シーメンス 6FX2001-5QP24 マルチターン絶対値エンコーダ

27ビット | PROFIBUS DP-V2 | 10～30 VDC | 6000 RPM | クランプフランジ | アイソクロナスモード | SINUMERIK / SIMOTION / SINAMICS / SIMATIC

停電後も位置データを保持

ほとんどのロータリーエンコーダは、「現在、シャフトはどこにあるか？」という同じ質問に答えます。絶対値エンコーダは、より難しい質問に答えます。「電源が切れたとき、シャフトはどこにあり、電源復旧後にどこにあるか？」シーメンス 6FX2001-5QP24 は、この2番目の質問のために特別に構築されたマルチターン絶対値エンコーダです。システム起動時に、ホミングサイクル、リファレンスラン、無駄な機械時間を一切かけずに、PROFIBUS DP-V2 を介して真の27ビット位置ワードを提供します。

SINUMERIK、SIMOTION、SINAMICS、SIMATIC製品ファミリー向けのダイレクトマウント、アドオンロータリーエンコーダとして設計されたこのエンコーダは、シーメンスシステムでテスト済みのコンポーネントであり、単に動作する汎用PROFIBUSエンコーダではありません。この違いは、工作機械、印刷、包装アプリケーションにおいて、ドライブのコミッショニング時間とシステム認証のオーバーヘッドが実際のコストとなるため重要です。

技術仕様

27ビットアーキテクチャ：現場で実際に意味すること

27ビットという数値は、このエンコーダが送信する総位置ワードを表しており、単にコードディスク上の27個の個別のトラックではありません。エンコーダの光学スキャンは、1回転内で13ビット（1回転あたり8,192の離散位置に相当）を読み取り、その後、完全な回転数を独立して追跡する14ビットのマルチターンカウンタを追加します。この2つを掛け合わせることで、エンコーダは16,384回の完全な回転にわたって、曖昧さなく絶対的なシャフト位置を報告できます。

ピッチ10mmのボールねじ軸の場合、16,384回転は163メートルのリニアトラベルに相当し、実用的な機械軸をはるかに超えています。マルチターンの範囲は、電源が切断されたときに機械がどこに駐車されていたかに関係なく、軸の位置が絶対的に認識されるように存在します。再起動時に、CNCはエンコーダのPROFIBUSデータワードから現在の位置を直接読み取ります。遅いリファレンストラベリング、オペレーターの介入、ホミングサイクルの完了を待つ無駄なスピンドルウォームアップ時間は不要です。

設定可能な分解能も同様に実用的です。完全な8,192ポジション分解能は高精度なコンタリングアプリケーションに適していますが、同じエンコーダを、バス帯域幅やサイクルタイムが制約されているアプリケーションでより粗い分解能に設定することもできます。1回転あたり1から8,192までの任意の値が有効であり、ハードウェアを変更せずにPROFIBUSパラメータチャネルを介して設定できます。

PROFIBUS DP-V2：単なるデータバス以上のもの

標準のPROFIBUS DP（バージョン1）はプロセスデータを周期的に転送します。エンコーダは位置ワードを送信し、コントローラはそれを読み取ります。次のサイクルです。PROFIBUS DP-V2 は、モーションコントロールアプリケーションにとって重要な2つの機能を追加します。

1つ目はアイソクロナスモードです。アイソクロナス動作では、エンコーダの測定サイクルとPROFIBUSデータ転送は、コントローラの補間サイクルに同期されます。位置データは正確で再現可能な間隔で制御ユニットに到着します。これにより、速度計算にノイズを追加する位置測定タイミングのジッターが排除されます。高速サーボ軸で厳密な速度ループ要件がある場合、非同期とアイソクロナスの位置フィードバックの違いは、位置決め精度で測定できます。

