制造与原有的自动化闭环的进步在哪里?

  首先我们讨论一下“智能”是什么意思?

  先看一下大家熟悉的最新最热的智能手机,理解一下“智能”。

  华为最新的mate30和苹果iPhone11

  两款新手机,都突出了前摄、后攝三个感光镜头传感器,所带来的智能化拍照功能。

  尤其是大量宣传的是后摄的三个摄影镜头。图像传感器的智能化合成技术。

  这三个镜头同时在拍同一张图片,三个摄影传感器不同的远近焦距、不同的色温、不同的细节关注点,拍摄得到的三个图片通过智能的合成处理成一张图片,以达到单反相机的拍摄效果,甚至某些地方还优于单反相机效果。

  这就是增加了多个图像传感器后,智能手机所创造的“智能”化。

  除了摄影传感器,这两部智能手机还有其它多个传感器:

  3D人脸识别传感器,指纹识别传感器,声音识别传感器——多重的智能识别,手机个性化;

  六轴陀螺仪,加速度传感器,(智能运动);

  三轴电子罗盘,GPS,北斗导航,双导航传感系统,提高导航精度与准确性;

  气压传感器,温度传感器,环境智能化识别;

  色温传感器,激光对焦传感器,拍照智能化。等等。

  多个传感器协同融合在一起工作的——这是智能化。

  多传感器数据可记录的,可供追溯,可供分析,并且是交互式的可供持续学习的——这是智能化。

  智能手机——如果一部手机里面没有十个八个的传感器,并且有智能化融合技术,它都不敢叫智能手机了。

  例如智能运动,不仅可以知道今天走了多少步,还可以有走路的轨迹,还可以判断登高了多少,还可以将日常的运动量与消耗的热量记录下来,这个卡路里消耗计算是不一样的,这就需要GPS导航传感器、六轴陀螺仪(重力加速度计算)、气压计、电子罗盘的多重智能组合计算。通过这些计算,促动手机的拥有者加强智能运动健康。

  智能化的特征:

  ——多传感器可协同融合,共同工作做一件事的,这是智能化;

  ——感知数据可积累、可分析,可供持续学习、改进提高的,这是智能化。感知的数据多多益善,这是智能化的基础条件。

  有了更多的感知与积累数据,才有了智能功能的创新,给使用者带来看得到的、有实在利益的创新智能功能,让使用者愿意多花钱去购买这项“智能”产品所带来的功能。

  除了智能手机,我们再来看一个最新的汽车。

  美国通用汽车,红色部分是传感器以及它们感知的汽车部件。

  传感器的密集协作。

  我们小结一下“智能”究竟是什么?

  智能制造、数字化工厂的数据感知采集传感器,多多益善,这是大数据的基础源头。

  数据采集,必须增加更多的传感器,多维度感知,才够“智能”化实现条件。

  可靠性突出了

  另一方面,传感器多了,无人化的智能了,那更多的传感器在应用后,多器件积累的可靠性问题就突出了。

  数据输出,必须有可靠性保证,才能放心大胆创新。

  例如,波音飞机在五个月内的两次失事分析,飞机仰角传感器错误,零点位置跑飞了,引起自动控制操作系统的混乱失控。

  事故分析指出,需要加装更多的传感器,通过多个传感器的比较分析,如果有不同数据发生,供飞行员手动选择。

  伟大的波音公司这次碰到了大麻烦。

  波音公司事故失效分析对自动化、智能制造带来的思考:

  *传感器器件的可靠性很重要;

  *传感器的选型方案的可靠性评估很重要。

  *这需要智能制造自动化系统设计者对于传感器的原理、应用、品质可靠性熟悉,在选型时能够预先准确评估。

  *提高可靠性的另外一个思路,是设计传感器的冗余方案,通过双重确认原则,有更高的可靠性。

  通过增加不同部位不同类型的多传感器,可以提高可靠性判断,提高创新设计产品的可靠性,可以提升智能制造用户使用者的信心。

  工业制造的智能化,传感器成了关键的基础元器件

  工业制造中有大量的机械装备,从小型设备的到大型的流水线、车间,固定的移动的,存在大量的机械运动,智能制造就首先需要感知这些机械运动,需要加入大量的传感器。

  智能制造工厂内,大量的机械运动自动化智能化,代替人的劳动,机械运动的传感器,就会用到了编码器,一种角度与长度高度的传感器。

  从智能制造目前情况来看,最重要的有两个传感器:一个是图像传感器。现在的智能化图像处理技术突飞猛进。

  但是图像传感器还有几个瓶颈,对焦,视角,背景光的明暗,遮挡物包括灰尘水汽。

  另一个就是机械运动的传感器——编码器。

  机械多圈绝对值编码器具有高可靠性。

  内部是多传感器融合的,包括单圈360度的感知,与多圈传感器圈数的感知的融合

  编码器有增量编码器,绝对值单圈编码器,也有绝对值多圈编码器。

  其中也有依赖电池记忆的电池多圈编码器,依赖于韦根发电微能量存储代替电池的“韦根电子多圈编码器”。

  但是,到了智能制造时代,要求传感器多了,而且每个传感器需要有智能化关联的,这就对可靠性有了最高的要求,不允许有传感器零点位置跑飞了,而无法判断,尤其是几十个几百个传感器在同时工作时,如何去判断传感器是否输出准确,并且归零位?

