Encodeur absolu multitours Siemens 6FX2001-5QP24

27 bits | PROFIBUS DP-V2 | 10–30 VDC | 6000 tr/min | Bride de serrage | Mode isochrone | SINUMERIK / SIMOTION / SINAMICS / SIMATIC

Données de position qui survivent à une coupure de courant

La plupart des codeurs rotatifs répondent à la même question : où se trouve l'arbre en ce moment ? Les codeurs absolus répondent à une question plus difficile : où se trouvait l'arbre lorsque l'alimentation a été coupée, et où est-il maintenant après le rétablissement ? Le Siemens 6FX2001-5QP24 est un codeur absolu multitours spécialement conçu pour cette deuxième question — fournissant un véritable mot de position de 27 bits sur PROFIBUS DP-V2 dès la mise sous tension du système, sans cycle de référencement, sans course de référence et sans perte de temps machine.

Conçu comme un codeur rotatif à montage direct, en complément pour les familles de produits SINUMERIK, SIMOTION, SINAMICS et SIMATIC, ce codeur est un composant testé par le système Siemens — pas un codeur PROFIBUS générique qui fonctionne par hasard. Cette distinction est importante dans les applications de machines-outils, d'imprimerie et d'emballage où le temps de mise en service de l'entraînement et les frais généraux de certification du système représentent des coûts réels.

Spécifications techniques

L'architecture 27 bits : ce que cela signifie réellement sur le terrain

Le chiffre de 27 bits représente le mot de position total que ce codeur transmet — pas simplement 27 pistes individuelles sur un disque codeur. Le balayage optique du codeur lit 13 bits dans une seule révolution (équivalent à 8 192 positions discrètes par tour), puis ajoute un compteur multitours de 14 bits qui suit le nombre de révolutions complètes indépendamment. En multipliant les deux, le codeur peut rapporter la position absolue de l'arbre sur 16 384 révolutions complètes sans ambiguïté.

Pour un axe à vis à billes avec un pas de 10 mm, 16 384 révolutions représentent 163 mètres de déplacement linéaire — bien au-delà de tout axe de machine pratique. La plage multitours existe pour que la position de l'axe soit connue absolument, quelle que soit la position de la machine lors de la coupure de courant. Au redémarrage, la CNC lit la position actuelle directement à partir du mot de données PROFIBUS du codeur. Pas de déplacement de référence lent, pas d'intervention de l'opérateur, pas de temps de préchauffage de broche perdu à attendre la fin des cycles de référencement.

La résolution paramétrable est tout aussi pratique. La résolution complète de 8 192 positions convient aux applications de contournage de haute précision, mais le même codeur peut être configuré pour une résolution plus grossière dans les applications où la bande passante du bus ou le temps de cycle est limité — toute valeur de 1 à 8 192 par révolution est valide et peut être définie via le canal de paramètres PROFIBUS sans modification matérielle.

PROFIBUS DP-V2 : plus qu'un simple bus de données

Le PROFIBUS DP standard (version 1) transfère les données de processus de manière cyclique — le codeur envoie son mot de position, le contrôleur le lit, cycle suivant. PROFIBUS DP-V2 ajoute deux capacités importantes pour les applications de contrôle de mouvement.

La première est le mode isochrone. En fonctionnement isochrone, le cycle de mesure du codeur et le transfert de données PROFIBUS sont synchronisés avec le cycle d'interpolation du contrôleur. Les données de position arrivent à l'unité de contrôle à un intervalle précis et répétable — le jitter dans le timing de mesure de position qui autrement ajouterait du bruit aux calculs de vitesse est éliminé. Pour les axes servo à haute vitesse avec des exigences strictes de boucle de vitesse, la différence entre le retour de position asynchrone et isochrone se mesure en précision de positionnement.

La seconde est le canal de paramètres acycliques. Cela permet le paramétrage en ligne — modification de la résolution du codeur, des positions des limiteurs de fin de course ou d'autres paramètres de configuration pendant que le système fonctionne, sans retirer le codeur du bus ni interrompre le transfert de données cycliques. Pour les systèmes multi-axes où des axes individuels peuvent nécessiter des changements de résolution pendant le développement du processus, cela élimine une intervention de maintenance qui nécessiterait autrement un temps d'arrêt de la machine.

