Однокабельные решения - новые возможности благодаря высококачественным компонентам и открытому протоколу

Авторы и источники / Правообладателям

Кабель Topserv Hybrid компании Helukabel GmbH стал стандартом решения, при котором под общей оболочкой размещаются линия питания и линия управления. Однокабельные решения всё чаще находят применение в технологии сервоприводов. Эта тенденция подтверждается не только растущим числом производителей приводов, предлагающих однокабельные решения, но также увеличением числа производителей преобразователей углового положения в код, для которых такие решения могут применяться в принципе. Они отличаются не только по применяемому протоколу, но также техническими характеристиками, такими, как разрешение и стабильность.

Две хорошо зарекомендовавшие себя компании – Helukabel GmbH и Hengstler GmbH – работают в этом направлении с разных сторон. Однако они едины в общем стремлении обеспечить своих потребителей инновационными высококачественными, эффективными и безопасными компонентами, которые помогают использовать огромный потенциал однокабельной технологии, когда две жилы для передачи сигнала кодирующего устройства интегрированы в сервокабель. Таким образом, это означает, что два кабеля объединены в один и образуют гибридный кабель. Успех данного решения состоит в следующих преимуществах: оптимизация занимаемого пространства и веса, простота монтажа и доступная цена. В случае ограниченного пространства имеются дополнительные преимущества, например, для размещения оборудования, шкафов электроавтоматики и мобильных цепей.

Кодирующее устройство AD37S компании Hengstler GmbH предназначено для реального однокабельного решения. Основное требование для монтажа одного гибридного кабеля между серводвигателем и устройством сервоуправления – наличие цифрового кодирующего устройства, специально разработанного для данного типа связи. Кодирующее устройство постоянно соединено с серводвигателем. По этой причине производитель серводвигателя должен предоставить своим потребителям комплексное решение: не только серводвигатель должен быть оснащён преобразователем углового положения в код, контроллер также должен быть адаптирован для концепции однокабельного решения, поскольку связь всегда устанавливается между двумя устройствами.  

Компания Hengstler GmbH предлагает специальные преобразователи в своём новом товарном ассортименте, в которых используются интерфейс ACUROlink, открытый протокол, создающий идеальный симбиоз для удовлетворения высоких требований однокабельных решений. Интерфейс ACUROlink  был специально разработан для поддержки двух- и четырёхпроводных приложений, как объясняет один из руководителей компании Hengstler GmbH. Задача компании Helukabel GmbH, как производителя кабелей, состоит в обеспечении стабильной и безотказной передачи данных. В двухкабельном решении используется до трёх экранов для защиты сигнальных пар от неблагоприятных влияний силовых жил в традиционной конструкции. Кроме того, при прокладке кабелей обычно рекомендуется соблюдать максимально возможное расстояние между серво и кодеркабелями. Однако жилы обратной связи гибридного кабеля включены непосредственно в сервокабель. В этом случае почти полностью сокращается физическое расстояние, и требования к экранированию от электромагнитного излучения приобретают новый уровень качества.

Вращается ли двигатель или нет зависит от качества сигнала, поступающего к приёмнику. Чем меньше внешних помех, проникающих в сигнальный элемент, тем лучше качество данных, поступающих на приёмник. Экранирование жил передачи данных обеспечивает защиту от электромагнитных излучений. Чем дольше экранирование остаётся неповреждённым при эксплуатации, тем дольше будет поддерживаться защита. Срок службы экранов может быть почти «бесконечным», если гибридный кабель проложен в стационарном положении. Срок службы начинает сокращаться только тогда, когда механическая нагрузка оказывается на кабель в динамическом приложении, например, в случае мобильной цепи. Надёжность и безотказное качество передачи данных зависит от отдельных помех, это означает, что чем длиннее кабель, тем вероятнее их возникновение. Команда исследователей и разработчиков компании Hengstler GmbH протестировала двух- и четырёхпроводные варианты своего кодирующего устройства с использованием кабеля длиной 100 метров в каждом случае под нагрузкой. Эти испытания, основанные на приобретённом практическом опыте, продемонстрировали достаточную гарантию того, что кабели способны выдерживать даже будущие вызовы, возникающие в случае всё более сложных областей применения.

В настоящее время возможно высококачественное управление сервоустройствами благодаря угловому энкодеру компании Hengstler GmbH.  Он устанавливает новые стандарты (скорость передачи 10-Mбит/сек и частота обмена информацией достигает 32 кГц) при объединении с передачей всех данных позиционирования, обеспечивая исключительно высокую электромагнитную совместимость. Кроме того, протокол данных электрического интерфейса отвечает требованиям уровня безопасности SIL3 в соответствии с IEC 61508 и Cat.3PLe в соответствии с EN ISO 13489, в то время как сам угловой энкодер AD37 и жила IP в управлении могут соответствовать требованиям уровней безопасности от non-SIL, SIL1, SIL2 до SIL3, в зависимости от конкретного приложения потребителя.

Нагрузки, которым подвергаются кабели при эксплуатации, увеличиваются по мере возрастания требований производителей оборудования и устройств. Конструкции машин становятся меньше, чем раньше, в то время, как осевые перемещения в традиционных механических станках становятся более динамичными и быстрыми. Это приводит к сокращению полезного пространства до минимума, а радиусы изгиба мобильных цепей уменьшаются. Кабели и провода должны быть изготовлены в соответствии с конкретными областями применения для обеспечения высокой стабильности мобильных цепей, в то же время должны поддерживаться конкурентные цены, а это означает, что разработчики в компании Helukabel GmbH выбирают различные конструкции для конкретных требований. Конструкции кабелей зависят от таких параметров, как дистанция перемещения, минимальный радиус изгиба, скорость, ускорение и минимальное число циклов. Кроме конструкции, решающую роль играет выбор материалов. Они в основном зависят от внешних факторов, таких как температура окружающей среды и/или требуемый ресурс прочности материалов (например, стойкость к агрессивным охлаждающим средствам и смазочным составам). Кроме того, следует учитывать и другие свойства, например, отсутствие галогенов и нераспространение горения.  Различные требования к эксплуатационным характеристикам двигателей обуславливают выбор сечений кабелей питания. Чем больше сечение, тем толще кабель. Необходимо, чтобы испытания включали различные радиусы изгиба, так как для выбора нужного сечения не достаточно тестировать одно сечение и одну конструкцию кабеля в мобильной цепи.

Helukabel Group проводит испытания кабелей на девяти различных испытательных системах, которые могут отличаться длиной, параметрами ускорения и скорости при испытании. Эти испытания очень сложные и требуют постоянного мониторинга и контроля. Однако они необходимы для обеспечения качества и стабильности передачи данных. Компания Helukabel GmbH была первым производителем, подтвердившим надёжность своих гибридных кабелей при помощи комплексных испытаний, состоящих из более пяти миллионов циклов. В настоящее время несколько сотен километров таких гибридных кабелей уже проложены и находятся в эксплуатации в различных приложениях по всему миру.