المشفرات التزايدية
يُعَدُّ المُشفِّرُ التَّزَايُدِيّ واحدًا من أكثر الحساسات استخدامًا في أنظمة التحكم في الحركة، ويُستخدَم على نطاق واسع في الأتمتة الصناعية، وآلات التحكم الرقمي بالكمبيوتر (CNC)، والروبوتات، وأنظمة الفحص الآلي وغيرها من المجالات. ستُفَصِّل هذه المقالة تعريف المُشفِّرِ التَّزَايُدِيّ، مبدأ عمله، خصائص خرج الإشارة، مؤشرات الأداء، التصنيف الهيكلي، المعايير الصناعية، المقارنات التقنية، المشكلات الشائعة في الصيانة وحلولها، ودليل الاختيار.
ما هو المُشفِّرُ التَّزَايُدِيّ
المُشفِّرُ التَّزَايُدِيّ هو حساس يُنتِج معلومات الإزاحة الميكانيكية في شكل إشارات نبضية دورية. تكمن ميزته في أنه مع كل دورة أو حركة بمقدار زاوية أو مسافة محددة، يُولَّد عددٌ ثابت من النبضات الكهربائية، التي يُمكن لعداد خارجي أو جهاز تحكُّم عدُّها لقياس الموقع بشكلٍ نسبي.
عادةً ما تتضمّن الإشارات الصادرة عن المُشفِّرِ التَّزَايُدِيّ ثلاثَ مراحل:
- المرحلة A
- المرحلة B (إخراج متعامد لتحديد الاتجاه)
- المرحلة Z (نبضة مرجعية تُنتَج مرة واحدة في كل دورة)
وبما أنَّ هذا النوع من المُشفِّرات يوفِّر فقط معلومات موقعٍ نسبي، فإنه يفقد البيانات عند انقطاع التيار الكهربائي، لذا غالبًا ما يُرافقه جهاز معايرةٍ ميكانيكي أو كهربائي لضبط النقطة الصفرية.
مبدأ عمل المُشفِّرِ التَّزَايُدِيّ
المُشفِّرُ التَّزَايُدِيّ البصري
يستعين المُشفِّرُ التَّزَايُدِيّ البصري بمصدر ضوء LED يُسلَّط على قرصٍ دوارٍ من مادةٍ شفافة ومعتِمَة مُتَناوبة. عند دوران القرص، تتولَّد إشاراتٌ كهربائيةٌ دوريةٌ في الكاشف الضوئي، ثم تُعالَج إلكترونيًا وتُحوَّل إلى نبضات موجية مربعة قياسية.
المُشفِّرُ التَّزَايُدِيّ المغناطيسي
يعتمد المُشفِّرُ التَّزَايُدِيّ المغناطيسي على حساساتٍ مغناطيسية (مثل عناصر هول أو حساسات المقاومة المغناطيسية) لكشف تغيُّر قطبية شبكةٍ مغناطيسيةٍ ملتصقة بمحور الدوران، ما يُولِّد إشاراتٍ نبضيةً دورية.
الكشف عن الاتجاه والنقطة الصفرية
يُوجد فرقُ طورٍ كهربائي مقداره 90° بين إشارات المرحلتين A وB، ما يتيح تحديد اتجاه الدوران. أما المرحلة Z فتنتهي بنبضةٍ واحدةٍ في كل دورةٍ كاملةٍ، وتُستخدم كنقطةٍ مرجعيةٍ لضبط الصفر.
خصائص خرج الإشارة (Signal Characteristics)
| العنصر | الوصف |
|---|---|
| نوع الخرج | نبضات مربعة (TTL/HTL/RS422)، أو إخراجٌ تماثلي سينوسي/كوسيني |
| مستوى الجهد | TTL (5V)، HTL (10–30V)، أو إشارة تفاضلية RS422 |
| نطاق التردد | يصل إلى مئات الكيلو هرتز وحتى ميغاهرتز |
| الدقة (PPR) | عادةً بين 100 و10000 PPR، ويمكن زيادتها بالتداخل |
| فرق الطور | 90° ±10° بين المرحلتين A وB |
| مسافة النقل | إشارات RS422 التفاضلية قد تصل إلى أكثر من 100 متر |
مقارنة بين المُشفِّرِ التَّزَايُدِيّ والمُشفِّرِ المُطْلَق (Incremental vs Absolute Encoder)
| مؤشر الأداء | المُشفِّرُ التَّزَايُدِيّ | المُشفِّرُ المُطْلَق |
|---|---|---|
| معلومات الموقع | نسبية، تتطلب عدادًا خارجيًا | مطلقة، مع ذاكرة داخلية |
| التكلفة | منخفضة | مرتفعة |
| تعقيد النظام | يحتاج لإدارة الصفر وعدّاد خارجي | بسيط، لا يحتاج لعداد خارجي |
| استعادة البيانات بعد انقطاع الكهرباء | غير مؤتمتة | مؤتمتة |
| مجالات التطبيق | تحكم عام بالسرعة والموقع | نظم تحديد الموقع عالية الدقة |
المؤشرات الأساسية للأداء (Key Specifications)
- الدقة (PPR): عدد النبضات لكل دورة، يحدد دقة القياس.
