Enkoder absolutny

Enkodery absolutne są kluczowymi czujnikami przemieszczenia i pozycji kątowej stosowanymi we współczesnej automatyce przemysłowej, robotyce i wysokoprecyzyjnych systemach pomiarowych. W przeciwieństwie do enkoderów inkrementalnych, enkodery absolutne dostarczają unikalne, nieulotne dane pozycji przez cały czas, nawet w przypadku zaniku zasilania. Ten artykuł zawiera szczegółową analizę enkoderów absolutnych, obejmując ich definicję, zasady działania, typy konstrukcji, wyjścia sygnału, specyfikacje parametrów, zalety technologiczne, obszary zastosowań, odpowiednie standardy, porównania techniczne, typowe problemy i wytyczne doboru.

Czym jest enkoder absolutny

Enkoder absolutny to czujnik zdolny do dostarczenia unikalnego kodu cyfrowego reprezentującego pozycję w dowolnym momencie. Jego sygnał wyjściowy odpowiada bezwzględnej pozycji osi obrotowej lub przemieszczenia liniowego, zamiast impulsów relatywnych. Dzięki temu, nawet po zaniku zasilania lub ponownym uruchomieniu systemu, enkoder absolutny precyzyjnie poinformuje o bieżącej pozycji bez konieczności ponownego odnajdywania punktu referencyjnego.

Enkodery absolutne często stosuje się w aplikacjach wymagających wysokiej niezawodności i utrzymania pozycji, takich jak robotyka, maszyny CNC, zautomatyzowane linie produkcyjne i systemy wind.

Zasada działania enkoderów absolutnych

1. Enkoder absolutny jednoobrotowy

Każda pozycja w obrębie jednego obrotu reprezentowana jest przez unikalną kombinację kodów.
Nadaje się do zastosowań z zakresem obrotu do 360°.

2. Enkoder absolutny wieloobrotowy

Oprócz kodowania jednoobrotowego śledzi liczbę obrotów za pomocą przekładni mechanicznych lub elektronicznego zliczania.
Nadaje się do nieograniczonej rotacji lub aplikacji wymagających śledzenia wielu obrotów.

Metody kodowania

Kodowanie binarne
Kod Gray’a
BCD (binarnie kodowana liczba dziesiętna)

Technologie detekcji

Optyczna (tarcza kodowa i czujniki optoelektroniczne)
Magnetyczna (skale magnetyczne i czujniki magnetorezystywne/Halla)
Indukcyjna

Typy wyjść sygnału

Typ sygnału	Opis
Interfejs szeregowy	SSI, BiSS-C, EnDat 2.2, Profibus DP, Profinet, EtherCAT
Interfejs równoległy	Wielobitowe wyjście cyfrowe
Wyjście analogowe	Napięcie (0–10 V) / Prąd (4–20 mA), dla zastosowań specjalnych

Kluczowe specyfikacje

Rozdzielczość jednoobrotowa: do 24 bitów (16 777 216 pozycji)
Zakres wieloobrotowy: do 32 bitów (4 294 967 296 obrotów)
Maks. prędkość obrotowa: zazwyczaj 6000 RPM, dostępne wyższe opcje
Klasa ochrony: IP50 do IP68 (przemysłowe modele ciężkiego typu)
Temperatura pracy: –40 °C do +105 °C
Odporność na wibracje/udar: zgodna z normą IEC 60068-2
Opóźnienie wyjścia: < 1 ms (dla zastosowań wymagających szybkiego sterowania)

Zalety techniczne

Nieulotne przechowywanie pozycji: dane zachowane nawet przy zaniku zasilania
Uproszczony projekt systemu: brak potrzeby re-homingu lub zerowej kalibracji
Odporność na zakłócenia: sygnały różnicowe i interfejsy odporne na szumy
Elastyczne protokoły komunikacyjne: obsługa magistrali polowych i przemysłowego Ethernetu
Wysoka dokładność i powtarzalność: idealne do precyzyjnego pozycjonowania

Typowe zastosowania

Robotyka przemysłowa: sterowanie pozycją przegubów
Centra CNC: sprzężenie zwrotne wrzeciona i stołu
Inteligentna logistyka: wykrywanie tras AGV i przenośników
Automatyczne magazyny: sterowanie suwnicami i podnośnikami
Sprzęt medyczny: platformy obrotowe w skanerach MRI i CT
Energia wiatrowa i słoneczna: pomiar kierunku wiatru, kąta łopat, śledzenie słońca

Normy i standardy

IEC 61800-5-2: bezpieczeństwo funkcjonalne napędów (klasyfikacja SIL)
ISO 13849-1: bezpieczeństwo systemów sterowania maszyn
IEC 61131-2: wymagania I/O dla urządzeń sterowania przemysłowego
IEC 60529: stopnie ochrony (kod IP)
ISO 9001: system zarządzania jakością