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Encoder assoluto
Gli encoder assoluti sono sensori fondamentali di spostamento e posizione angolare utilizzati nell'automazione industriale moderna, nella robotica e nei sistemi di misurazione ad alta precisione. A differenza degli encoder incrementali, gli encoder assoluti forniscono dati di posizione univoci e non volatili in ogni momento, anche in caso di interruzione dell'alimentazione. Questo articolo fornisce un'analisi dettagliata della definizione, dei principi di funzionamento, dei tipi strutturali, delle uscite di segnale, delle specifiche prestazionali, dei vantaggi tecnici, delle aree di applicazione, delle norme rilevanti, dei confronti tecnici, dei problemi comuni e delle linee guida per la selezione.
Cosa è un encoder assoluto
Un encoder assoluto è un sensore in grado di fornire un codice digitale univoco che rappresenta la posizione in qualsiasi momento. Il suo segnale di uscita corrisponde alla posizione assoluta di un albero rotante o di uno spostamento lineare, piuttosto che a impulsi di movimento relativi. Anche dopo un'interruzione di alimentazione o un riavvio del sistema, l'encoder assoluto può riportare accuratamente la posizione corrente senza la necessità di riallineamento o ricerca di punti di riferimento.
Gli encoder assoluti sono comunemente utilizzati in applicazioni che richiedono elevata affidabilità e mantenimento della posizione, come la robotica, le macchine CNC, le linee di produzione automatizzate e i sistemi di ascensori.
Principio di funzionamento degli encoder assoluti
1. Encoder assoluto monogiro
- Ogni posizione entro una rivoluzione è rappresentata da una combinazione di codici unica.
- Adatto per applicazioni con intervalli di rotazione entro 360°.
2. Encoder assoluto multigiro
- Oltre alla codifica monogiro, tiene traccia del numero di rotazioni utilizzando ingranaggi meccanici o tecniche di conteggio elettronico.
- Adatto per rotazioni illimitate o applicazioni che richiedono il tracciamento della posizione multigiro.
Metodi di codifica:
- Codifica binaria
- Codice Gray
- BCD (decimale codificato in binario)
Tecnologie di rilevamento:
- Rilevamento ottico (disco codificato e sensori optoelettronici)
- Rilevamento magnetico (scale magnetiche e sensori magnetoresistivi/Hall)
- Rilevamento induttivo
Tipi di uscita del segnale
| Tipo di segnale | Descrizione |
|---|---|
| Interfaccia seriale | SSI, BiSS-C, EnDat 2.2, Profibus DP, Profinet, EtherCAT |
| Interfaccia parallela | Uscita digitale multibit |
| Uscita analogica | Tensione (0-10V) / Corrente (4-20mA), per applicazioni speciali |
Specifiche principali
- Risoluzione monogiro: Fino a 24 bit (16.777.216 posizioni).
- Conteggio multigiro: Fino a 32 bit (4.294.967.296 giri).
- Velocità di rotazione massima: Tipicamente 6000 RPM, con opzioni superiori disponibili.
- Grado di protezione: Da IP50 a IP68 (modelli industriali per carichi pesanti).
- Temperatura di esercizio: Da -40°C a +105°C.
- Resistenza a vibrazioni/urti: Conforme agli standard IEC 60068-2.
- Latenza di uscita: < 1 ms (per esigenze di controllo ad alta velocità).
Vantaggi tecnici
- Mantenimento della posizione non volatile: I dati di posizione sono preservati anche in caso di interruzione dell'alimentazione.
- Design di sistema semplificato: Nessuna necessità di riallineamento o calibrazione iniziale.
- Elevata immunità al rumore: Segnali differenziali e design dell'interfaccia resistente al rumore.
- Protocolli di comunicazione flessibili: Supporta vari fieldbus e standard Ethernet industriali.
- Alta precisione e ripetibilità: Ideale per compiti di posizionamento di precisione.
