المشفر المطلق
المشفرات المطلقة هي أجهزة استشعار حاسمة لقياس الإزاحة والموضع الزاوي وتُستخدم في الأتمتة الصناعية الحديثة والروبوتات وأنظمة القياس عالية الدقة. على عكس المشفرات التزايدية، توفر المشفرات المطلقة بيانات موضع فريدة وغير متطايرة في جميع الأوقات، حتى أثناء انقطاع التيار الكهربائي. توفر هذه المقالة تحليلاً مفصلاً للمشفرات المطلقة، بما في ذلك تعريفها ومبادئ العمل والأنواع الهيكلية ومخرجات الإشارة والمواصفات الفنية والمزايا التقنية ومجالات التطبيق والمعايير ذات الصلة والمقارنات الفنية والمشكلات الشائعة وإرشادات الاختيار.
ما هو المشفر المطلق
المشفر المطلق هو جهاز استشعار قادر على تقديم رمز رقمي فريد يمثل الموضع في أي لحظة معينة. تتوافق إشارة الخرج مع الموضع المطلق للعمود الدوار أو الإزاحة الخطية، وليس نبضات الحركة النسبية. حتى بعد انقطاع التيار الكهربائي أو إعادة تشغيل النظام، يمكن للمشفر المطلق الإبلاغ بدقة عن الموضع الحالي دون الحاجة إلى إعادة المعايرة أو البحث عن نقطة مرجعية.
تُستخدم المشفرات المطلقة عادةً في التطبيقات التي تتطلب موثوقية عالية واحتفاظًا بالموضع مثل الروبوتات وماكينات CNC وخطوط الإنتاج الآلية وأنظمة المصاعد.
مبدأ عمل المشفرات المطلقة
1. مشفر مطلق أحادي الدورة
- يتم تمثيل كل موضع داخل دورة واحدة بواسطة تركيبة رمز فريدة.
- مناسب للتطبيقات ذات نطاقات الدوران ضمن 360°.
2. مشفر مطلق متعدد الدورات
- بالإضافة إلى ترميز الدورة الواحدة، يتتبع عدد الدورات باستخدام التروس الميكانيكية أو تقنيات العد الإلكترونية.
- مناسب للدوران غير المحدود أو التطبيقات التي تتطلب تتبع الموضع متعدد الدورات.
طرق الترميز:
- الترميز الثنائي
- رمز غراي
- BCD (العشري المشفر ثنائيًا)
تقنيات الاستشعار:
- الاستشعار البصري (قرص الشفرة وأجهزة الاستشعار الكهروضوئية)
- الاستشعار المغناطيسي (المقاييس المغناطيسية وأجهزة الاستشعار المغناطيسية المقاومة / هول)
- الاستشعار الاستقرائي
أنواع مخرجات الإشارة
| نوع الإشارة | الوصف |
|---|---|
| الواجهة التسلسلية | SSI، BiSS-C، EnDat 2.2، Profibus DP، Profinet، EtherCAT |
| الواجهة المتوازية | خرج رقمي متعدد البتات |
| الخرج التناظري | الجهد (0-10 فولت) / التيار (4-20 مللي أمبير)، لتطبيقات خاصة |
المواصفات الرئيسية
- دقة الدورة الواحدة: تصل إلى 24 بت (16,777,216 موضع).
- عدد الدورات المتعددة: يصل إلى 32 بت (4,294,967,296 دورة).
- السرعة الدورانية القصوى: عادة 6000 دورة في الدقيقة، مع توفر خيارات أعلى.
- تصنيف الحماية: من IP50 إلى IP68 (نماذج صناعية للخدمة الشاقة).
- درجة حرارة التشغيل: من -40°C إلى +105°C.
- مقاومة الاهتزاز / الصدمات: وفقًا لمعايير IEC 60068-2.
- زمن استجابة الخرج: أقل من 1 مللي ثانية (للمتطلبات عالية السرعة).
المزايا التقنية
- احتفاظ بالموضع غير متطاير: يتم الحفاظ على بيانات الموضع حتى أثناء انقطاع التيار.
- تبسيط تصميم النظام: لا حاجة لإعادة المعايرة أو المعايرة الأولية.
- مناعة قوية ضد التشويش: إشارات تفاضلية وتصميم مقاوم للضوضاء.
- بروتوكولات اتصال مرنة: تدعم العديد من الحافلات الميدانية ومعايير الإيثرنت الصناعية.