2つ目は非周期パラメータチャネルです。これにより、エンコーダをバスから取り外したり、周期的なデータ転送を中断したりすることなく、システムを実行中にエンコーダの分解能、リミットスイッチ位置、その他の構成パラメータを変更できるオンラインパラメータ設定が可能になります。プロセス開発中に個々の軸の分解能変更が必要になる可能性のあるマルチ軸システムでは、これによって、そうでなければ機械のダウンタイムを必要とするメンテナンス介入が不要になります。

6FX2001-5QP24 は両方の機能をサポートし、最大12 Mbit/sのバスレートと、エンコーダあたり20 µsのバスサイクルタイムを実現します。これは、要求の厳しい高サイクルレートアプリケーションに十分な速度です。

クランプフランジ取り付け：機械的設置に関する注意

6FX2001-5QP24 のクランプフランジ取り付け構成では、クランプリングを使用してエンコーダ本体を機械構造に固定し、シャフトをカップリングに直接挿入するか、機械シャフトで直接駆動します。フードとラジアルPGケーブルエントリーは、PROFIBUSケーブル接続を汚染物質から保護し、ストレインリリーフを提供します。PGエントリーは、アキシャルケーブル出口が隣接するコンポーネントと干渉する設置に適したようにラジアル方向に配置されています。

シャフトの負荷制限は速度によって異なります。6,000 RPM未満では、シャフトは最大40 Nのアキシャルロードと110 Nの片持ちロードに耐えます。これはほとんどのアプリケーションで剛性カップリングに十分です。6,000 RPMを超える速度（このエンコーダの最大定格は6,000 RPMであるため、高速負荷制限は上限に適用されます）では、制限は10 Nのアキシャルと20 Nの片持ちに低下し、速度でのラジアルおよびアキシャル負荷の組み合わせによるベアリングストレスの増加を反映しています。カップリング設計の場合、エンコーダシャフトへのラジアル力の伝達なしにシャフトのずれを補償するベローズまたはディスクカップリングが標準的な手法です。

ロータ慣性モーメント1.9 × 10⁻⁶ kg・m²は十分に低いため、ほとんどのダイレクトマウント構成でエンコーダは駆動シャフトに無視できる反射慣性を追加するだけです。

システム互換性：4つのシーメンスプラットフォーム、1つのエンコーダ

6FX2001-5QP24 は、4つのプラットフォームすべてで同時にシーメンスシステムテスト済み指定を受けています。これはマーケティング上の声明ではなく、エンコーダのPROFIBUS DP-V2 デバイス記述ファイル、PNO認証、およびパラメータ構造が、各プラットフォームのドライブおよびモーションコントロールソフトウェアに対して検証されていることを反映しています。

SINUMERIK CNCリニアまたはロータリー機械軸のダイレクト測定システムとして、またはモータエンコーダと位置エンコーダが別々のデバイスである構成のモータエンコーダとして使用されます。S120ドライブハードウェアを介してSINUMERIK 840D slおよび828Dシステムと互換性があります。

SIMOTIONパッケージング、印刷、コンバーティング、組立機械における協調マルチ軸アプリケーションに適しており、軸間の正確な位置同期が必要です。アイソクロナスPROFIBUSモードは、位置データキャプチャをSIMOTIONのモーションコントロールサイクルに合わせます。

SINAMICSSINAMICS S120およびS150ドライブ構成の外付けエンコーダとして互換性があり、ギアボックスまたは機械軸の負荷側から位置フィードバックを提供します。これは、モータシャフトからではなく、ギアボックスのバックラッシュを制御ループから排除するために重要です。

SIMATICPLCベースのシステムアーキテクチャ内でプロセスデータとして絶対的なシャフト位置が必要な、位置監視、カムコントローラ、プロセスオートメーションアプリケーションで使用されます。

