用于运动控制的安全认证和多样化的编码器

安全应始终是一个重要的设计目标。这对于机械尤其如此，如升降机，工业机器人或建筑机械，其中设备故障或控制丧失可能导致严重伤害或损坏。在某些司法管辖区，法律要求正式的安全分析减少严重事故的风险。

对于运动控制系统来说，提高操作安全性的关键是确保系统所依赖的传感器是可靠的。编码器、倾角计等传感器必须提供被控制机械部件的运动/位置的可靠反馈。在传感器故障的情况下，这些设备必须向控制系统提供一个明确的信息，反馈回路已失效，应采取行动限制或停止操作。

确保运动控制系统可靠和故障安全的一种广泛使用的方法是在反馈回路中加入一定程度的冗余。如果控制系统从两个不同的传感器接收到相似的信号来测量相同的机械性能，那么可以合理地假设这两个传感器都工作正常。读数之间的差异表明有故障。

安全认证编码器

编码器可从几个传感器制造商，以内置冗余的形式，两个独立的旋转测量模块安装在一个外壳，共享一个轴。一个特殊的验证芯片监控从这两个模块的输出，以检查一致的测量。如果检测到不一致，该芯片将阻止向控制器传输有问题的数据，这表明有故障。有了这种故障安全功能，这些编码器可以通过性能级别PL d, Cat. 3(根据安全标准ISO 13849)或SIL 3(根据IEC 61508)认证。认证由专门的授权机构进行。

安全认证编码器可用于简化安全关键系统的开发，因为它们可以保证为控制系统提供经过验证的位置数据或出现故障的明确指示。然而，也有缺点。在处理故障情况时，这种方法可能是不灵活的:由于这些传感器只是简单地关闭，它们没有提供如何将机械转换到安全状态的指导。

由于独立实验室的认证成本，认证设备也可以比普通编码器更昂贵。此外，它们仅适用于有限数量的机械配置，因此机器构建器可能有义务使用适配器使它们适合设计。

引进多种冗余编码器

多种冗余传感器为安全相关运动控制系统提供了一种更便宜、更灵活的认证编码器替代方案。与经过认证的同类设备一样，这些设备有两个内置在共享住房(冗余)的测量模块。然而，在这种情况下，来自两个测量系统的信号通过CANopen网络传输到控制器(如可编程逻辑控制器或工业计算机)。监督控制器负责比较两个半独立测量系统的输出，以验证两者是否正常运行。

为了减少常见故障的危险，这些设备采用了磁性和光学测量技术。这些测量系统串联安装在共享轴上，并安装在共同的住房。分辨率为每转16位。

可选项列表包括设计保护级别高达IP67的坚固外壳，不同的连接器类型，以及许多法兰和轴变体(空心或实心轴)。这种选择范围使得可以选择可以集成到新机器或现有机器中的配置。通信是通过CANopen接口处理的。

安全就绪编码器适用于恶劣环境和各种操作温度。磁编码器技术是稳健的，并且通过添加额外的膜特别保护光学部件免受冷凝。光学和磁传感器元件是绝对编码器，可测量单匝和多匝模式中的位置值 - 绝对电池和无需免维护。

与经过专业安全认证的编码器相比，这些设备可能更便宜，更多功能，同时在提高功能安全性方面通常是有效的。为了协助运动控制系统的安全认证，制造商提供了平均危险失效时间(MTTFd)数据。

安全编码器的应用范围从重型建筑设备和移动机器到起重机技术和电梯到复杂生产的复杂阶段技术。

选择安全编码器

对于在紧张的时间限制下开发的一次性或低批量产品，使用SIL或PL-Certified编码器（减少开发时间，要求安全知识）的便利可能超过了这些设备的额外成本和限制性。

对于许多项目，不同冗余编码器可以提供一个有效和经济的解决方案。根据ISO 13849，这两个独立的测量通道为建造机器提供了一个良好的基础，可以被认证到性能水平PL d, Cat. 3。多种冗余编码器也提供了处理故障条件的灵活性。在某些情况下，控制系统可能能够使用其他系统知识来合理评估哪个冗余测量模块出现故障，以及幸存的模块是否能够提供有用的位置数据。在这种情况下，设计者也许能够实现一个受限的操作模式，以延长机器的可用性，直到有缺陷的设备可以被替换。

克劳斯matzke， 产品经理，Posital Fraba．由CFE Media and Technology, Control Engineering，副主编Chris Vavra编辑，cvavra@cfemedia.com．

更多的答案

关键词:机器安全，机器编码器，运动控制

安全应是任何重型机械设计的主要方面。

安全认证编码器可以帮助简化安全关键系统的开发。

磁性和光学编码器也有助于提高安全性。

考虑一下这一点

怎么可能运动传感器帮助您的机器安全和运动控制挑战？