- دقة وتكرار عاليان: مناسب لمهام تحديد الموضع الدقيقة.
التطبيقات النموذجية
- الروبوتات الصناعية: التحكم في موضع المفاصل.
- مراكز التصنيع CNC: ارتجاع موضع المغزل والمنزلق.
- اللوجستيات الذكية: كشف مسار نظام AGV وأنظمة النقل.
- التخزين الآلي: التحكم في موضع رافعات التكديس والمصاعد.
- المعدات الطبية: المنصات الدوارة في أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي والتصوير المقطعي المحوسب.
- طاقة الرياح والطاقة الشمسية: اتجاه الرياح وزاوية الشفرات وأنظمة تتبع الشمس.
المعايير والمقاييس الصناعية
- IEC 61800-5-2: السلامة الوظيفية لأنظمة القيادة الكهربائية (بما في ذلك تصنيف SIL).
- ISO 13849-1: سلامة أنظمة التحكم في الآلات.
- IEC 61131-2: متطلبات الإدخال/الإخراج لمعدات التحكم الصناعي.
- IEC 60529: درجات الحماية (رمز IP).
- ISO 9001: نظام إدارة الجودة في التصنيع.
مقارنة بين المشفر المطلق والمشفر التزايدي
| مؤشر الأداء | المشفر المطلق | المشفر التزايدي |
|---|---|---|
| معلومات الموضع | يوفر موضعًا مطلقًا فريدًا | يوفر موضعًا نسبيًا |
| احتفاظ الموضع غير المتطاير | نعم | لا |
| تعقيد النظام | أقل (لا حاجة لإعادة المعايرة الخارجية) | يتطلب عدادات وآليات إعادة المعايرة |
| التكلفة | أعلى | أقل |
| الدقة | عالية (حتى 24 بت أو أكثر) | تعتمد على PPR والعدادات |
| سيناريو التطبيق | أنظمة تتبع متعددة الدورات عالية الدقة | أنظمة الكشف عن السرعة أو الموضع العامة |
الصيانة واستكشاف الأخطاء
الصيانة الروتينية
- فحص السحابات المثبتة بانتظام لمنع الارتخاء أو التآكل.
- الحفاظ على نظافة النوافذ البصرية للمشفرات البصرية.
- التحقق من سلامة الكابلات والموصلات لمنع الانقطاع أو التآكل.
المشكلات الشائعة والحلول
| المشكلة | السبب المحتمل | الحل |
|---|---|---|
| عدم وجود خرج إشارة | فشل في الطاقة أو انقطاع في الأسلاك | التحقق من مصدر الطاقة واتصالات الأسلاك |
| قفز بيانات الموضع أو فقدها | التداخل أو تقادم المكونات أو الأجزاء المفكوكة | التحقق من التأريض واستبدال المكونات وربط الأجزاء |
| أخطاء الاتصال أو التأخير | تكوين بروتوكول غير صحيح أو مشكلات في الأسلاك | التحقق من إعدادات البروتوكول وفحص أو استبدال الكابلات |
دليل الاختيار
- اختيار النوع: أحادي الدورة أو متعدد الدورات حسب نطاق الحركة.
- متطلبات الدقة: اختيار عدد البتات بناءً على احتياجات التحكم في الدقة.
- واجهة الإخراج: اختيار واجهة تسلسلية أو متوازية متوافقة مع وحدة التحكم أو PLC.
- مواصفات التركيب: تأكيد قطر العمود، معيار الحافة، وسعة التحميل.
- متطلبات البيئة: تحديد درجة الحماية ونطاق درجة الحرارة وفقًا لظروف العمل الفعلية.
- التوافق مع النظام: التأكد من توافق بروتوكولات الاتصال مع الأنظمة الحالية.
- شهادات السلامة: للتطبيقات الحرجة، إعطاء الأولوية للمنتجات المعتمدة وفقًا لـ SIL وISO 13849 والمعايير ذات الصلة.
من خلال فهم شامل لبناء ووظائف ومعايير ومزايا المشفرات المطلقة، يمكن للمهندسين اختيار النموذج المناسب بكفاءة وفقًا لمتطلبات التطبيق المحددة، مما يعزز أداء النظام وموثوقيته وذكائه.
المراجع / المعايير المستشهد بها
- IEC 61800-5-2:2016
- ISO 13849-1:2015
- IEC 61131-2:2017
- IEC 60529:2020
- ISO 9001:2015