Absoluuttinen enkooderi
Absoluuttiset enkooderit ovat kriittisiä siirtymä- ja kulma-aseman antureita, joita käytetään nykyaikaisessa teollisuusautomaatiossa, robotiikassa ja tarkkuusmittausjärjestelmissä. Toisin kuin inkrementaalienkooderit, absoluuttiset enkooderit tarjoavat ainutlaatuisia, ei-häviäviä sijaintitietoja kaikissa tilanteissa, myös sähkökatkosten aikana. Tässä artikkelissa tarjotaan yksityiskohtainen analyysi absoluuttisista enkoodereista, käsitellen niiden määritelmää, toimintaperiaatteita, rakenteellisia tyyppejä, signaalilähtöjä, suorituskykyominaisuuksia, teknisiä etuja, sovellusalueita, asiaankuuluvia standardeja, teknisiä vertailuja, yleisiä ongelmia ja valintaohjeita.
Mikä on absoluuttinen enkooderi
Absoluuttinen enkooderi on anturi, joka pystyy tarjoamaan ainutlaatuisen digitaalisen koodin, joka edustaa sijaintia milloin tahansa. Sen lähtösignaali vastaa pyörivän akselin tai lineaarisen siirtymän absoluuttista sijaintia, ei suhteellisia liikepulssia. Näin ollen absoluuttinen enkooderi voi sähkökatkoksen tai järjestelmän uudelleenkäynnistyksen jälkeen tarkasti ilmoittaa nykyisen sijainnin ilman nollaukseen tai viitepisteen etsintään liittyviä vaatimuksia.
Absoluuttisia enkoodereita käytetään yleisesti sovelluksissa, jotka vaativat suurta luotettavuutta ja sijainnin säilyttämistä, kuten robotiikka, CNC-koneet, automatisoidut tuotantolinjat ja hissijärjestelmät.
Absoluuttisten enkoodereiden toimintaperiaate
1. Yhden kierroksen absoluuttinen enkooderi (Single-Turn)
- Jokainen sijainti yhden kierroksen sisällä edustetaan ainutlaatuisella koodiyhdistelmällä.
- Soveltuu sovelluksiin, joissa kiertokulmat ovat enintään 360°.
2. Monikierroksinen absoluuttinen enkooderi (Multi-Turn)
- Yhden kierroksen koodauksen lisäksi se seuraa kierrosten määrää mekaanisten hammaspyörien tai elektronisen laskennan avulla.
- Sopii rajoittamattomaan kiertoon tai sovelluksiin, jotka vaativat monikierroksista sijainnin seurantaa.
Koodausmenetelmät:
- Binäärinen koodaus
- Gray-koodi
- BCD (Binäärisesti koodattu desimaali)
Havaitsemistekniikat:
- Optinen tunnistus (koodilevy ja optoelektroniset anturit)
- Magneettinen tunnistus (magneettiasteikot ja magnetoresistiiviset/Hall-anturit)
- Induktiivinen tunnistus
Signaalilähtötyypit
| Signaalityyppi | Kuvaus |
|---|---|
| Sarjaliitäntä | SSI, BiSS-C, EnDat 2.2, Profibus DP, Profinet, EtherCAT |
| Rinnakkaisliitäntä | Monibittinen digitaalilähtö |
| Analoginen lähtö | Jännite (0-10V) / Virta (4-20mA) erikoissovelluksia varten |
Tärkeimmät tekniset tiedot
- Yhden kierroksen resoluutio: Jopa 24 bittiä (16 777 216 sijaintia).
- Monikierroslaskenta: Jopa 32 bittiä (4 294 967 296 kierrosta).
- Suurin pyörimisnopeus: Tyypillisesti 6000 RPM, korkeammat vaihtoehdot saatavilla.
- Suojausluokitus: IP50 – IP68 (teollisuuden raskaat mallit).
- Käyttölämpötila: -40°C – +105°C.
- Tärinä-/iskunkestävyys: IEC 60068-2 -standardien mukainen.
- Lähtöviive: < 1 ms (nopean ohjauksen vaatimuksiin).
Tekniset edut
- Ei-häviävä sijainnin säilytys: Sijaintitiedot säilyvät myös sähkökatkoksen aikana.
- Yksinkertaistettu järjestelmäsuunnittelu: Ei tarvetta nollaukselle tai alkukalibroinnille.
- Vahva häiriönsieto: Differentiaalinen signaali ja häiriönkestävä liitäntä.
- Joustavat viestintäprotokollat: Tukee useita kenttäväylä- ja teollisuuden Ethernet-standardeja.
