Absolutní enkodér
Absolutní enkodéry jsou klíčové senzory pro měření posunutí a úhlové polohy používané v moderní průmyslové automatizaci robotice a vysoce přesných měřicích systémech Na rozdíl od inkrementálních enkodérů poskytují absolutní enkodéry jedinečná nevolatilní data o poloze za všech okolností i při výpadku napájení Tento článek poskytuje podrobnou analýzu absolutních enkodérů včetně jejich definice pracovních principů konstrukčních typů výstupů signálu výkonových specifikací technických výhod oblastí použití příslušných norem technických srovnání běžných problémů a pokynů pro výběr
Co je absolutní enkodér
Absolutní enkodér je senzor schopný poskytovat jedinečný digitální kód představující polohu v libovolném okamžiku Výstupní signál odpovídá absolutní poloze rotující osy nebo lineárního posunutí na rozdíl od relativních pohybových impulsů Proto i po výpadku napájení nebo restartu systému může absolutní enkodér přesně hlásit aktuální polohu bez nutnosti opětovného referenčního nastavení nebo hledání referenčního bodu
Absolutní enkodéry se běžně používají v aplikacích které vyžadují vysokou spolehlivost a uchování polohy například v robotice CNC strojích automatizovaných výrobních linkách a výtahových systémech
Pracovní princip absolutních enkodérů
1 Jednootáčkový absolutní enkodér (Single-Turn)
- Každá poloha v rámci jedné otáčky je reprezentována jedinečnou kombinací kódů
- Vhodné pro aplikace s rotačními rozsahy do 360°
2 Víceotáčkový absolutní enkodér (Multi-Turn)
- Kromě jednootáčkového kódování sleduje počet otáček pomocí mechanických ozubených kol nebo elektronických počítacích technik
- Vhodné pro neomezenou rotaci nebo aplikace které vyžadují sledování polohy více otáček
Kódovací metody
- Binární kódování
- Grayův kód
- BCD (binárně kódované desetinné číslo)
Snímací technologie
- Optické snímání (kódovací disk a optoelektronické senzory)
- Magnetické snímání (magnetické stupnice a magnetorezistivní/Hallovy senzory)
- Indukční snímání
Typy výstupů signálu
| Typ signálu | Popis |
|---|---|
| Sériové rozhraní | SSI BiSS-C EnDat 2.2 Profibus DP Profinet EtherCAT |
| Paralelní rozhraní | Vícebitový digitální výstup |
| Analogový výstup | Napětí (0-10V) / Proud (4-20mA) pro speciální aplikace |
Klíčové specifikace
- Jednootáčkové rozlišení až 24 bitů (16 777 216 poloh)
- Počet otáček víceotáčkového enkodéru až 32 bitů (4 294 967 296 otáček)
- Maximální rychlost otáčení typicky 6000 RPM s možností vyšších hodnot
- Stupeň krytí IP50 až IP68 (průmyslové modely pro těžký provoz)
- Provozní teplota -40°C až +105°C
- Odolnost proti vibracím a nárazům v souladu s normami IEC 60068-2
- Odezva výstupu méně než 1 ms (pro požadavky na vysokorychlostní řízení)
Technické výhody
- Uchování polohy i bez napájení data o poloze zůstávají zachována i při výpadku napájení
- Zjednodušený návrh systému není nutné opětovné referenční nastavení nebo počáteční kalibrace
- Vysoká odolnost proti rušení diferenciální signály a rozhraní odolné vůči šumu
- Flexibilní komunikační protokoly podpora různých sběrnicových systémů a průmyslových ethernetových standardů
- Vysoká přesnost a opakovatelnost vhodné pro úlohy přesného určování polohy
Typické aplikace
- Průmyslová robotika řízení polohy kloubů
- CNC obráběcí centra zpětná vazba polohy vřetena a suportu
- Chytrá logistika detekce tras systémů AGV a dopravníků
- Automatizované skladování řízení polohy zakladačů a zdvihacích zařízení
- Lékařské vybavení rotační platformy v MRI a CT skenerech
- Větrná a solární energie sledování směru větru úhlu lopatek a slunečního záření
Průmyslové normy a standardy
- IEC 61800-5-2 funkční bezpečnost elektrických pohonů včetně klasifikace SIL
- ISO 13849-1 bezpečnost řídicích systémů strojů
- IEC 61131-2 požadavky na vstupy/výstupy pro průmyslové řídicí zařízení
- IEC 60529 stupně krytí (IP kód)
- ISO 9001 systém řízení kvality výroby
Absolutní vs inkrementální enkodéry
| Výkonový ukazatel | Absolutní enkodér | Inkrementální enkodér |
|---|---|---|
| Informace o poloze | Poskytuje jedinečnou absolutní polohu | Poskytuje relativní polohu |
| Uchování polohy bez napájení | Ano | Ne |
| Složitost systému | Nižší (není nutné externí referenční nastavení) | Vyžaduje externí čítače a referenční mechanismy |
| Náklady | Vyšší | Nižší |
| Přesnost | Vysoká (až 24 bitů nebo více) | Závisí na PPR a čítačích |
| Oblast použití | Vysoce přesné víceotáčkové sledovací systémy | Obecné systémy detekce rychlosti nebo polohy |
Údržba a řešení problémů
Rutinní údržba
- Pravidelně kontrolujte upevňovací prvky abyste předešli uvolnění nebo opotřebení
- Udržujte optická okna čistá u optických enkodérů
- Zkontrolujte integritu kabelů a konektorů abyste předešli přerušení nebo korozi
Běžné problémy a jejich řešení
| Problém | Možná příčina | Řešení |
|---|---|---|
| Žádný výstupní signál | Výpadek napájení nebo odpojené vedení | Zkontrolujte napájení a připojení vedení |
| Skoky nebo ztráta dat o poloze | Rušení stárnoucí komponenty nebo uvolněné části | Zkontrolujte uzemnění vyměňte komponenty a upevněte části |
| Chyby nebo zpoždění komunikace | Nesprávná konfigurace protokolu nebo problémy s vedením | Ověřte nastavení protokolu a zkontrolujte nebo vyměňte kabely |
Průvodce výběrem
- Vyberte typ jednootáčkový nebo víceotáčkový podle rozsahu pohybu
- Požadavky na rozlišení zvolte počet bitů podle požadavků na přesnost řízení
- Výstupní rozhraní vyberte sériové nebo paralelní rozhraní kompatibilní s řadičem nebo PLC
- Montážní specifikace potvrďte průměr hřídele standard příruby a nosnost
- Požadavky na prostředí určete stupeň krytí a teplotní rozsah podle skutečných provozních podmínek
- Kompatibilita systému zajistěte kompatibilitu komunikačních protokolů se stávajícími systémy
- Bezpečnostní certifikace pro kritické aplikace upřednostněte produkty certifikované podle SIL ISO 13849 a dalších relevantních norem
Důkladným pochopením konstrukce funkcí norem