📘 Wiki-ul Encoderului
Encoder absolut
Encoderele absolute sunt senzori esențiali de deplasare/poziție utilizați în automatizarea industrială, robotică și măsurare de înaltă precizie. Spre deosebire de encoderele incrementale, encoderele absolute furnizează coduri unice și nevolatile pentru fiecare poziție, vizibile imediat după repornire, fără referențiere. Acest articol acoperă definiția, principiile de funcționare (single-turn și multi-turn), tipurile constructive, interfețele de ieșire, specificațiile cheie, avantajele, aplicațiile, standardele relevante și ghidul de selecție.
Ce este un encoder absolut
Un encoder absolut generează un cod digital unic care reprezintă poziția instantanee a unui arbore (rotativ) sau a unui cărucior (liniar). Informația este absolută, nu relativă la mișcare. Astfel, după o cădere de tensiune sau o oprire controlată, poziția este disponibilă imediat, fără mișcare de „homing”.
Aplicații tipice: robotica (articulații), mașini CNC, linii de asamblare, ascensoare, sisteme de stocare automate, energie eoliană/solar tracking, echipamente medicale.
Principiul de funcționare
1) Single-turn (o rotație)
Fiecare poziție în intervalul 0–360° are un cod unic (de ex. 12–24 biți). Potrivit pentru aplicații care nu depășesc o rotație sau unde referința de tură este irelevantă.
2) Multi-turn (mai multe rotații)
Pe lângă codul single-turn, encoderul contorizează numărul de rotații. Implementare mecanică (angrenaje) sau fără angrenaje (energie Wiegand/contorizare electronică). Util pentru curse lungi sau axe care se rotesc de mai multe ori.
Metode de codificare
- Cod Gray (minimizează erorile la tranziții)
- Binar (ușor de prelucrat)
- BCD (mai rar, pentru compatibilitate)
Tehnologii de detecție
- Optică (disc/riglă codificată + fotodetecție)
- Magnetică (bandă/disc magnetizat + Hall/MR)
- Inductivă (imunitate bună la contaminare)
Ieșiri și interfețe (Output Interfaces)
| Categoria interfeței | Protocoale / niveluri tipice | Observații |
|---|---|---|
| Serial punct-la-punct | SSI, BiSS-C, EnDat 2.2 | Determinist, latență mică, cablare simplă |
| Fieldbus / Ethernet industrial | PROFIBUS DP, CANopen, DeviceNet, PROFINET, EtherCAT, EtherNet/IP, POWERLINK, SERCOS III | Integrare PLC ușoară, profile de dispozitiv |
| Paralelă multi-bit | TTL/HTL pe mai multe fire | Utilizări moștenite, cablare voluminoasă |
| Analogică | 0–10 V / 4–20 mA | Rezoluție/linialitate limitate; aplicații speciale |
Notă: nivelurile electrice ale straturilor fizice (TTL/HTL, RS-422 diferențial) depind de interfața aleasă și lungimea cablului/EMC.
Specificații cheie
- Rezoluție single-turn: uzual 18–22 biți, modele avansate până la 24 biți.
- Interval multi-turn: uzual 12–16 biți (≈ 4.096–65.536 rotații); modele speciale pot oferi mai mult.
- Viteză maximă: tipic până la 6.000 rpm (modele rapide > 10.000 rpm, în funcție de tehnologie/interfață).
- Clasă IP: IP65–IP67/IP68 pentru aplicații grele.
- Temperatură: −40…+105 °C (versiuni extinse disponibile).
- Vibrații/șocuri: conform IEC 60068-2 (consultați fișa tehnică).
- Timp de ciclu / latență: <1 ms posibil pe EtherCAT/PROFINET RT; 1–4 ms tipic pe alte magistrale (depinde de configurare).
Avantaje tehnice
- Poziție non-volatilă: disponibilă imediat după pornire.
- Simplificare de sistem: fără secvențe de referențiere; mai puține erori la restart.
- Interfețe flexibile: punct-la-punct sau magistrale industriale.
- Imunitate EMC: transmisii diferențiale, verificări CRC, diagnostic.
- Siguranță funcțională: variante cu PROFIsafe, FSoE pentru integrare SIL/PL la nivel de sistem.
Encoder absolut vs encoder incremental
| Criteriu | Encoder absolut | Encoder incremental |
|---|---|---|
| Informație poziție | Absolută (cod unic) | Relativă (impulsuri) |
| După power-off | Poziție disponibilă imediat | Necesită referențiere |
| Integrare | Interfețe seriale/fieldbus | Numărare impulsuri (x1/x2/x4), Z pe tură |
| Cost & complexitate | Mai mare pe dispozitiv, simplifică aplicația | Dispozitiv ieftin, logică în PLC/drive |
| Rezoluție/interval | pînă la 24 biți ST, 12–16 biți MT uzual | PPR + multiplicare de margini |
| Aplicații | Poziționări absolute, multi-turn, siguranță | Viteză, poziționări relative, cost redus |
Întreținere și depanare
Întreținere de rutină
- Verificați prinderile mecanice și cuplajele; limitați sarcinile radial/axial.
- Mențineți ferestrele optice curate (modele optice).
- Inspectați cablurile/împământarea; respectați raza minimă de curbare.
- Pentru modele multi-turn cu baterie, verificați periodic starea bateriei; pentru versiuni gearless/Wiegand, nu este necesară înlocuire.
Probleme comune
| Problemă | Cauză probabilă | Soluție |
|---|---|---|
| Lipsă comunicare / time-out | Protocol/setări greșite, cablare/terminații | Verificați parametrii (baud, adresă, cicluri), terminați corect |
| Cod invalid / erori CRC | Zgomot EMC, împământare incorectă | Ecranare, trasee de masă corecte, cabluri diferențiale |
| Poziție sărită la șoc/vibrații | Joc mecanic, rulmenți uzați | Rigidizați montajul, verificați rulmenți/cuplaj |
| „Overflow” multi-turn | Depășire interval biți sau contorizare eronată | Ajustați gama, validați software la rollover |
Ghid de selecție
- Single-turn vs multi-turn – în funcție de cursa/numărul de rotații.
- Rezoluție – biți ST/MT conform preciziei cerute și timpului de ciclu.
- Interfață – SSI/BiSS/EnDat pentru punct-la-punct; PROFINET/EtherCAT etc. pentru integrare PLC.
- Mediu & IP – temperatură, praf, umezeală, șoc/vibrații; alegeți material și etanșare adecvate.
- Mecanică – diametrul arborelui, tip prindere/flanșă, sarcini admise.
- Siguranță – dacă se cere PL/SIL, alegeți variante cu profil de siguranță (PROFIsafe/FSoE).
- Total cost of ownership – baterie (întreținere) vs soluții gearless (Wiegand).
Standarde relevante
- IEC 60529 – clase IP (praf/apă)
- IEC 61000-6-2 / 6-4 – EMC industrial
- IEC 60068-2 – teste de mediu (șoc/vibrații/temperatură)
- EIA/RS-422 – strat fizic diferențial pentru transmisii robuste
- IEC 61131-2 – compatibilitate I/O cu echipamente de control
- ISO 13849-1 / IEC 61800-5-2 – cerințe de siguranță la nivel de sistem (SIL/PL)
- ISO 9001 – sistem de management al calității (la producător; nu descrie performanța encoderului)
Prin înțelegerea arhitecturii, interfețelor și limitelor practice (rezoluție, interval multi-turn, latențe de comunicație), inginerii pot selecta rapid encoderul absolut potrivit și pot crește fiabilitatea/performanța sistemului.