Ce este un encoder?
Un encoder este un dispozitiv senzorial care convertește mișcarea fizică (precum rotația sau deplasarea liniară) în semnale electrice pentru a fi utilizate de sisteme de control digital precum PLC-uri, drivere sau calculatoare industriale. În domenii precum automatizarea industrială, roboți, CNC, echipamente medicale și aerospațiale, encoderele joacă un rol esențial în controlul în buclă închisă și în poziționarea de înaltă precizie.
Clasificarea encoderelor
Encoderele pot fi clasificate în funcție de mai mulți factori tehnici, precum forma de măsurare, tipul de semnal de ieșire, principiul de detecție și interfața de comunicație.
1. După forma de măsurare
| Tip | Descriere |
|---|---|
| Encoder rotativ | Detectează mișcarea de rotație (deplasare unghiulară) – ex: ax de motor |
| Encoder liniar | Măsoară mișcarea pe o linie dreaptă – ex: mese de poziționare |
| Encoder cu cablu de tragere | Măsoară deplasări lungi prin întinderea unui cablu |
| Encoder modular (kit) | Design compact, fără carcasă, ideal pentru integrare în motoare mici |
2. După tipul de semnal de ieșire
| Tip | Descriere |
|---|---|
| Encoder incremental | Emite impulsuri A/B/Z proporționale cu mișcarea, necesită numărare continuă |
| Encoder absolut | Furnizează poziția absolută, chiar și după întreruperea alimentării |
| Encoder analogic | Emite un semnal continuu (ex: 0–10V, 4–20mA) în funcție de poziție |
3. După principiul de funcționare
| Principiu | Caracteristici și aplicații |
|---|---|
| Optic | Precizie înaltă, ideal pentru medii curate |
| Magnetic | Rezistent la praf și ulei, utilizat în medii industriale dure |
| Capacitiv | Compact, rezistent la vibrații, consum redus – ideal pentru instrumente fine |
| Inductiv | Foarte imun la interferențe, potrivit pentru aplicații grele și critice |
4. După interfața de comunicație
| Tip de interfață | Descriere |
|---|---|
| A/B/Z pulse | Semnal incremental standard, compatibilitate largă |
| Semnal analogic | Util pentru echipamente mai vechi sau sisteme tradiționale |
| Interfață serială (SSI/BiSS) | Precizie ridicată, folosită la encodere absolute de top |
| Rețea industrială (CANopen/Profibus) | Flexibilă, permite comunicație între mai multe dispozitive |
| Ethernet industrial (EtherCAT/Profinet) | Comunicație rapidă pentru rețele automate complexe |
Cum funcționează un encoder
Componentele principale ale unui encoder includ:
- Element de mișcare: ax rotativ, șină liniară sau cablu de tragere
- Disc/strip codificat: cu modele ciclice pentru citirea poziției
- Senzor de detecție: optic, magnetic, capacitiv sau inductiv
- Unitate de procesare a semnalului: convertirea semnalului în format standard
- Ieșire: conectează encoderul la controlerul sistemului
Pe măsură ce obiectul se mișcă, encoderul detectează poziția prin tehnologia specifică și trimite un semnal corespunzător către sistemul de control.
Parametrii principali ai encoderului
| Parametru | Descriere |
|---|---|
| Rezoluție | Număr de semnale per unitate de mișcare (ex: impulsuri per rotație – PPR) |
| Acuratețe | Diferența maximă între valoarea reală și cea măsurată |
| Repetabilitate | Stabilitatea măsurătorilor repetate în același punct |
| Frecvență maximă de răspuns | Viteza maximă suportată de encoder |
| Nivel de semnal | Tipuri electrice: TTL, HTL, RS422 etc. |
| Grad de protecție (IP) | Nivel de rezistență la praf și apă (ex: IP65, IP67) |
Aplicații comune ale encoderelor
- Automatizare industrială: poziționare pe benzi transportoare, control servo
- Mașini-unelte CNC: detectarea poziției axelor, schimbarea sculelor
- Roboți: detecția unghiurilor articulațiilor, navigație
- Dispozitive medicale: controlul mișcărilor în MRI, CT
- Energie regenerabilă: control yaw pentru turbine eoliene, urmărire solară
- Aerospațial și militar: control suprafețe de zbor, monitorizare atitudine
Structura și semnalele encoderului
Fig. 1: Aspect general encoder rotativ
Fig. 2: Diagramă structurală cu disc, senzor și procesor de semnal
Standarde tehnice relevante
- IEC 60050-351: Terminologie pentru măsurători industriale
- ISO 13849: Standard de siguranță pentru funcții mecanice
- IEC 60529: Clasificare IP pentru protecția echipamentelor
- IEC 61800-5-2: Siguranță funcțională pentru sisteme de acționare
- CiA 406: Specificații CANopen pentru encodere
- IEC 61158: Standard pentru rețele de câmp industriale
Glosar
| Termen | Definiție |
|---|---|
| PPR | Pulsuri pe rotație (Pulses Per Revolution) |
| CPR | Număr de poziții per rotație (Counts Per Revolution) |
| Semnal Z | Semnal de referință emis o dată pe rotație |
| TTL | Semnal digital 5V |
| HTL | Semnal digital 10–30V, rezistent la interferențe |
| RS422 | Standard de ieșire diferențială pentru transmisii rapide |
| SSI | Interfață serială sincronă pentru encodere absolute |
| BiSS | Protocol serial deschis, de mare performanță |
Concluzie: Encoderul este o punte esențială între sistemele fizice și cele digitale. Înțelegerea tipurilor, funcționării și standardelor ajută la selecția și integrarea optimă în automatizare și control de precizie.