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        智能制造中傳感器及其可靠性的重要作用。機械多圈絕對值編碼器的四個功能

        時間:2020-01-06來源:AQ編碼

        導語:智能制造與過去的自動化比,進步在哪里?智能制造、數字化工廠不該被輕視的傳感器的重要性;機械多圈絕對值編碼器是在智能制造時代非常重要的傳感器。大力發展并使用國產化傳感器,以及提高國產化傳感器的可靠性,是智能制造落地的關鍵路徑。

          智能制造與過去的自動化比,進步在哪里?智能制造、數字化工廠不該被輕視的傳感器的重要性;機械多圈絕對值編碼器是在智能制造時代非常重要的傳感器。大力發展并使用國產化傳感器,以及提高國產化傳感器的可靠性,是智能制造落地的關鍵路徑。

          智能制造與原有的自動化閉環的進步在哪里?

          首先我們討論一下“智能”是什么意思?

          先看一下大家熟悉的最新最熱的智能手機,理解一下“智能”。

          華為最新的mate30和蘋果iPhone11

          兩款新手機,都突出了前攝、后攝三個感光鏡頭傳感器,所帶來的智能化拍照功能。

          尤其是大量宣傳的是后攝的三個攝影鏡頭。圖像傳感器的智能化合成技術。

          這三個鏡頭同時在拍同一張圖片,三個攝影傳感器不同的遠近焦距、不同的色溫、不同的細節關注點,拍攝得到的三個圖片通過智能的合成處理成一張圖片,以達到單反相機的拍攝效果,甚至某些地方還優于單反相機效果。

          這就是增加了多個圖像傳感器后,智能手機所創造的“智能”化。

          除了攝影傳感器,這兩部智能手機還有其它多個傳感器:

          3D人臉識別傳感器,指紋識別傳感器,聲音識別傳感器——多重的智能識別,手機個性化;

          六軸陀螺儀,加速度傳感器,(智能運動);

          三軸電子羅盤,GPS,北斗導航,雙導航傳感系統,提高導航精度與準確性;

          氣壓傳感器,溫度傳感器,環境智能化識別;

          色溫傳感器,激光對焦傳感器,拍照智能化。等等。

          多個傳感器協同融合在一起工作的——這是智能化。

          多傳感器數據可記錄的,可供追溯,可供分析,并且是交互式的可供持續學習的——這是智能化。

          智能手機——如果一部手機里面沒有十個八個的傳感器,并且有智能化融合技術,它都不敢叫智能手機了。

          例如智能運動,不僅可以知道今天走了多少步,還可以有走路的軌跡,還可以判斷登高了多少,還可以將日常的運動量與消耗的熱量記錄下來,這個卡路里消耗計算是不一樣的,這就需要GPS導航傳感器、六軸陀螺儀(重力加速度計算)、氣壓計、電子羅盤的多重智能組合計算。通過這些計算,促動手機的擁有者加強智能運動健康。

          智能化的特征:

          ——多傳感器可協同融合,共同工作做一件事的,這是智能化;

          ——感知數據可積累、可分析,可供持續學習、改進提高的,這是智能化。感知的數據多多益善,這是智能化的基礎條件。

          有了更多的感知與積累數據,才有了智能功能的創新,給使用者帶來看得到的、有實在利益的創新智能功能,讓使用者愿意多花錢去購買這項“智能”產品所帶來的功能。

          除了智能手機,我們再來看一個最新的汽車。

          美國通用汽車,紅色部分是傳感器以及它們感知的汽車部件。

          傳感器的密集協作。

          我們小結一下“智能”究竟是什么?

