ما هو جهاز التشفير؟
جهاز التشفير (Encoder) هو جهاز استشعار يستخدم لتحويل الحركة الفيزيائية (مثل الزاوية الدورانية، أو الإزاحة الخطية، أو السرعة) إلى إشارات كهربائية ليتم مراقبتها والتحكم بها من قبل أنظمة التحكم الرقمية مثل PLC، والمشغلات، والحواسيب الصناعية. يُعد جهاز التشفير مكونًا أساسيًا في التحكم الدقيق والحلقات المغلقة في مجالات مثل الأتمتة الصناعية، والروبوتات، وأنظمة CNC، والمعدات الطبية، والطيران والفضاء.
نظرة عامة على تصنيفات أجهزة التشفير (Comprehensive Classification of Encoders)
يمكن تصنيف أجهزة التشفير بناءً على عدة أبعاد تقنية، بما في ذلك طريقة القياس، نوع الإشارة، مبدأ الاستشعار، وواجهة الاتصال.
✓ حسب طريقة القياس (By Measurement Format)
| النوع | الوصف |
|---|---|
| جهاز تشفير دوراني | لقياس الحركة الدورانية مثل دوران محور المحرك أو الأقراص |
| جهاز تشفير خطي | لقياس الحركة الخطية، يُستخدم في ماكينات التصنيع والمنصات |
| جهاز تشفير سلكي | يقيس الإزاحة الطويلة عن طريق سحب سلك فولاذي |
| مجموعة تشفير | تصميم معياري بدون غلاف، مثالي للتكامل مع المحركات الصغيرة |
✓ حسب نوع الإشارة (By Signal Output Type)
| النوع | الوصف |
|---|---|
| جهاز تشفير زيادي | يُخرج نبضات A/B/Z لحركة نسبية، يحتاج إلى عد مستمر |
| جهاز تشفير مطلق | يُخرج قيمة موقع مطلقة، يحتفظ بالموقع عند انقطاع الطاقة |
| جهاز تشفير تماثلي | يُخرج إشارات مستمرة كجهد أو تيار (0–10V، 4–20mA) |
✓ حسب مبدأ الاستشعار (By Sensing Technology)
| المبدأ | المميزات والاستخدامات |
|---|---|
| ضوئي | دقة عالية، مناسب للبيئات النظيفة |
| مغناطيسي | مقاوم للغبار والزيوت، مثالي للبيئات الصناعية |
| سعوي | صغير، منخفض الاستهلاك ومناسب للأجهزة الدقيقة |
| تحريضي | مقاومة عالية للتشويش، مناسب للآلات الثقيلة |
✓ حسب واجهة الاتصال (By Communication Interface)
| النوع | الوصف |
|---|---|
| نبضات A/B/Z | إشارات قياسية للأنظمة الزيادية، شائعة الاستخدام |
| واجهة تماثلية | متوافقة مع أنظمة PLC التقليدية |
| واجهة تسلسلية (SSI/BiSS) | دقة عالية، مناسبة لأجهزة التشفير المطلقة |
| شبكة صناعية (CANopen/Profibus) | تدعم اتصالات متعددة العقد |
| إيثرنت صناعي (EtherCAT/Profinet) | مناسب للشبكات الصناعية المتقدمة ذات الزمن الحقيقي |
كيف يعمل جهاز التشفير؟ (How Encoders Work)
يتكون جهاز التشفير من الأجزاء التالية:
- عنصر الحركة: محور دوار أو مسار خطي أو سلك شد
- قرص ترميز/شريط مغناطيسي: يحتوي على بنية دورية لقراءة الموضع
- وحدة استشعار: مثل مستشعر ضوئي، أو مغناطيسي، أو سعوي، أو تحريضي
- وحدة معالجة الإشارة: تحول الإشارة إلى خرج قياسي
- واجهة الإخراج: ترسل الإشارة إلى وحدة التحكم
عند تحرك الجسم المقاس، تلتقط وحدة الاستشعار في جهاز التشفير موضعه وتحوله إلى إشارة كهربائية. تختلف طريقة العمل حسب النوع: الضوئي يستخدم ضوءًا وقرصًا شفافًا، والمغناطيسي يقرأ تغيرات المجال، والسعوي يقرأ التغيرات في المجال الكهربائي.
المعايير الأساسية للأداء (Key Performance Metrics)
| المعامل | التفسير |
|---|---|
| الدقة | عدد الإشارات مقابل وحدة حركة (مثل عدد النبضات لكل دورة) |
| الانحراف | الفرق بين القيمة الفعلية والمقاسة |
| القابلية للتكرار | مدى استقرار القياس في نفس الموضع |
| أقصى تردد استجابة | الحد الأعلى للإشارات الناتجة وفقًا للسرعة |
| مستوى الإشارة | معايير الإشارة مثل TTL، HTL، RS422 |
| مستوى الحماية (IP) | مثل IP65 وIP67، تعني الحماية من الغبار والماء |
التطبيقات الشائعة لأجهزة التشفير (Common Applications)
- الأتمتة الصناعية: التحكم في موقع الأحزمة الناقلة، المحركات المؤازرة
- ماكينات CNC: قياس مواقع المحاور وتغيير الأدوات
- الأنظمة الروبوتية: تحديد زوايا المفاصل، التنقل الدقيق
- أجهزة التصوير الطبية: التحكم في حركة أجهزة MRI وCT
- الطاقة المتجددة: تتبع الشمس، التحكم في اتجاه توربينات الرياح
- الطيران والدفاع: مراقبة وضع الطائرات وتوجيه الصواريخ
شكل وهيكل جهاز التشفير (Encoder Appearance & Structure)
الشكل 1: مظهر عام لجهاز تشفير دوراني
الشكل 2: توضيح الهيكل الداخلي لجهاز التشفير مع القرص والمستشعر والمعالج
المعايير الفنية المرجعية (Relevant Standards)
- IEC 60050-351: مصطلحات القياس الصناعي
- ISO 13849: السلامة الوظيفية للآلات (تشمل أجهزة التشفير الآمنة)
- IEC 60529: معايير حماية العلبة (تصنيف IP)
- IEC 61800-5-2: معايير السلامة لوحدات التشغيل
- CiA 406: مواصفات أجهزة CANopen
- IEC 61158: معايير بروتوكولات الحافلات الصناعية
المصطلحات الفنية (Glossary)
| المصطلح | المعنى |
|---|---|
| PPR | عدد النبضات لكل دورة |
| CPR | عدد العدّات لكل دورة |
| Z إشارة | إشارة مرجعية لكل دورة في التشفير الزيادي |
| TTL | معيار إشارة رقمي بجهد 5V |
| HTL | خرج جهد بين 10–30V، عالي المقاومة للتشويش |
| RS422 | معيار خرج تفاضلي لنقل البيانات بسرعة وبمسافة طويلة |
| SSI | واجهة تسلسلية متزامنة للمخرجات المطلقة |
| BiSS | بروتوكول اتصال تسلسلي مفتوح عالي الأداء |
الخلاصة:
جهاز التشفير هو حلقة وصل حيوية بين الأنظمة الفيزيائية والرقمية. فهم أنواعه وبنيته ومواصفاته القياسية يساعدك على اختيار أفضل الحلول لتطبيقات الأتمتة الدقيقة والتحكم الصناعي.