  机械多圈绝对值编码器,由于是机械式的编码预先存在,不受干扰、停电而改变、擦除信息,所以具有高可靠性。

  内部是多传感器的,不仅每圈有传感器,而且圈数上也有绝对值的传感器,而且相互比较自检查。

  机械多圈绝对值编码器的可靠性原则,所有输出的编码是唯一性的,机械位置预先存在的,是宁可机械或者电子部分损坏了、不输出数据了,也不允许提供错误的零点位置跑飞的数据,而可能误导后面的控制部分,这就叫“绝对值编码”。

  这符合我们前面讲的,在智能化要求下,传感器多多益善,传感器相互自检必须增加可靠性。

  精浦的机械多圈绝对值编码器数据输出:

  具有各种信号输出形式,可以兼容欧系日系所有的PLC的接口:

  数字量信号,模拟量信号,现场总线,工业以太网,无线通讯。

  SSI,RS485,profibus-DP,profinet,Ethercat,Canopen,4—20mA,modbusRTU,TCP;

  机械多圈绝对值编码器的信息容量大,数据预先机械存在,不易改变,是可靠的大数据传感器。

  智能制造时代,机械式绝对值多圈编码器有四大功能:

  第一,是机械位置传感反馈,角度、长度、高度;感知的。

  第二,是安全保护,可靠性加持;可靠与冗余的。

  机械式的已经存在,不受干扰与停电的改变原始编码及原点。

  第三,是多轴多传感器的统一的坐标系,同步、协同联动的节拍器;

  可以帮助实现多传感器的协作融合,智能了。

  第四,全位置大数据长期记录,远程数据管理。时间维度的大数据积累与学习,智能了。

  (开关类别传感器的数据是有限的,没有连续位置变量,例如接近开关、光电开关,0或者1。

  而其他的位置传感器,非接触类传感器,增量编码器,电池或者韦根电子多圈编码器,都存在零点位置跑飞的可能性。数据记录可能不唯一性而无法识别判断。)

  其中,如果仅仅是上面的第一项和第二项,只是普通的自动化闭环的反馈传感器。

  有了第三项和第四项,才是向智能化进步了。

  第三项,符合多传感器协作的同步、协同的高效安全节奏,这是智能化发展。

  第四项,大数据的长期记录,远程监控,可追溯可远程用户端,这是智能化发展的方向。

  机械存在的机械多圈绝对值编码器,除非是坏了,自检校验码无法通过,而不会是错误的数据。——可靠了。

  机械运动传感器。连续可记录的大数据。可智能化。

  这个传感器是数据采集获得的源头,尤其是大量机械设备的机械运动的数据获得、记录积累,大数据监控及分析,失效追溯管理。

  例如,智能制造车间的生产流水线

  单个机器人谈不上智能制造,只是自动化的高级版;单个PLC、几个PLC连起来,也还谈不上智能制造,只是现场总线的升级版。只有整条生产线的各个自动化设备的节奏是同步协作的、高效安全的、可记录持续学习改进的,这就需要智能化。

  送料、出料、上下工艺的同节奏的高效,并且运作可靠,并且生产数据积累可供记录,出现不良率可追溯学习,持续改进提高的制造,可对终端用户透明与诚信的,这才是智能制造。

  每台机器传感器不是有一个两个,足够了,要有更多的机械多圈绝对值编码器的加入。

  要智能化,就不是一个“就够了”,要更多的传感器一起工作,才是智能。

  要可靠性,就不止一个“就够了”,要更多的传感器相互自检,大数据记录,远程化可追溯,持续学习提高,这才是智能。

  只有够智能,能够给制造用户带来更多的利益,用户值得花钱投入

  只有够可靠,能够让制造用户放心大胆地创新实践投入,敢于吃螃蟹。

  例如所有生产都是从原材料进来到成品出厂的一个生产流动过程,在这个过程中存在大量传动设备,在传动设备上加上机械多圈绝对值编码器,增加感知大数据积累,这就是向智能化迈步:

  生产流动的传动智能化:

  传感器的可靠性工程

  ——国际标准化,分级认标准,找参照物对标,国家级、国际级权威认证

  传感器可靠性认证,这是可靠性系统工程——国际标准的,国际组织的,国际认可的实验室的认证。

  例如上海精浦机械多圈绝对值编码器多项可靠性参数通过德国TUV莱因实验室认证。

  可点击阅读关于编码器可靠性工程文章,《上》和《下》

  传感器选型可靠性评估——熟悉传感器的原理、使用场景,

  或者增加传感器,双重确认原则的可靠性加持。

  上海精浦机电的机械多圈绝对值编码器实践案例介绍

  向智能制造的迈进:

