Co je to enkodér?
Enkodér (Encoder) je senzorové zařízení, které převádí fyzický pohyb (například rotační úhel, lineární posun nebo rychlost) na elektrický signál pro monitorování, zpětnou vazbu a řízení digitálními systémy, jako jsou PLC, pohony nebo průmyslové počítače. V průmyslové automatizaci, robotice, CNC zařízeních, zdravotnictví a letectví je enkodér klíčovým prvkem pro přesné polohování a řízení v uzavřené smyčce.
Přehled klasifikace enkodérů (Comprehensive Classification of Encoders)
Enkodéry lze klasifikovat podle několika technických hledisek: forma měření, typ výstupního signálu, princip snímání a komunikační rozhraní.
1. Podle formy měření (By Measurement Format)
| Typ | Popis |
|---|---|
| Rotační enkodér (Rotary Encoder) | Detekuje rotační pohyb (úhlový posun), např. hřídele motorů |
| Lineární enkodér (Linear Encoder) | Detekuje přímočarý pohyb, např. u strojů a posuvných platforem |
| Lankový enkodér (Draw Wire Encoder) | Měří delší posuny pomocí nataženého ocelového lana |
| Sestavné enkodéry (Encoder Kit) | Modulární bez krytu, ideální pro integraci do miniaturních motorů |
2. Podle typu výstupního signálu (By Signal Output Type)
| Typ | Popis |
|---|---|
| Inkrementální enkodér (Incremental Encoder) | Vydává pulzy A/B/Z podle relativního pohybu, vyžaduje počítání |
| Absolutní enkodér (Absolute Encoder) | Poskytuje jedinečnou polohu, rozlišujeme jednootáčkové a víceotáčkové |
| Analogový enkodér (Analog Encoder) | Výstupní signál v podobě napětí nebo proudu (např. 0–10V, 4–20mA) |
3. Podle principu snímání (By Sensing Technology)
| Princip | Charakteristika a použití |
|---|---|
| Optický (Optical) | Vysoké rozlišení a přesnost, vhodné do čistých prostředí |
| Magnetický (Magnetic) | Odolnost proti prachu a oleji, vhodný do náročných průmyslových podmínek |
| Kapacitní (Capacitive) | Kompaktní, odolný proti vibracím, nízká spotřeba |
| Indukční (Inductive) | Vysoká odolnost proti rušení, vhodný pro těžké stroje |
4. Podle komunikačního rozhraní (By Communication Interface)
| Rozhraní | Popis |
|---|---|
| Pulzní A/B/Z | Standardní inkrementální výstup, široká kompatibilita |
| Analogový výstup | Vhodné pro starší PLC systémy |
| Sériová rozhraní (SSI/BiSS) | Vysoce přesné a rychlé, pro pokročilé absolutní enkodéry |
| Průmyslové sběrnice (CANopen/Profibus) | Podpora vícenásobných uzlů a flexibilní architektura |
| Průmyslový Ethernet (EtherCAT/Profinet) | Vysoká rychlost, vhodné pro komplexní automatizaci |
Jak fungují enkodéry (How Encoders Work)
Enkodér se skládá z těchto hlavních částí:
- Pohybující se část – např. rotační hřídel, posuvný vozík nebo ocelové lanko
- Kódovací médium – disk, páska nebo strukturovaný materiál s periodickým vzorem
- Snímací prvek – např. optický senzor, magnetický snímač, kapacitní elektroda
- Zpracování signálu – převod surového signálu na standardní výstup
- Výstupní rozhraní – zajišťuje komunikaci s řídicí jednotkou
Při pohybu snímá enkodér pozici a převádí ji do odpovídajícího elektrického signálu. Způsob snímání závisí na technologii – optické senzory detekují světlo přes kódovací disk, magnetické snímače sledují změnu pole, kapacitní měří rozdíly v elektrickém poli.
Klíčové parametry enkodérů (Key Performance Metrics)
| Parametr | Popis |
|---|---|
| Rozlišení (Resolution) | Počet signálů na jednotku pohybu (např. PPR, počet bitů) |
| Přesnost (Accuracy) | Odchylka mezi skutečnou a měřenou hodnotou |
| Opakovatelnost (Repeatability) | Stabilita výsledku při opakovaném měření |
| Max. frekvence | Maximální rychlost pohybu, kterou lze přesně snímat |
| Logická úroveň výstupu | Standardy jako TTL, HTL, RS422 |
| Stupeň krytí (IP) | Např. IP65, IP67 – ochrana proti prachu a vodě |
Typické použití enkodérů (Common Applications)
- Průmyslová automatizace: řízení polohy dopravníků, servořízení
- CNC stroje: detekce polohy os, výměna nástrojů
- Robotika: snímání kloubů, zpětná vazba z podvozků
- Lékařská zařízení: řízení pohybu u MRI/CT
- Obnovitelné zdroje: řízení natáčení větrných turbín a solárních panelů
- Letectví a obrana: kontrola řízení letadel, stabilizace
Schéma struktury a signálu enkodéru
Obr. 1: Typický vzhled rotačního enkodéru
Obr. 2: Ilustrace vnitřní struktury enkodéru – disk, snímač, zpracování signálu
Příslušné technické normy (Relevant Standards)
- IEC 60050-351: Průmyslové měřicí terminologie
- ISO 13849: Bezpečnostní standard pro stroje (včetně bezpečnostních enkodérů)
- IEC 60529: Stupeň krytí (IP) pro elektrická zařízení
- IEC 61800-5-2: Bezpečnost pohonových systémů
- CiA 406: Specifikace zařízení enkodérů CANopen
- IEC 61158: Definice průmyslových sběrnic
Slovníček pojmů (Glossary)
| Termín | Význam |
|---|---|
| PPR | Počet pulzů na jednu otáčku (Pulses Per Revolution) |
| CPR | Počet čítačových kroků na otáčku (Counts Per Revolution) |
| Z fáze | Referenční signál jednou za otáčku u inkrementálních enkodérů |
| TTL | Digitální signál 5V |
| HTL | Výstupní signál 10–30V, vysoká odolnost vůči rušení |
| RS422 | Diferenciální výstup, vhodný pro rychlý přenos |
| SSI | Synchronní sériové rozhraní, absolutní výstup |
| BiSS | Otevřený sériový protokol pro vysoký výkon |
Shrnutí: Enkodéry jsou zásadním spojením mezi fyzickými systémy a digitálním řízením. Pochopení jejich typů, struktur a standardů napomáhá efektivní integraci a výběru pro přesné řízení v automatizaci.