В этой статье обсуждаются различные типы энкодеров двигателей в автоматизации, в частности линейные и поворотные энкодеры, а также их применение.
I. Что такое энкодер двигателя?
Энкодер двигателя — это устройство, которое записывает данные о положении для систем автоматического управления или любого оборудования, содержащего двигатели, которым требуется информация о положении. От роботизированных рук до 3D-принтеров — они повсюду. Кодеры играют решающую роль в обеспечении правильной работы автономных машин. Они позволяют точно измерять движущиеся компоненты внутри системы.
Энкодеры двигателей предлагают преимущества в нескольких областях. Например, линейные энкодеры обычно используются в железнодорожном транспорте и позволяют станкам с ЧПУ и 3D-принтерам создавать детали с высокой точностью, а поворотные энкодеры делают возможным использование роботизированных манипуляторов в производстве. Сигналы, которые они передают, активируют различные выходы контроллеров или ПЛК в нужный момент.
II. Как работают энкодеры двигателей?
Энкодеры функционируют, предоставляя электрическую информацию устройствам управления на основе одной из двух различных систем: вращательной или линейной. В энкодерах существует несколько механизмов для преобразования физических изменений в электрические данные: резистивный, механический, магнитный и оптический. Оптические энкодеры наиболее распространены в производстве. Они содержат по крайней мере один передатчик света и один приемник света для преобразования физического движения в электрические сигналы для обработки контроллером. Независимо от используемого метода преобразования, энкодеры всегда делятся на линейные и поворотные.
В оптических энкодерах как поворотного, так и линейного типов используются «окна», вырезанные в твердой поверхности, позволяющие свету проникать в приемный блок только постепенно. Линейные энкодеры используют датчики для обнаружения различных рисунков внутри полосы по длине пути, а поворотные энкодеры состоят из диска с прорезями, которые передают сигналы обратно в систему управления.
В оптических системах передатчик излучает постоянный луч света, который постепенно прерывается по мере движения системы. Всякий раз, когда приемник обнаруживает свет от передатчика, он отправляет электрический сигнал на контроллер. Существуют различные конфигурации дисков или дорожек для блокировки/приема света в зависимости от приложения. К ним относятся энкодеры абсолютного положения и инкрементальные энкодеры.
III. Абсолютные энкодеры и инкрементные энкодеры: в чем разница?
Абсолютные энкодеры используют несколько датчиков освещенности для отправки двоичных кодов на контроллер. Они имеют отдельные слоты, соответствующие парам передатчиков/приемников света. Для однооборотных абсолютных энкодеров эти слоты генерируют двоичный код, указывающий угловое положение в пределах одного оборота двигателя.
В приложениях, требующих более высокой точности и большего диапазона, в многооборотных энкодерах используются зубчатые редукторы и два энкодерных диска для достижения большего диапазона известных положений. Абсолютные энкодеры лучше подходят для сценариев, требующих данных о положении после потери питания, чаще всего в цепях безопасности. Инкрементные энкодеры имеют равномерно расположенные слоты для отправки импульсов на контроллер. Эти энкодеры полагаются на импульсы, отсчитываемые с нулевой позиции, поэтому крайне важно иметь известное положение для возобновления счета, если система по какой-либо причине потеряет питание.
Когда требуется только скорость двигателя, на контроллер можно отправить аналоговый сигнал, что позволит ему обработать эти данные для полезных приложений. Если для процесса требуются данные о положении, энкодер может отправлять электрические импульсы на контроллер, чтобы расшифровать положение двигателя в пределах его граничной области.
IV. Где используются линейные энкодеры?
Линейные энкодеры передают электрические импульсные сигналы контроллерам через датчики или «выемки» на шкале. Эти импульсные сигналы могут быть декодированы ПЛК и преобразованы в инструкции для выполнения устройством.
Линейные энкодеры лучше подходят для приложений со скользящими позиционерами, таких как 3D-принтеры или станки с ЧПУ. Они превосходно справляются с процессами, требующими точной-скоростной передачи данных контроллерам. Некоторым линейным энкодерам, если не абсолютным, требуется референтное положение для нахождения нуля после потери питания или перезапуска ПЛК/контроллера.
Абсолютные энкодеры используют двоичное представление положения, тогда как инкрементальные энкодеры отправляют только импульсы, подсчитанные контроллером после запуска. Концевые выключатели или датчики могут служить отправной точкой, когда необходимо сбросить данные о положении.
Линейные энкодеры на основе абсолютного-кода- могут определять свое положение без перемещения или опорных точек. Они используют двоичные коды разных масштабов для определения положения. Это обеспечивает большую гибкость процессов приложений и открывает больше возможностей в областях, требующих безопасности перезапуска.
V. Применение поворотных энкодеров
Энкодеры вращения состоят из круглой шкалы, прикрепленной к валу двигателя. Когда двигатель вращается, датчики освещенности, считывающие шаблоны на весах, отправляют количество импульсов или двоичные коды в ПЛК. Энкодеры вращения очень полезны в приложениях, требующих измерения скорости двигателя или где расстояние трудно измерить без вращения двигателя, например, в серводвигателях в роботизированных манипуляторах. В приложениях, требующих управления скоростью двигателя, используются инкрементальные энкодеры, которые генерируют количество импульсов для измерения скорости двигателя.
Шкала энкодера имеет определенное количество слотов, и ПЛК подсчитывает эти слоты по мере вращения двигателя. Затем это количество можно преобразовать в число оборотов в минуту. Примером того, где это полезно, является двигатель конвейерной ленты. Для некоторых параметров могут потребоваться разные скорости ленты, и ПЛК может соответствующим образом регулировать их в зависимости от частоты вращения двигателя. Они также полезны в приложениях, где точность имеет решающее значение, поскольку они выдают более точные данные, чем абсолютные поворотные энкодеры. Несмотря на более высокую точность, они не могут считывать положение без движения и могут потребовать референтное положение после потери связи с ПЛК.
Абсолютные энкодеры также могут использоваться в качестве энкодеров вращающихся двигателей. Они больше подходят для ситуаций, требующих угловых данных. Они также сохраняют способность вызывать положение после связи или потери питания между энкодером и контроллером, в отличие от инкрементальных поворотных энкодеров, которым для передачи данных требуется движение.