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Uno stadio in più: encoder rotativi digitali per motori di ascensori

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Figura 1

Questo articolo esamina vari elementi della tecnologia di azionamento degli ascensori.

Le esigenze tecniche poste alla tecnologia degli ascensori sono cresciute costantemente negli ultimi anni. Ad esempio, la tecnologia di azionamento elettrico convenzionale con motoriduttori viene sempre più sostituita da sistemi di azionamento a coppia, solitamente basati su motori sincroni a magneti permanenti. Per i progetti di nuova costruzione e modernizzazione, gli acquirenti hanno privilegiato i progetti di motori per ascensori senza ingranaggi.

I design compatti ed esenti da manutenzione, l'elevata densità di potenza e l'elevata efficienza energetica svolgono un ruolo importante per gli acquirenti nella scelta tra i sistemi di ascensori. Il desiderio di offrire comodità ai passeggeri e una migliore qualità è abbinato alla richiesta di approcci innovativi in ​​un pacchetto di azionamento efficiente che consiste in un motore e un dispositivo di controllo. Un componente del pacchetto base è un sistema di feedback per fornire valori di posizione con i quali è possibile determinare la velocità effettiva dell'albero del motore nell'unità di controllo e la commutazione della bobina del motore può seguire la fase corretta. I controller rotativi di Heidenhain contribuiscono a questo, entrando in uso nel controllo elettronico degli azionamenti come encoder rotativi a commutazione o encoder rotativi assoluti. In questa applicazione, gli encoder rotativi assoluti offrono vantaggi distinti, in particolare per l'uso di encoder rotativi ad alta risoluzione e protocollo di trasmissione seriale (senza segnali incrementali aggiuntivi), come l'ECN 1325 di Heidenhain (Figura 1).

ECN 1325, con 25 bit per giro e valori di alta precisione, fornisce la risoluzione richiesta per un controllo reattivo dell'azionamento. Queste 33,554,432 posizioni distinguibili per giro sono generate tramite scansione, una graduazione con 2,048 linee (Figura 2) e successiva interpolazione a 14 bit dei segnali di scansione in un circuito integrato specifico per l'applicazione sviluppato per il compito. Ciò fornisce al controller dell'unità dati di posizione sufficienti e, a una velocità di 8 MHz, sufficienti per consentire un controllo dinamico del motore e fornire ai passeggeri una guida di qualità.

Le assegnazioni del valore di posizione desiderato (ad es. l'azzeramento) sull'interfaccia seriale bidirezionale EnDat 2.2 consentono all'unità di controllo di fornire in modo semplice ed efficiente la commutazione alla fase corretta al campo magnetico del motore per una coppia ottimale. Grazie all'elevata risoluzione dell'encoder rotativo, è possibile adattare questa assegnazione di fase a quasi qualsiasi numero di coppie di poli del motore. Ciò consente di combinare molti modelli di motori diversi con una sola versione di encoder rotativo.

L'interfaccia bidirezionale offre ulteriori vantaggi come collegamento di comunicazione tra motore e centralina. Oltre a consentire la trasmissione del valore di posizione, consente anche la trasmissione di parametri specifici dell'encoder e del motore che possono essere caricati dall'area di memoria di sola lettura programmabile cancellabile elettricamente dell'elettronica dell'encoder rotativo alla centralina durante la fase di avvio del sistema, così come per la configurazione del sistema. L'utilizzo di questa funzionalità per il precaricamento in fabbrica dei dati rilevanti riduce la manutenzione iniziale e preclude l'errore di input durante l'immissione manuale dei parametri nel sistema di azionamento.

L'interfaccia supporta le funzioni di monitoraggio per ottenere un elevato tasso di disponibilità dell'ascensore. L'elettronica dell'encoder rotativo consente anche routine di valutazione per i sensori di temperatura. Oltre al sensore di temperatura al suo interno, l'encoder dispone anche di una tecnologia di connessione realizzata per consentire la valutazione del circuito dell'encoder di un sensore di temperatura sulla bobina del motore e trasmettere i dati di valutazione tramite il protocollo di trasmissione EnDat 2.2 all'elettronica di livello superiore. Inoltre, i valori diagnostici generati nell'elettronica dell'encoder sotto forma di numeri di valutazione possono essere trasferiti tramite l'interfaccia per l'analisi della riserva funzionale dell'encoder. Se la metà del valore diventa critica, è possibile adottare misure preventive per evitare tempi di fermo per manutenzione non pianificati.

Con routine per garantire un'elevata affidabilità della trasmissione dei dati basata su un controllo di ridondanza ciclico e una varietà di fonti di avviso e allarme, ECN 1325 offre un alto livello di automonitoraggio e diagnosi. Le velocità dell'albero fino a 15,000 giri/min e una temperatura massima di esercizio di 115 °C ne sottolineano l'idoneità per compiti di controllo della trasmissione elettrica impegnativi.

Il nuovo design dell'encoder rotativo con trasmissione dati seriale si è dimostrato efficace contro il rumore elettromagnetico, con la resistenza al rumore delle informazioni bit trasmesse in modalità push-pull (RS 485) classificata come solida. Poiché i segnali di scansione sono interpolati nell'encoder rotativo, è sufficiente un singolo cavo schermato con solo sei-otto fili. La gamma di alimentazione dell'ECN 1325 da 3.6 a 4 V elimina la necessità di linee di rilevamento remoto, che tracciano l'attenuazione della tensione su cavi lunghi.

Contrariamente ai miglioramenti tecnologici in termini di funzionalità e caratteristiche elettriche dell'ECN 1325, come la generazione, l'elaborazione e la trasmissione di segnali su encoder rotativi con segnali logici seno/coseno o transistor-transistor su encoder a commutazione, le dimensioni meccaniche identiche garantiscono la compatibilità di montaggio con altri varianti di encoder rotativo. Progettato con un collaudato collegamento ad albero conico e giunto ad anello espandibile, ECN 1325 è meccanicamente compatibile per il montaggio con i più noti ERN 1387, ERN 1326 ed ECN 1313. Ciò consente ai produttori di motori e ascensori di mantenere un design uniforme del motore, indipendentemente dal requisiti di interfaccia specifici dell'unità di controllo. Ciò garantisce la flessibilità dell'applicazione del motore. Le versioni modulari menzionate in precedenza (ExN 13xx) sono disponibili anche come versioni montabili (ExN 4xx) con un livello di protezione IP64 (EN 60529) e un cavo collegato per fornire una maggiore protezione da polvere e acqua.

L'ECN 1325 può ottimizzare i circuiti di controllo e, con capacità diagnostiche derivate dal monitoraggio, può regolare gli intervalli di manutenzione e assistenza preventiva. La compatibilità meccanica con altre varianti di interfaccia elettrica di Heidenhain consente ai produttori di motori per ascensori di passare facilmente a una nuova generazione di encoder rotativi.

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