今天的编码器监控机器健康

曾经有一段时间编码器严格支持的位置和速度反馈。它们提供了可用于监测它们的位移或绝对位置的数据 - 通常是电机轴 - 但是就是它。系统需要驱动器或控制器将编码器输出转换为可用位置或速度数据。即使设备已连接到工业领域总线，它们也只提供了简单的信息。

如今，工业应用需要不仅仅是表现。组织寻求增加整体设备有效性（OEE），斜线停机，以及一般提升盈利能力。最新的编码器通过对自己的条件和监控设备的状况提供了解来支持该目标。他们可以充当集线器以聚合传感器数据。它们可以包括内置功能，可消除对外部组件的需求。

“显然是一种趋势，使编码器成为数据集中点，”Dynapar（伊利诺伊州）高级研发设计工程师Ken Dickinson说。“编码器制造商相当独特地定位以提供产品。我们是设计和包装复杂的传感器和电子产品的专家，这些传感器和电子设备可以在恶劣的工业环境中存活，以进行维护，但相对容易安装和连接。”

即使在编码器的基本功能范围内，性能也大大提高。一个项目是否需要最高的分辨率，最小的大小或恶劣条件的强劲性能，现代编码器可以满足挑战。

编码器101.
旋转编码器跟踪正在测试的设备的旋转运动。它们可以应用于电机轴或负载。每个编码器包括代码盘（光学编码器发动机）或代码轮（磁编码器引擎），其生成信号作为磁盘或滚轮与被跟踪的对象的转动。在光学编码器中，代码盘在LED和光电探测器之间通过。使用块或传输光束的交替的不透明区域图案化磁盘。图案化代码磁盘被图案化以生成可以处理以提供角位移或速度的脉冲流。图案化绝对代码磁盘以在读出时间生成与负载或轴的绝对位置相对应的多位数字字。

磁性编码器类似地操作，尽管用交流磁畴和设备使用磁性拾取器图案化了码轮。线性编码器类似于旋转编码器，替换代码磁盘的线性刻度。

编码器将其数据传输到驱动器和/或控制器。使用的方法取决于该技术。增量编码器生成模拟信号，该模拟信号使用多个目的写入的协议之一使用电线通过电线传输。该协议通常是双向的，并且线也承载电力。

绝对编码器产生通过数字网络传输的固有数字输出。最初，这发生了使用Canbus，Modbus和Profibus等公共现场总线协议进行的。随着越来越多的普及工业以太网在美国，编码器可内置以太网连接，如EtherCAT、Ethernet/IP和ProfiNET。这种连接性使编码器在工业物联网(IIoT)中发挥重要作用。

设备的见解
另一个具有使工业景观现代化的编码器的特征是板载存储器和处理能力的可用性。传统的模型是为编码器将原始输出直接发送到驱动器或控制器，或许在一点信号调节之后。现代编码器有能力存储和处理数据，利用内置应用程序。在某些情况下，它们还具有嵌入式硬件，例如具有嵌入式定时器/计数器电路的编码器，以用作零速开关。

以太网编码器与实时时钟同步。因此，传统上产生速度和位置反馈的输出可以被挖掘出来，以传递更复杂的信息。应用程序可以检测到坐标轴处于空闲状态而不是在运行。它可以计算启动时间与运行时间，轴改变方向的频率，顺时针方向与逆时针方向运行的时间。它甚至可以量化加速度和减速率。当与历史故障数据相结合时，这些信息可以用来预测故障，并指导机械部件(如执行机构、轴承、齿轮箱等)的预测性维护。维护团队可以在故障导致停机之前对问题做出响应，而不是从一个故障走向另一个故障。

以前，这种类型的分析只适用于拥有开发团队来编写应用程序的组织。现在，编码器制造商已经开始提供嵌入式程序，使原始设备制造商和终端用户能够在有限的工程投资下获取此类信息。用户可以利用高度可配置的预装软件包，更好地了解他们的系统和操作。“我们看到的是，内置功能的编码器节省了PLC或控制器程序员大量的时间，”杰伊约翰逊说，编码器产品经理病士（明尼苏达州明尼阿波利斯）。“此功能对于对预测维护感兴趣的最终用户非常有价值。”

支持IIOT.
到目前为止，我们已经讨论了从标准编码器模型获得更多结果的方法。现在，我们回到现代编码器的最大好处:它们作为多模态传感器的能力。越来越多的编码器安装了额外的传感器，如温度传感器、电压表和湿度调节器。这些设备可用于监控编码器的健康状况，提供故障预警，并实现预测性维护(见图2)。来自这些传感器的数据还可深入了解外部组件的状况，从被监控的轴到整机。

迪金森说:“它从电压、温度等相对简单的信息开始。”“一些制造商开始涉足振动和其他高阶传感器信息，具备一定的数据预处理能力。”

考虑温度传感器的输出。编码器可以将数据实时传输到控制器，以便对其进行趋势分析。或者，可以将编码器配置为仅在数据超过预设阈值时发送警报。如果编码器温度在环境条件不变的情况下不断上升，则可能表明编码器轴承故障。如果编码器安装在电机的后面，可能是电机有问题，需要检查。在设备进入临界状态之前对这种情况发出警报的能力，可以在减少停机时间方面提供巨大的节省。

多轴加速度计可以更有用。任何移动设备都会产生特征振动谱。例如，六刀片风扇将在轴的基本旋转频率下显示尖峰，以及由各个刀片产生的谐波。对这些刀片的任何损坏都会影响振动谱，使其能够直接追踪到原因。这些技术可用于识别轴承缺陷，损坏风扇叶片等。

“故障签名可以被识别出来，灾难性事件将转化为预定的维护，”约翰逊说。

在两个示例中，编码器不仅可以监视编码器的运行状况，而且可以安装其上安装的设备。更多洞察力提供更明智的维护和更少的停机时间。这特别适用于支持以太网的编码器及其支持高度联网系统的能力。数据可以传递给监控和数据分析（SCADA）系统和制造执行系统（混乱），以获得更好的分析，过程控制和调度。

数据汇总
增量编码器的传统模拟能力也为想要利用IIOT来提高生产力的组织提供福利。该方法涉及来自编码器内的大量传感器数据，以及机器上的其他地方。挑战是如何有效地捕获和路由信号。在这里，编码器可以提供帮助。

“编码器的主要目的是成为控制回路的一部分，定位和速度反馈，”Jonathan Dougherty，自动化产品专家说海德汉公司（Schaumburg，伊利诺伊州）。“展望前进，在整个机器中添加了许多传感器，它与不同的I / O板和接线一起变得有点混乱，以及向控制器进行接线。所以我们所看到的是一个已经是这个关键组件的设备 -编码器。在将来，让我们进一步集成，以允许它简化这些传感器的网络。“

编码器可以充当集线器，以从外部传感器收集模拟信号，数字化和条件，然后将该数字信号传递给驱动器和/或控制器。它提供了一种在不添加接线的情况下传输数据的简单，简单的方法，这降低了成本，复杂性和故障点。

Dickinson说，该方法具有显着的好处。“如果实现了传感器集线器概念，整个供应链最终会受益。”

板载处理电源和连接的组合使得编码器能够提供可以提高盈利能力的工厂洞察力。这些设备为IIOT提供了一个简单的入口点。约翰逊说，行业目前正在采用曲线的崛起一侧，但采用肯定发生了。“它现在正在使用，而不仅仅是通过削减大型公司，而且是主流系统集成商，”他说。“你可以看到它起飞。我认为将来的客户越来越越来越多地实施。”