          智能制造、數字化工廠的數據感知采集傳感器,多多益善,這是大數據的基礎源頭。

          數據采集,必須增加更多的傳感器,多維度感知,才夠“智能”化實現條件。

          可靠性突出了

          另一方面,傳感器多了,無人化的智能了,那更多的傳感器在應用后,多器件積累的可靠性問題就突出了。

          數據輸出,必須有可靠性保證,才能放心大膽創新。

          例如,波音飛機在五個月內的兩次失事分析,飛機仰角傳感器錯誤,零點位置跑飛了,引起自動控制操作系統的混亂失控。

          事故分析指出,需要加裝更多的傳感器,通過多個傳感器的比較分析,如果有不同數據發生,供飛行員手動選擇。

          偉大的波音公司這次碰到了大麻煩。

          波音公司事故失效分析對自動化、智能制造帶來的思考:

          *傳感器器件的可靠性很重要;

          *傳感器的選型方案的可靠性評估很重要。

          *這需要智能制造自動化系統設計者對于傳感器的原理、應用、品質可靠性熟悉,在選型時能夠預先準確評估。

          *提高可靠性的另外一個思路,是設計傳感器的冗余方案,通過雙重確認原則,有更高的可靠性。

          通過增加不同部位不同類型的多傳感器,可以提高可靠性判斷,提高創新設計產品的可靠性,可以提升智能制造用戶使用者的信心。

          工業制造的智能化,傳感器成了關鍵的基礎元器件

          工業制造中有大量的機械裝備,從小型設備的到大型的流水線、車間,固定的移動的,存在大量的機械運動,智能制造就首先需要感知這些機械運動,需要加入大量的傳感器。

          智能制造工廠內,大量的機械運動自動化智能化,代替人的勞動,機械運動的傳感器,就會用到了編碼器,一種角度與長度高度的傳感器。

          從智能制造目前情況來看,最重要的有兩個傳感器:一個是圖像傳感器。現在的智能化圖像處理技術突飛猛進。

          但是圖像傳感器還有幾個瓶頸,對焦,視角,背景光的明暗,遮擋物包括灰塵水汽。

          另一個就是機械運動的傳感器——編碼器。

          機械多圈絕對值編碼器具有高可靠性。

          內部是多傳感器融合的,包括單圈360度的感知,與多圈傳感器圈數的感知的融合

          編碼器有增量編碼器,絕對值單圈編碼器,也有絕對值多圈編碼器。

          其中也有依賴電池記憶的電池多圈編碼器,依賴于韋根發電微能量存儲代替電池的“韋根電子多圈編碼器”。

          但是,到了智能制造時代,要求傳感器多了,而且每個傳感器需要有智能化關聯的,這就對可靠性有了最高的要求,不允許有傳感器零點位置跑飛了,而無法判斷,尤其是幾十個幾百個傳感器在同時工作時,如何去判斷傳感器是否輸出準確,并且歸零位?

          機械多圈絕對值編碼器,由于是機械式的編碼預先存在,不受干擾、停電而改變、擦除信息,所以具有高可靠性。

          內部是多傳感器的,不僅每圈有傳感器,而且圈數上也有絕對值的傳感器,而且相互比較自檢查。

          機械多圈絕對值編碼器的可靠性原則,所有輸出的編碼是唯一性的,機械位置預先存在的,是寧可機械或者電子部分損壞了、不輸出數據了,也不允許提供錯誤的零點位置跑飛的數據,而可能誤導后面的控制部分,這就叫“絕對值編碼”。

          這符合我們前面講的,在智能化要求下,傳感器多多益善,傳感器相互自檢必須增加可靠性。

          精浦的機械多圈絕對值編碼器數據輸出:

          具有各種信號輸出形式,可以兼容歐系日系所有的PLC的接口:

          數字量信號,模擬量信號,現場總線,工業以太網,無線通訊。

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

          機械多圈絕對值編碼器的信息容量大,數據預先機械存在,不易改變,是可靠的大數據傳感器。

          智能制造時代,機械式絕對值多圈編碼器有四大功能:

          第一,是機械位置傳感反饋,角度、長度、高度;感知的。

          第二,是安全保護,可靠性加持;可靠與冗余的。

          機械式的已經存在,不受干擾與停電的改變原始編碼及原點。

          第三,是多軸多傳感器的統一的坐標系,同步、協同聯動的節拍器;

          可以幫助實現多傳感器的協作融合,智能了。

          第四,全位置大數據長期記錄,遠程數據管理。時間維度的大數據積累與學習,智能了。

          (開關類別傳感器的數據是有限的,沒有連續位置變量,例如接近開關、光電開關,0或者1。

          而其他的位置傳感器,非接觸類傳感器,增量編碼器,電池或者韋根電子多圈編碼器,都存在零點位置跑飛的可能性。數據記錄可能不唯一性而無法識別判斷。)