- السرعة القصوى (RPM): أعلى سرعة دوران مسموح بها أثناء التشغيل العادي.
- درجة الحماية (IP): مثل IP50–IP68، تحدد ظروف البيئة المناسبة.
- نطاق درجة الحرارة: قياسي -20℃ إلى +85℃، ممتد -40℃ إلى +100℃.
- مقاومة الاهتزاز والصدمات: عادةً 10–20g للاهتزاز، وصدمات حتى 50–200g.
المجالات النموذجية للتطبيق (Typical Applications)
- الأتمتة الصناعية: مراقبة سرعة المحركات واكتشاف موقع خط الإنتاج.
- آلات CNC: تحديد موقع المنزلقات والتحكم في سرعة المحور.
- آلات التعبئة والطباعة: التحكم في طول المواد وأنظمة المحاذاة.
- الأجهزة الطبية: منصات CT الدوارة، والتحكم في حركة أجهزة الفحص.
- أنظمة اللوجستيات الذكية: توجيه AGV ونقل المواد.
- المصاعد والرافعات: تحديد موقع المقصورة والتحكم في الرفع.
المعايير الصناعية واللوائح (Industry Standards and Norms)
- ISO 13849-1: السلامة الوظيفية لأنظمة التحكم الميكانيكية.
- IEC 61000-6-2: التوافق الكهرومغناطيسي للبيئات الصناعية.
- IEC 60068-2: اختبارات التكيف البيئي (اهتزاز وصدمات).
- IEC 60529: حماية الأجهزة ضد الغبار والماء (رمز IP).
الصيانة وحل المشكلات (Maintenance and Troubleshooting)
الصيانة الروتينية
- فحص التثبيت الميكانيكي (المحور، الكوبلنغ، الفلانش) بانتظام.
- تنظيف السطح، خاصة للمُشفِّرات البصرية لتجنب تراكم الأتربة والزيوت.
- التحقق من الكابلات والموصلات لتجنب التآكل أو الانفصال.
المشكلات الشائعة والحلول
- انقطاع الإشارة: تحقق من المصدر الكهربائي والكابلات، وتأكد من سلامة الحساس.
- فقدان أو اهتزاز الإشارة: تأكد من ثبات التركيب الميكانيكي، واستخدم كابلات محمية للحد من التداخل الكهرومغناطيسي.
- تقلبات غير طبيعية في الإشارة: افحص المحامل والكوبلنغ واستبدلها عند الضرورة، وتأكد من حملٍ ضمن الحدود المسموح بها.
دليل الاختيار (Selection Guide)
- تحديد متطلبات التطبيق: نوع الحركة (دورانية/خطية)، الدقة المطلوبة، ونطاق السرعة.
- مطابقة الدقة والتردد: اختر دقة (PPR) متوافقة مع تردد الإدخال لوحدة التحكم أو PLC.
- نوع الواجهة والجهد: تأكد من توافق الإشارات (TTL/HTL/RS422) مع نظام التحكم.
- متطلبات البيئة: حدد مستوى الحماية والمواد المناسبة (درجات الحرارة، الغبار، الرطوبة).
- المواصفات الميكانيكية: تأكد من توافق قطر المحور وطريقة التثبيت ومتطلبات الحمل مع التطبيق الفعلي.
من خلال إتقان مبدأ عمل المُشفِّرِ التَّزَايُدِيّ وخصائص خرج الإشارة ومتطلبات التطبيق والمعايير الصناعية وطرق الصيانة، يمكن للمهندسين تحقيق تكاملٍ نظامي أفضل واختيار أجهزة بدقةٍ عالية، مما يعزز موثوقية الأداء وكفاءة المعدات.