Applicazioni tipiche
- Robotica industriale: Controllo della posizione delle articolazioni.
- Centri di lavorazione CNC: Feedback di posizione di mandrini e slitte.
- Logistica intelligente: Rilevamento del percorso nei sistemi AGV e nei trasportatori.
- Magazzini automatizzati: Controllo della posizione di gru impilatrici e ascensori.
- Apparecchiature mediche: Piattaforme rotanti in scanner MRI e CT.
- Energia eolica e solare: Direzione del vento, angolo delle pale e sistemi di inseguimento solare.
Normative e standard di settore
- IEC 61800-5-2: Sicurezza funzionale dei sistemi di azionamento elettrico (compresa la classificazione SIL).
- ISO 13849-1: Sicurezza dei sistemi di controllo delle macchine.
- IEC 61131-2: Requisiti di ingresso/uscita per apparecchiature di controllo industriale.
- IEC 60529: Gradi di protezione (codice IP).
- ISO 9001: Sistema di gestione della qualità nella produzione.
Encoder assoluto vs encoder incrementale
| Indicatore di prestazione | Encoder assoluto | Encoder incrementale |
|---|---|---|
| Informazioni sulla posizione | Fornisce posizione assoluta unica | Fornisce posizione relativa |
| Mantenimento della posizione non volatile | Sì | No |
| Complessità del sistema | Inferiore (non richiede riallineamento esterno) | Richiede contatori esterni e meccanismi di riallineamento |
| Costo | Superiore | Inferiore |
| Precisione | Alta (fino a 24 bit o più) | Dipende da PPR e contatori |
| Scenario applicativo | Sistemi di tracciamento multigiro ad alta precisione | Rilevamento generale di velocità o posizione |
Manutenzione e risoluzione dei problemi
Manutenzione ordinaria
- Ispezionare regolarmente i dispositivi di fissaggio per evitare allentamenti o usura.
- Mantenere pulite le finestre ottiche per gli encoder ottici.
- Controllare l'integrità di cavi e connettori per evitare rotture o corrosione.
Problemi comuni e soluzioni
| Problema | Possibile causa | Soluzione |
|---|---|---|
| Nessuna uscita di segnale | Guasto di alimentazione o cablaggio scollegato | Controllare l'alimentazione e le connessioni dei cavi |
| Salti o perdita di dati di posizione | Interferenze, componenti invecchiati o parti allentate | Verificare la messa a terra, sostituire i componenti e serrare le parti |
| Errori o ritardi di comunicazione | Configurazione del protocollo errata o problemi di cablaggio | Verificare le impostazioni del protocollo e ispezionare o sostituire i cavi |
Guida alla selezione
- Scegli il tipo: Monogiro o multigiro in base all'intervallo di movimento.
- Requisiti di risoluzione: Selezionare il numero di bit in base alla precisione richiesta.
- Interfaccia di uscita: Scegliere un'interfaccia seriale o parallela compatibile con il controllore o il PLC.
- Specifiche di montaggio: Confermare il diametro dell'albero, lo standard della flangia e la capacità di carico.
- Requisiti ambientali: Determinare il grado di protezione e l'intervallo di temperatura in base alle condizioni di lavoro.
- Compatibilità del sistema: Garantire la compatibilità dei protocolli di comunicazione.
- Certificazioni di sicurezza: Dare priorità ai prodotti certificati SIL, ISO 13849 e altre normative pertinenti.
Comprendendo a fondo la costruzione, le funzioni, le norme e i vantaggi tecnici degli encoder assoluti, i professionisti dell'ingegneria possono selezionare efficacemente il modello appropriato in base ai requisiti applicativi specifici, migliorando le prestazioni, l'affidabilità e l'intelligenza del sistema.
Riferimenti / Normative citate
- IEC 61800-5-2:2016
- ISO 13849-1:2015
- IEC 61131-2:2017
- IEC 60529:2020
- ISO 9001:2015