よくある質問

Q1：この6FX2001-5QP24マルチターンエンコーダと、同じ6FX2001シリーズのシングルターン絶対値エンコーダとの違いは何ですか？

6FX2001シリーズのシングルターン絶対値エンコーダは、1回転内で13ビット分解能（8,192ポジション）を提供します。この回転数内では位置は絶対値ですが、エンコーダは完全な回転数を決定できません。電源オフ時のシャフト移動後の電源投入時に、シングルターンエンコーダは現在の回転数内の角度位置のみを報告でき、総位置は報告できません。6FX2001-5QP24マルチターンエンコーダは、最大16,384回の完全な回転数を追跡する14ビットの回転カウンタを追加し、シャフトの履歴に関係なく、すべての電源投入時に完全な27ビット位置ワードを有効にします。電源が切断された状態で1回転以上物理的に移動できる軸（工作機械のほぼすべてのリニア軸を含む）の場合、マルチターンバージョンが適切な選択です。

Q2：このエンコーダは、ノードで外部PROFIBUS終端抵抗を必要としますか？

はい、PROFIBUS RS 485は、ケーブルセグメントの両端で適切なバス終端が必要です。6FX2001-5QP24がPROFIBUSセグメントの最後のデバイスである場合、終端抵抗ネットワーク（通常はコネクタに内蔵）を有効にする必要があります。バス中間のデバイスである場合、終端は無効にする必要があります。不適切な終端は信号反射を引き起こし、特に12 Mbit/sではエラー率を増加させます。ラジアルPGケーブルエントリーは、スイッチ可能な終端が内蔵された標準的なPROFIBUSコネクタに対応しており、ほとんどの設置でこれを容易にします。

Q3：エンコーダを取り外さずに、設置後にエンコーダの分解能を変更できますか？

はい。PROFIBUS DP-V2 の非周期パラメータチャネルは、エンコーダがバスに接続されたまま、6FX2001-5QP24 のオンラインパラメータ設定をサポートします。1回転あたりの分解能（1～8,192）、総分解能（1～16,384回転）、リミットスイッチ位置、速度信号構成はすべてオンラインで設定可能です。これは、メンテナンスによる取り外しなしに軸の分解能を制御要件に合わせて調整できる可能性のある機械のコミッショニング中に特に役立ちます。パラメータは、エンコーダのPNOエンコーダプロファイルV4.1パラメータ定義を使用して、PROFIBUSマスターの非周期サービス（DS Read/Write）を介して書き込まれます。

Q4：このエンコーダを機械シャフトに取り付けるために推奨されるカップリングタイプは何ですか？

シーメンスおよびエンコーダ業界の実践では、シャフトのずれ（角度および平行オフセットの両方）を、結果として生じるラジアル力をエンコーダシャフトに伝達することなく補償するフレキシブルカップリング（ベローズまたはマルチディスクタイプ）を推奨しています。エンコーダシャフトは、6,000 RPMまでの速度で110 Nの片持ちロードに耐えますが、慢性的なずれによるラジアル負荷はベアリングの摩耗を加速し、エンコーダのサービス寿命を短縮します。適切に選択されたフレキシブルカップリングは、ずれを伝達するのではなく吸収します。剛性カップリングは、機械の熱範囲全体でシャフトの同軸度が厳密な公差で保証できる場合にのみ適切です。

Q5：6FX2001-5QP24は、以前SIMODRIVE 611システムで使用されていた古いSINUMERIK絶対値エンコーダの直接交換品ですか？

6FX2001-5QP24はインターフェースとしてPROFIBUS DP-V2を使用します。SIMODRIVE 611で使用されていた以前のSINUMERIK絶対値エンコーダは、PROFIBUSではなく、シーメンス独自のエンコーダインターフェースやSSIなど、異なるインターフェース規格を採用していることがよくありました。ターゲットコントローラがPROFIBUS DP-V2エンコーダ入力をサポートしており、ドライブハードウェアが外部PROFIBUSエンコーダフィードバック用に構成されていることを確認しない限り、直接プラグイン交換は不可能です。SIMODRIVE 611からSINAMICS S120へのアップグレードの文脈では、このエンコーダは適切なS120制御ユニット構成を使用してS120ハードウェアと完全に互換性があります。コントローラレベルでのインターフェース互換性の確認は、エンコーダの交換前の重要な最初のステップです。