          其中,如果僅僅是上面的第一項和第二項,只是普通的自動化閉環的反饋傳感器。

          有了第三項和第四項,才是向智能化進步了。

          第三項,符合多傳感器協作的同步、協同的高效安全節奏,這是智能化發展。

          第四項,大數據的長期記錄,遠程監控,可追溯可遠程用戶端,這是智能化發展的方向。

          機械存在的機械多圈絕對值編碼器,除非是壞了,自檢校驗碼無法通過,而不會是錯誤的數據。——可靠了。

          機械運動傳感器。連續可記錄的大數據。可智能化。

          這個傳感器是數據采集獲得的源頭,尤其是大量機械設備的機械運動的數據獲得、記錄積累,大數據監控及分析,失效追溯管理。

          例如,智能制造車間的生產流水線

          單個機器人談不上智能制造,只是自動化的高級版;單個PLC、幾個PLC連起來,也還談不上智能制造,只是現場總線的升級版。只有整條生產線的各個自動化設備的節奏是同步協作的、高效安全的、可記錄持續學習改進的,這就需要智能化。

          送料、出料、上下工藝的同節奏的高效,并且運作可靠,并且生產數據積累可供記錄,出現不良率可追溯學習,持續改進提高的制造,可對終端用戶透明與誠信的,這才是智能制造。

          每臺機器傳感器不是有一個兩個,足夠了,要有更多的機械多圈絕對值編碼器的加入。

          要智能化,就不是一個“就夠了”,要更多的傳感器一起工作,才是智能。

          要可靠性,就不止一個“就夠了”,要更多的傳感器相互自檢,大數據記錄,遠程化可追溯,持續學習提高,這才是智能。

          只有夠智能,能夠給制造用戶帶來更多的利益,用戶值得花錢投入

          只有夠可靠,能夠讓制造用戶放心大膽地創新實踐投入,敢于吃螃蟹。

          例如所有生產都是從原材料進來到成品出廠的一個生產流動過程,在這個過程中存在大量傳動設備,在傳動設備上加上機械多圈絕對值編碼器,增加感知大數據積累,這就是向智能化邁步:

          生產流動的傳動智能化:

          傳感器的可靠性工程

          ——國際標準化,分級認標準,找參照物對標,國家級、國際級權威認證

          傳感器可靠性認證,這是可靠性系統工程——國際標準的,國際組織的,國際認可的實驗室的認證。

          例如上海精浦機械多圈絕對值編碼器多項可靠性參數通過德國TUV萊因實驗室認證。

          可點擊閱讀關于編碼器可靠性工程文章,《上》和《下》

          傳感器選型可靠性評估——熟悉傳感器的原理、使用場景,

          或者增加傳感器,雙重確認原則的可靠性加持。

          上海精浦機電的機械多圈絕對值編碼器實踐案例介紹

          向智能制造的邁進:

          案例,垃圾處理的無人化車間,

          多傳感器的、遠程的數據監控與記錄的,操作者退出垃圾環境遠程操作并記錄并遠端雙重監控。

          這其中用了多個機械多圈絕對值編碼器,分別監控大車位置、大車移動同步糾偏、小車位置、吊鉤高度、抓斗開度等多傳感器協作同步,并視頻監控移動增加監控范圍及定位記錄。

          案例,國產化寶馬汽車生產線,

          生產線上的多工位同步控制,車輪檢查紀錄。

          案例:大型國產化醫療核磁共振設備

          雙重確認原則,在高速端和低速端裝有兩個編碼器,尤其是低速端是機械多圈絕對值編碼器,相互比較自檢。安全可靠性得到了保證,使得這樣的國產化新產品,能夠讓醫院用戶敢于大膽使用了。