Le 6FX2001-5QP24 prend en charge ces deux capacités et atteint un débit de bus maximal de 12 Mbit/s avec un temps de cycle de bus par codeur de 20 µs — suffisamment rapide pour les applications exigeantes à taux de cycle élevé.

Montage par bride de serrage : notes d'installation mécanique

Le montage par bride de serrage sur le 6FX2001-5QP24 utilise une bague de serrage pour fixer le corps du codeur à la structure de la machine, l'arbre étant inséré directement dans un accouplement ou entraîné directement par l'arbre de la machine. Le capot et l'entrée de câble PG radiale protègent la connexion du câble PROFIBUS des contaminants et fournissent une décharge de traction, l'entrée PG étant orientée radialement pour s'adapter aux installations où une sortie de câble axiale entrerait en conflit avec des composants adjacents.

Les limites de charge de l'arbre diffèrent selon la vitesse. En dessous de 6 000 tr/min, l'arbre supporte jusqu'à 40 N de charge axiale et 110 N de charge en porte-à-faux — suffisant pour un accouplement rigide dans la plupart des applications. À des vitesses supérieures à 6 000 tr/min (ce codeur est nominalement limité à 6 000 tr/min maximum, donc les limites de charge à haute vitesse s'appliquent au plafond), les limites sont réduites à 10 N axiale et 20 N en porte-à-faux, reflétant l'augmentation de la contrainte sur les roulements due à la charge radiale et axiale combinée à haute vitesse. Pour la conception de l'accouplement, un accouplement à soufflet ou à disque qui compense le désalignement de l'arbre sans transmettre de forces radiales à l'arbre du codeur est une pratique courante.

Le moment d'inertie du rotor de 1,9 × 10⁻⁶ kg·m² est suffisamment faible pour que le codeur n'ajoute qu'une inertie réfléchie négligeable à l'arbre entraîné dans la plupart des configurations de montage direct.

Compatibilité système : quatre plateformes Siemens, un codeur

Le 6FX2001-5QP24 porte la désignation testée par le système Siemens pour quatre plateformes simultanément. Ce n'est pas une déclaration marketing — cela reflète que les fichiers de description de périphérique PROFIBUS DP-V2 du codeur, la certification PNO et la structure des paramètres ont été validés par rapport au logiciel de contrôle d'entraînement et de mouvement de chaque plateforme.

CNC SINUMERIK— Utilisé comme système de mesure directe sur les axes linéaires ou rotatifs de la machine, ou comme codeur moteur dans des configurations où le codeur moteur et le codeur de position sont des appareils distincts. Compatible avec les systèmes SINUMERIK 840D sl et 828D via le matériel d'entraînement S120.

SIMOTION— Adapté aux applications multi-axes coordonnées dans les machines d'emballage, d'impression, de conversion et d'assemblage où une synchronisation de position précise entre les axes est requise. Le mode PROFIBUS isochrone aligne la capture des données de position avec le cycle de contrôle de mouvement de SIMOTION.

SINAMICS— Compatible en tant que codeur externe dans les configurations d'entraînement SINAMICS S120 et S150, fournissant un retour de position du côté charge d'un réducteur ou d'un axe de machine plutôt que de l'arbre moteur — essentiel pour éliminer le jeu du réducteur de la boucle de contrôle de position.

SIMATIC— Utilisé dans les applications de surveillance de position, de contrôleur de came et d'automatisation de processus où la position absolue de l'arbre est nécessaire en tant que donnée de processus dans une architecture système basée sur PLC.

Questions fréquemment posées

Q1 : Quelle est la différence entre ce codeur multitours 6FX2001-5QP24 et un codeur absolu monotour de la même série 6FX2001 ?