- Korkea tarkkuus ja toistettavuus: Soveltuu tarkkaan paikannukseen.
Tyypilliset sovellukset
- Teollinen robotiikka: Nivelasentojen ohjaus.
- CNC-työstökeskukset: Karojen ja kelkkojen sijaintipalautteet.
- Älykäs logistiikka: AGV- ja kuljetinjärjestelmien reitintunnistus.
- Automaattinen varastointi: Pinontanosturin ja hissin sijainnin ohjaus.
- Lääketieteelliset laitteet: MRI- ja CT-skannereiden pyörimisalustat.
- Tuuli- ja aurinkoenergia: Tuulensuunta, lavan kulma ja aurinkoseurantalaitteet.
Teollisuusstandardit ja normit
- IEC 61800-5-2: Sähköisten käyttöjärjestelmien toiminnallinen turvallisuus (sisältää SIL-luokituksen).
- ISO 13849-1: Koneiden ohjausjärjestelmien turvallisuus.
- IEC 61131-2: Teollisuuden ohjauslaitteiden tulo-/lähtövaatimukset.
- IEC 60529: Suojausasteet (IP-koodi).
- ISO 9001: Valmistuksen laatujärjestelmä.
Absoluuttinen vs inkrementaali enkooderit
| Suorituskykyindikaattori | Absoluuttinen enkooderi | Inkrementaali enkooderi |
|---|---|---|
| Sijaintitieto | Tarjoaa ainutlaatuisen absoluuttisen sijainnin | Tarjoaa suhteellisen sijainnin |
| Ei-häviävä sijainnin säilytys | Kyllä | Ei |
| Järjestelmän monimutkaisuus | Alhaisempi (ei tarvetta ulkoiselle nollaukselle) | Vaatii ulkoisia laskureita ja nollausmekanismeja |
| Kustannukset | Korkeammat | Alemmat |
| Tarkkuus | Korkea (jopa 24 bittiä tai enemmän) | Riippuu PPR:stä ja laskureista |
| Sovellustilanne | Korkean tarkkuuden monikierroksen seurantajärjestelmät | Yleiset nopeus- tai paikannussovellukset |
Huolto ja vianmääritys
Rutiinihuolto
- Tarkista säännöllisesti kiinnitysosat löystymisen tai kulumisen estämiseksi.
- Pidä optiset ikkunat puhtaina optisissa enkoodereissa.
- Tarkista kaapeleiden ja liittimien eheys murtumien tai korroosion estämiseksi.
Yleisiä ongelmia ja ratkaisuja
| Ongelma | Mahdollinen syy | Ratkaisu |
|---|---|---|
| Ei signaalilähtöä | Sähkökatko tai katkenneet johdot | Tarkista virtalähde ja johdot |
| Sijaintitiedot hyppivät tai katoavat | Häiriöt, vanhentuneet komponentit tai löysät osat | Tarkista maadoitus, vaihda komponentit ja kiristä osat |
| Viestintävirheet tai viiveet | Väärä protokollakokoonpano tai johdotusongelmat | Varmista protokolla-asetukset ja tarkista tai vaihda kaapelit |
Valintaopas
- Valitse tyyppi: Single-turn tai multi-turn liikealueen mukaan.
- Resoluutio: Valitse bittimäärä ohjaustarkkuuden tarpeen mukaan.
- Lähtöliitäntä: Valitse sarja- tai rinnakkaisliitäntä, joka on yhteensopiva ohjaimen tai PLC:n kanssa.
- Asennusmääritykset: Varmista akselin halkaisija, laipan standardi ja kuormituskapasiteetti.
- Ympäristövaatimukset: Määritä suojausluokka ja lämpötila-alue todellisten käyttöolosuhteiden mukaan.
- Järjestelmän yhteensopivuus: Varmista, että viestintäprotokollat ovat yhteensopivia olemassa olevien järjestelmien kanssa.
- Turvallisuussertifikaatit: Tärkeissä sovelluksissa etusijalle tuotteet, jotka on sertifioitu SIL-, ISO 13849- ja muiden asiaankuuluvien standardien mukaan.
Kun insinöörit ymmärtävät perusteellisesti absoluuttisten enkoodereiden rakenteen, toiminnot, standardit ja tekniset edut, he voivat tehokkaasti valita sopivan mallin sovellusvaatimusten mukaan ja parantaa järjestelmän suorituskykyä, luotettavuutta ja älykkyyttä.
Viitteet / Viitestandardeja
- IEC 61800-5-2:2016
- ISO 13849-1:2015
- IEC 61131-2:2017
- IEC 60529:2020
- ISO 9001:2015