          安全可靠性加持,讓國產化創新產品加上了可靠性,讓醫院放心使用。

          案例:塔式太陽能多反射板聚焦,

          多反射板的轉角傳感器、仰角傳感器的自動化跟蹤與智能合成聚焦。

          這同樣適用于工廠制造回轉裝置,轉臺,多工位轉臺。

          案例,南海挖泥船等大型裝備,

          大型機械的多動力協作同步,多傳感器感知協作。

          大型機械的機械運動,很可能是多個共同動力推動而運動的,這就需要多個動力的協作合拍,同步性,并且還需要有可靠性安全性,這就有可能需要多個傳感器的感知同步。

          案例:國慶慶典展示

          某機動移動裝備一邊在移動,一邊還要跟蹤某一個設定的目標位置,這就需要北斗導航與轉角、仰角傳感器的智能化融合計算。轉角仰角安裝的絕對值編碼器。

          轉角、仰角自動跟蹤。

          對于中國林業局的大型運輸裝備,一邊要具有大件快遞能力,又要機動靈活,能跑各種路況,就需要16個車輪的轉角智能化轉向,以車輛重心為圓心的同步轉角,能原地打轉掉頭的機動化大型裝備。而對于大件的擺放與豎起,又需要多個傳感器的控制平衡與安全性保證,這都是智能化的邁步。

          案例,大型工廠基礎設施的環保改造智能化:

          北方地區的環保是大課題,大型工廠的環保改造勢在必行:焚燒類別的無人化封閉管理,自動清爐灰。

          化工廠惡劣環境下的無人化,安全起見做操作者必須退出不安全環境,化工電石爐;

          露天作業的加頂,少人化管理,遠程記錄可追溯;

          廢水廢氣處理(水閘泵站閥門開度的傳感遠程第三方監控)。

          智能制造,傳感器國產化和整體提高可靠性的意義:

          關于數字化工廠和智能制造我個人的意見。

          智能制造不同于自動化,并不是自動化控制器聯網了就是智能制造了;并不是購買幾臺機器人就是智能制造了,而是要有創新的智能化功能,能夠給制造廠家帶來看得見的利益。這先要解決有數據感知獲得源頭,先要有多多益善的傳感器,高可靠性的傳感器,或者傳感器設計方案。做數字化方案設計者需要熟悉傳感器及應用。各種新的傳感器,會帶來不同的數據要求和不同的智能化功能的派生。

          因為,每多出一種顛覆類新傳感器,就有可能有新的智能化功能的創新,原有的數字化方案就要推翻重建。

          不能削足適履。

          傳感器數據是“你的腳”,去哪兒,去做什么事。而各種協議數字化方案是“鞋子”、工具。它適不適合數據的要求,使用者的要求?是高了低了?

          不能腳多大去做什么都還不知道呢,就說鞋子我們幫你買好了,是最好的登山鞋。這鞋子合不合腳?我要去干嗎?你知道嗎?

          所以,國內的智能制造數字化工廠的落地推廣,首先是傳感器要熱起來,多多益善,并符合低成本高可靠性的要求。其次是要提高傳感器的可靠性,以及傳感器選型設計方案的可靠性。

          而普及推廣智能制造,落地,這需要對于制造廠家的低成本普惠性。個別高端工廠實現僅僅是示范案例,談不上智能制造產業化。

          低成本,我們會想到了國產化的。高可靠性,我們又會想到了用進口的,這成了矛盾。

          核心元器件要掌握在中國自主手里。

          智能制造,國產化傳感器是核心基礎元器件,要掌握在自己手中,要多多益善,更要有高可靠性。

          如果大量還在用進口傳感器壟斷,我們一是缺少了自主設計能力,智能制造的生態圈完全被外資品牌控制,被牽著鼻子走;二是成本高,因為多嗎,這樣就難以實現低成本、普惠性推廣。

          好比一個好廚師,就先要有好食材,有多多益善的食材,才能做出好吃的菜品,才會有創意做出新菜品。

          那么在智能制造來臨,國產化傳感器的大量崛起,降低的使用成本,增加了我們自主選型自主創新設計的能力。

          關鍵同時要狠抓國產傳感器的可靠性,或者傳感器方案,讓創新產品用戶可以大膽的使用。

          例如,可以加裝機械多圈絕對值編碼器,上海精浦具有德國TUV萊因實驗室可靠性認證的國產編碼器。


        標簽: 傳感器編碼器

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