Les codeurs absolus monotours de la série 6FX2001 fournissent une résolution de 13 bits (8 192 positions) dans une seule révolution — la position est absolue dans cette révolution, mais le codeur ne peut pas déterminer combien de tours complets ont eu lieu. Au redémarrage après un mouvement de l'arbre avec l'alimentation coupée, un codeur monotour ne peut rapporter que la position angulaire dans la révolution actuelle, pas la position totale. Le codeur multitours 6FX2001-5QP24 ajoute le compteur de tours de 14 bits qui suit jusqu'à 16 384 révolutions complètes, rendant le mot de position complet de 27 bits valide à chaque redémarrage, quelle que soit l'historique de l'arbre. Pour tout axe qui peut physiquement se déplacer de plus d'une révolution avec l'alimentation coupée — ce qui inclut pratiquement tous les axes linéaires des machines-outils — la version multitours est le choix approprié.

Q2 : Ce codeur nécessite-t-il une résistance de terminaison PROFIBUS externe à son nœud ?

Oui, PROFIBUS RS 485 nécessite une terminaison de bus appropriée aux deux extrémités physiques du segment de câble. Si le 6FX2001-5QP24 est le dernier appareil sur le segment PROFIBUS, le réseau de résistance de terminaison (généralement intégré dans le connecteur) doit être activé. S'il s'agit d'un appareil en milieu de bus, la terminaison doit être désactivée. Une terminaison incorrecte provoque des réflexions de signal qui augmentent les taux d'erreur, en particulier à 12 Mbit/s. L'entrée de câble PG radiale permet l'utilisation de connecteurs PROFIBUS standard avec terminaison commutable intégrée, ce qui simplifie les choses dans la plupart des installations.

Q3 : La résolution du codeur peut-elle être modifiée après l'installation sans le retirer de la machine ?

Oui — le canal de paramètres acycliques de PROFIBUS DP-V2 prend en charge le paramétrage en ligne du 6FX2001-5QP24 pendant que le codeur reste monté et connecté au bus. La résolution par tour (1–8 192), la résolution totale (1–16 384 tours), les positions des limiteurs de fin de course et la configuration du signal de vitesse sont tous paramétrables en ligne. Ceci est particulièrement utile lors de la mise en service de la machine lorsque la résolution de l'axe peut être ajustée pour correspondre aux exigences de contrôle sans démontage de maintenance. Les paramètres sont écrits via les services acycliques du maître PROFIBUS (DS Read/Write) en utilisant les définitions de paramètres du profil codeur PNO V4.1 du codeur.

Q4 : Quel type d'accouplement est recommandé pour monter ce codeur sur un arbre de machine ?

Siemens et la pratique de l'industrie des codeurs recommandent un accouplement flexible — de type soufflet ou multi-disques — qui compense le désalignement de l'arbre (décalage angulaire et parallèle) sans transmettre les forces radiales résultantes à l'arbre du codeur. L'arbre du codeur est nominalement conçu pour une charge en porte-à-faux de 110 N à des vitesses allant jusqu'à 6 000 tr/min, mais un chargement radial chronique induit par un désalignement accélère l'usure des roulements et réduit la durée de vie du codeur. Un accouplement flexible correctement sélectionné absorbe le désalignement plutôt que de le transmettre. Les accouplements rigides ne sont appropriés que lorsque la coaxialité de l'arbre peut être garantie avec des tolérances serrées sur toute la plage thermique de la machine.

Q5 : Le 6FX2001-5QP24 est-il un remplacement direct des anciens codeurs absolus SINUMERIK précédemment utilisés avec les systèmes SIMODRIVE 611 ?

Le 6FX2001-5QP24 utilise PROFIBUS DP-V2 comme interface. Les anciens codeurs absolus SINUMERIK utilisés avec SIMODRIVE 611 utilisaient souvent des normes d'interface différentes — y compris l'interface codeur propriétaire Siemens ou SSI — plutôt que PROFIBUS. Un remplacement direct par branchement n'est pas possible sans vérifier que le contrôleur cible prend en charge l'entrée de codeur PROFIBUS DP-V2 et que le matériel d'entraînement est configuré pour le retour de codeur PROFIBUS externe. Dans un contexte de mise à niveau de SIMODRIVE 611 vers SINAMICS S120, ce codeur est entièrement compatible avec le matériel S120 en utilisant la configuration appropriée de l'unité de contrôle S120. La confirmation de la compatibilité de l'interface au niveau du contrôleur est la première étape critique avant toute substitution de codeur.