انکودر افزایشی
رمزگذار افزایشی یکی از رایج‌ترین حسگرها در سیستم‌های کنترل حرکت است و به‌طور گسترده در اتوماسیون صنعتی، دستگاه‌های CNC، ربات‌ها و سیستم‌های بازرسی خودکار کاربرد دارد. در این مقاله به تعریف رمزگذار افزایشی، اصول کار، ویژگی‌های خروجی سیگنال، مشخصات کلیدی، طبقه‌بندی ساختاری، استانداردهای صنعتی، مقایسه فنی، مشکلات رایج نگهداری و راه‌حل‌ها و راهنمای انتخاب خواهیم پرداخت.
انکودر افزایشی چیست
انکودر افزایشی حسگری است که اطلاعات جابجایی مکانیکی را به‌صورت سیگنال‌های نبضی دوره‌ای خروجی می‌دهد. با هر گردش یا حرکت در زاویه یا مسافت مشخص، تعداد معینی پالس الکتریکی تولید می‌شود که با شمارنده یا کنترل‌کننده خارجی شمرده شده و موقعیت نسبی را تعیین می‌کند.
سیگنال‌های خروجی انکودر افزایشی معمولاً شامل فاز A، فاز B (خروجی متعامد برای تعیین جهت) و فاز Z (پالس مرجع یک‌بار در هر دور) هستند. از آنجا که این نوع انکودر تنها موقعیت نسبی را ارائه می‌دهد، پس از قطع برق اطلاعات موقعیت حذف می‌شود و معمولاً به مکانیزم کالیبراسیون نقطه صفر نیاز است.
اصول کار انکودر افزایشی
انکودر نوری افزایشی
انکودر نوری افزایشی با تابش نور LED روی یک دیسک شفاف/مات دوار عمل می‌کند. مناطق متناوب شفاف و غیرشفاف روی دیسک، پالس‌های نوری دوره‌ای ایجاد می‌کنند که در سنسور نوری دریافت و به سیگنال الکتریکی تبدیل شده، سپس به پالس‌های مربعی استاندارد تبدیل می‌شوند.
انکودر مغناطیسی افزایشی
انکودر مغناطیسی افزایشی از حسگرهای مغناطیسی (عنصر هال یا سنسور مقاومت مغناطیسی) برای تشخیص تغییر قطبیت شبکه مغناطیسی نصب‌شده روی شافت استفاده می‌کند و پالس‌های الکتریکی دوره‌ای تولید می‌کند.
تشخیص جهت و نقطه صفر
بین سیگنال‌های فاز A و B اختلاف فازی برابر با 90° وجود دارد که جهت چرخش را مشخص می‌کند. فاز Z در هر دور یک پالس ذخیره‌ای ارسال کرده و به‌عنوان نقطه مرجع صفر به‌کار می‌رود.
ویژگی‌های خروجی سیگنال
| پارامتر | شرح |
|---|---|
| نوع سیگنال خروجی | موج مربعی (TTL/HTL/RS422)، خروجی آنالوگ سینوسی/کوسینی |
| سطح ولتاژ | TTL (5V)، HTL (10–30V)، سیگنال تفاضلی RS422 |
| دامنه فرکانس | تا چند صد کیلوهرتز تا چند مگاهرتز |
| وضوح (PPR) | معمولاً 100–10000 PPR، با تقویت (4×، 16×) بالاتر |
| اختلاف فاز | 90° ±10° بین فازهای A و B |
| فاصله انتقال | سیگنال RS422 تا بیش از 100 متر |
مقایسه انکودر افزایشی و انکودر مطلق
| معیار | انکودر افزایشی | انکودر مطلق |
|---|---|---|
| اطلاعات موقعیت | نسبی، نیاز به شمارنده خارجی | مطلق، حافظه داخلی |
| هزینه | پایین | بالا |
| پیچیدگی سیستم | نیاز به مدیریت نقطه صفر و شمارنده | ساده، بدون نیاز به شمارنده خارجی |
| بازیابی پس از قطع برق | بازیابی خودکار ندارد | موقعیت را ذخیره و بازیابی می‌کند |
| کاربردها | کنترل سرعت/موقعیت عمومی | سیستم‌های موقعیت‌یابی دقیق |
مشخصات کلیدی
- وضوح (PPR): تعداد پالس‌ها در هر دور، تعیین‌کننده دقت اندازه‌گیری.