  案例,垃圾处理的无人化车间,

  多传感器的、远程的数据监控与记录的,操作者退出垃圾环境远程操作并记录并远端双重监控。

  这其中用了多个机械多圈绝对值编码器,分别监控大车位置、大车移动同步纠偏、小车位置、吊钩高度、抓斗开度等多传感器协作同步,并视频监控移动增加监控范围及定位记录。

  案例,国产化宝马汽车生产线,

  生产线上的多工位同步控制,车轮检查纪录。

  案例:大型国产化医疗核磁共振设备

  双重确认原则,在高速端和低速端装有两个编码器,尤其是低速端是机械多圈绝对值编码器,相互比较自检。安全可靠性得到了保证,使得这样的国产化新产品,能够让医院用户敢于大胆使用了。

  安全可靠性加持,让国产化创新产品加上了可靠性,让医院放心使用。

  案例:塔式太阳能多反射板聚焦,

  多反射板的转角传感器、仰角传感器的自动化跟踪与智能合成聚焦。

  这同样适用于工厂制造回转装置,转台,多工位转台。

  案例,南海挖泥船等大型装备,

  大型机械的多动力协作同步,多传感器感知协作。

  大型机械的机械运动,很可能是多个共同动力推动而运动的,这就需要多个动力的协作合拍,同步性,并且还需要有可靠性安全性,这就有可能需要多个传感器的感知同步。

  案例:国庆庆典展示

  某机动移动装备一边在移动,一边还要跟踪某一个设定的目标位置,这就需要北斗导航与转角、仰角传感器的智能化融合计算。转角仰角安装的绝对值编码器。

  转角、仰角自动跟踪。

  对于中国林业局的大型运输装备,一边要具有大件快递能力,又要机动灵活,能跑各种路况,就需要16个车轮的转角智能化转向,以车辆重心为圆心的同步转角,能原地打转掉头的机动化大型装备。而对于大件的摆放与竖起,又需要多个传感器的控制平衡与安全性保证,这都是智能化的迈步。

  案例,大型工厂基础设施的环保改造智能化:

  北方地区的环保是大课题,大型工厂的环保改造势在必行:焚烧类别的无人化封闭管理,自动清炉灰。

  化工厂恶劣环境下的无人化,安全起见做操作者必须退出不安全环境,化工电石炉;

  露天作业的加顶,少人化管理,远程记录可追溯;

  废水废气处理(水闸泵站阀门开度的传感远程第三方监控)。

  智能制造,传感器国产化和整体提高可靠性的意义:

  关于数字化工厂和智能制造我个人的意见。

  智能制造不同于自动化,并不是自动化控制器联网了就是智能制造了;并不是购买几台机器人就是智能制造了,而是要有创新的智能化功能,能够给制造厂家带来看得见的利益。这先要解决有数据感知获得源头,先要有多多益善的传感器,高可靠性的传感器,或者传感器设计方案。做数字化方案设计者需要熟悉传感器及应用。各种新的传感器,会带来不同的数据要求和不同的智能化功能的派生。

  因为,每多出一种颠覆类新传感器,就有可能有新的智能化功能的创新,原有的数字化方案就要推翻重建。

  不能削足适履。

  传感器数据是“你的脚”,去哪儿,去做什么事。而各种协议数字化方案是“鞋子”、工具。它适不适合数据的要求,使用者的要求?是高了低了?

  不能脚多大去做什么都还不知道呢,就说鞋子我们帮你买好了,是最好的登山鞋。这鞋子合不合脚?我要去干吗?你知道吗?

  所以,国内的智能制造数字化工厂的落地推广,首先是传感器要热起来,多多益善,并符合低成本高可靠性的要求。其次是要提高传感器的可靠性,以及传感器选型设计方案的可靠性。

  而普及推广智能制造,落地,这需要对于制造厂家的低成本普惠性。个别高端工厂实现仅仅是示范案例,谈不上智能制造产业化。

  低成本,我们会想到了国产化的。高可靠性,我们又会想到了用进口的,这成了矛盾。

  核心元器件要掌握在中国自主手里。

  智能制造,国产化传感器是核心基础元器件,要掌握在自己手中,要多多益善,更要有高可靠性。

  如果大量还在用进口传感器垄断,我们一是缺少了自主设计能力,智能制造的生态圈完全被外资品牌控制,被牵着鼻子走;二是成本高,因为多吗,这样就难以实现低成本、普惠性推广。

  好比一个好厨师,就先要有好食材,有多多益善的食材,才能做出好吃的菜品,才会有创意做出新菜品。

  那么在智能制造来临,国产化传感器的大量崛起,降低的使用成本,增加了我们自主选型自主创新设计的能力。

  关键同时要狠抓国产传感器的可靠性,或者传感器方案,让创新产品用户可以大胆的使用。

  例如,可以加装机械多圈绝对值编码器,上海精浦具有德国TUV莱因实验室可靠性认证的国产编码器。


标签: 智能制造传感器

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