图1  亨士乐编码器

编码器在工程机械应用中起到定位、角度、速度及长度测量的作用。它们提高驾驶员工作的便捷性，承担提高生产率的重任。此外，它们也可实现安全相关的功能，在机器进入紧急状况后向驾驶员发出警告信号。

现代工程机械主要依靠液压系统来控制和驱动，而电子和控制技术在许多应用中仅扮演次要角色。但其在安全相关和驾驶员辅助等方面已开始崭露头角：传感器，如编码器或电位器等已经越来越广泛地为控制单元提供位置、角度及速度数据。

这一应用领域对传感器的要求极其苛刻。户外工作会碰到各种天气条件，如极端的温度波动和泥土、灰尘和液体的影响。这些都会对传感器的坚固性和防护等级提出很高的要求，而Hengstler最新系列重载编码器正是基于这些要求而设计的（图1）。

编码器在工程机械应用中起到定位、角度、速度及长度测量的作用。它们提高驾驶员工作的便捷性，承担提高生产率的重任，例如起重设备负载直接到点定位或限制工作区域以防止碰撞（图2）。此外，它们也可实现安全相关的功能，在机器进入紧急状况后向驾驶员发出警告信号。典型例子有导致起重设备（起重机、挖掘机）倾斜的过载报警。

在农林机械应用中也是如此。从农业播种速度控制直到树干自动化测量，编码器通过自动化控制在很多应用过程中极大地减轻工作量。随着卫星控制系统的使用，在农业中提高生产率的自动化过程变得越来越精密。最终各个领域都要用到特种型号的编码器，例如铁路维护、砂轮定位、采矿和钻探技术（钻探速度控制）以及大件物体运输设备（决定每个轮子的转向位置）。

总之，工程机械编码器可在极其苛刻的条件下提供位置、偏角及速度的可靠反馈。Hengstler制造的坚固编码器系列产品以技术先进而著称，完全无滑动接触，确保了高可靠性和长寿命。最值得一提的是，其可编程绝对式编码器与其他技术的产品相比无需反复调节。例如，电位计的正常功能及精度可能会受到温度波动及磨损的不良影响。另外，编码器可实现全360?扫描，这样可以获得单圈甚至多圈的精确反馈。多圈型产品能够在任何时候，包括电压下降甚至完全断电后精确地读出圈数。

移动起重设备中的编码器

如前面提及，编码器适用于各种各样的工程设备。下面以现场提升机械（如起重机和液压挖掘机）为例解释一下它们的用途。首先，机械制造商有多个理由需要使用性能可靠的传感器：符合安全生产或道路交通车辆注册的法规要求是首要指标；另一个指标是提高日常工作的生产率。

图2  亨士乐编码器广泛应用于工程机械行业

导致起重设备底盘不稳的过载警告

根据有关事故预防的德国规范（VBG40），起重机和液压挖掘机都需要配有一个过载警告装置（图3）。一旦发生过载就要给驾驶员一个警告信号。对于液压挖掘机，这可通过使用一个测量元件来确定悬臂（挺杆）液压缸内部工作压力，并在超过预定压力时向驾驶员发送一个警告信号来实施。该功能可采用编码器，甚至辅以向控制系统提供反馈。通过确定挖掘机臂各转轴的偏角和上下车身之间的回转环位置，即可计算出挖掘机铲斗或起重机悬梁的最大允许负载。每个位置合适的负载力矩可通过软件输入，这样便可通过警告信号或电机控制接口协助驾驶员工作。

限制工作区域以防止碰撞

施工作业通常需在限定的区域内执行，比如靠近高架输电线、几台起重机可能相互妨碍的工地或位于行人区域内。起重设备如液压挖掘机可能会受建筑物天花板高度限制，而移动式起重机在铁路装运站内则可能受高架输电线限制。在这类场合，起重系统使用“电子安全工作范围”。

当起重机过于靠近障碍物时，电子控制系统将使其减速，从而防止碰撞。防碰撞系统也用于有着多台起重机的大型工地，监控每个起重机的位置并可靠地阻止它们过于靠近。根据前面所述的原理，编码器能确定设备的准确位置和偏角并传送给控制电子设备。

直接到点定位

若负载能直接送至目标位置，则起重机操作员的工作将大为减轻。为了实现这一点，编码器连续不断地将起重机的位置和速度反馈至控制单元，因此可以微调设定点并通过适当的相对运动来补偿风力或负载条件所引起的偏差。

机动车注册认证

液压轮式挖掘机只有配备传感器确保上部车身与行驶方向对齐，才允许在道路上行驶。电感式传感器常用于这种场合。而现在，上述功能及其他新功能可通过在上下车身的车圈上提供一个编码器来实现。

图3  带有过载警告的液压挖掘机

产品要求

工程机械传感器的基本技术要求包括：高防护等级、宽工作温度范围、抗高冲击及振动、防潮防湿以及轴承载能力好。编码器的防护等级应达到IP67，甚至IP69。工作温度在-40～100℃之间，确保编码器在阳光直晒和温度波动等严苛条件下正常运行。为了防止内部温度升降导致水分凝结，编码器必须要有良好的包装密封。抗冲击性视不同场合而异，但至少应达到1000m/s2；而抗振性至少应达到100m/s2。因为建筑设备通常由蒸汽-喷射清洁器来清洗，故对于抗高压冲洗性能也很重要。

Hengstler提供“重载型”编码器（HSDxx、HDxx、ARxx）可满足甚至超过所有这些要求。产品内置尖端的OptoASIC技术并使用塑料码盘取代普通的玻璃码盘，即使在极端重载条件下也不会断裂，因此有着极高的机械坚固性。它们还拥有符合NEMA 4x及6P标准的不锈钢双密封外壳，耐高压蒸汽清洁器或腐蚀性化学物质，可确保工作可靠。HSDxx和HDxx系列编码器属于本安型，配合适当的隔离安全栅使用时可符合ATEX EEx ia IIB T4认证，因此它们非常适合存在腐蚀性大气或防泼溅及冲水的场合。

Hengstler还提供另一种超坚固的产品系列，即AR-XX系列磁性编码器。它们不但外壳特别坚固，而且还独具不可分离型滚珠轴承，可承受较高的机械应力和非常大的轴向及径向力。单圈分辨率高达12位，多圈计数12位，可实现极高的加速度并可潜水工作。与标准编码器电气兼容，并提供通用接口型（SSI、BiSS、CANopen、模拟量或并行输出）。

坚固的技术使电子元件更易于进入工程机械领域并脱颖而出，它们还能满足高安全性、高生产效率以及高操作舒适度的要求。或许电气元件替代液压件仍需时日，但现在传感器技术已明显展示出其越来越重要的地位。