- حداکثر سرعت (RPM): بیشینه سرعت چرخش مجاز در شرایط عادی.
- درجه حفاظت (IP): از IP50 تا IP68، مشخص‌کننده محیط کاری.
- دامنه دمای کاری: استاندارد -20℃ تا +85℃، گسترده -40℃ تا +100℃.
- مقاومت در برابر لرزش و شوک: لرزش 10–20g و شوک تا 50–200g.
کاربردهای معمول
- اتوماسیون صنعتی: بازخورد سرعت موتور و موقعیت در خط تولید.
- دستگاه‌های CNC: تعیین موقعیت میز و کنترل سرعت محور اصلی.
- ماشین‌های بسته‌بندی و چاپ: کنترل طول مواد و هم‌ترازی.
- تجهیزات پزشکی: پلتفرم‌های چرخشی CT و کنترل جابجایی ابزارها.
- سیستم‌های لجستیک هوشمند: هدایت AGV و سیستم‌های انتقال.
- آسانسورها و جرثقیل‌ها: موقعیت‌یابی کابین و کنترل بالا/پایین رفتن.
استانداردهای صنعتی
- ISO 13849-1: ایمنی عملکرد سیستم‌های کنترل مکانیکی.
- IEC 61000-6-2: سازگاری الکترومغناطیسی برای محیط صنعتی.
- IEC 60068-2: تست تطابق محیطی (لرزش و شوک).
- IEC 60529: محافظت در برابر گردوغبار و آب (کد IP).
نگهداری و رفع عیب
نگهداری روزمره
- بررسی منظم نصب مکانیکی (شافت، کوپلینگ، فلنج).
- تمیز کردن سطح، به‌ویژه برای انکودرهای نوری از تجمع گردوغبار و روغن جلوگیری می‌کند.
- بازبینی کابل‌ها و اتصالات برای پیشگیری از خوردگی یا لق‌شدن.
مشکلات رایج و راه‌حل
- قطع سیگنال خروجی: منبع تغذیه و کابل‌ها را بررسی کنید؛ از سلامت حسگر اطمینان حاصل کنید.
- فقدان یا نوسان سیگنال: ایمنی نصب مکانیکی را بازبینی کنید؛ برای کاهش تداخل EMI از کابل‌های شیلد‌دار استفاده کنید.
- نوسانات غیرطبیعی: وضعیت یاتاقان‌ها و کوپلینگ را بررسی و در صورت نیاز تعویض نمایید؛ از بار مجاز اطمینان حاصل کنید.
راهنمای انتخاب
- تعیین نیازهای کاربرد: نوع حرکت (دورانی/خطی)، دقت و سرعت مورد نیاز را مشخص کنید.
- مطابقت وضوح و فرکانس: وضوح مناسب را متناسب با فرکانس ورودی PLC یا کنترل‌کننده انتخاب کنید.
- نوع رابط و سطح ولتاژ: تطابق سیگنال‌ها (TTL/HTL/RS422) با سیستم کنترل را بررسی کنید.
- ملاحظات محیطی: درجه حفاظت و جنس قطعات را بر اساس دما، گردوغبار و رطوبت تعیین کنید.
- مشخصات مکانیکی نصب: قطر شافت، روش نصب و بار مجاز باید با کاربرد واقعی هماهنگ باشند.
با درک عمیق اصول کار انکودر افزایشی، ویژگی‌های خروجی سیگنال، نیازهای کاربردی، استانداردهای صنعتی و روش‌های نگهداری، مهندسان می‌توانند بهینه‌ترین انتخاب را انجام داده و قابلیت اطمینان و کارایی تجهیزات را بهبود بخشند.