📘 Wiki-ul Encoderului
Codificator incremental
Codificatorul incremental este unul dintre cei mai utilizați senzori în sistemele de control al mișcării și este aplicat pe scară largă în automatizarea industrială, mașini CNC, roboți și sisteme de inspecție automatizate. În acest articol vom prezenta în detaliu definiția codificatorului incremental, principiul de funcționare, caracteristicile semnalelor de ieșire, indicatorii de performanță, clasificarea structurală, standardele din domeniu, comparații tehnice, problemele uzuale de întreținere și soluțiile lor, precum și un ghid de selecție.
Ce este un codificator incremental (What is an Incremental Encoder)
Un codificator incremental este un senzor care furnizează informații despre deplasarea mecanică sub formă de semnale de pulsuri periodice. Caracteristica sa constă în generarea unui număr fix de pulsuri electrice la fiecare rotație sau deplasare cu un unghi ori o distanță prestabilite. Numărarea acestor pulsuri de către un contor extern sau un controler permite măsurarea poziției în mod relativ.
Semnalele de ieșire ale codificatorului incremental includ de obicei faza A, faza B (ieșiri în cuadratură pentru detectarea direcției) și faza Z (un puls de referință „zero” emis o dată pe revoluție). Deoarece oferă doar informații despre poziția relativă, datele se pierd la întreruperea alimentării, motiv pentru care se folosește de obicei un mecanism mecanic sau electric de calibrare a punctului zero.
Principiul de funcționare al codificatorului incremental (Working Principle of Incremental Encoders)
Codificator incremental optic
Codificatorul optic utilizează o sursă LED care iluminează un disc cu grilaj rotativ, având zone transparente și opace dispuse alternativ. La rotire, senzorul optic generează semnale electrice periodice, iar circuitele electronice le procesează și le transformă în pulsuri standard de tip undă pătrată.
Codificator incremental magnetic
Codificatorul magnetic folosește senzori magnetici (elemente Hall sau senzori magnetorezistivi) pentru a detecta schimbările de polaritate ale unei rețele magnetice montate pe axul rotativ, generând astfel pulsuri periodice.
Detectarea direcției și a punctului zero
Între semnalele fazelor A și B există un defazaj electric de 90°, ceea ce permite determinarea direcției de rotație. În plus, faza Z emite un puls o dată pe revoluție, utilizat ca referință de poziție „zero” sau punct de reper.
Caracteristicile semnalelor de ieșire (Signal Characteristics)
| Parametru | Descriere |
|---|---|
| Tip semnal de ieșire | Pulsuri pătrate (TTL/HTL/RS422), ieșire analogică sinus/cos |
| Nivel tensiune | TTL (5 V), HTL (10–30 V), semnal diferențial RS422 |
| Interval de frecvență | Până la câteva sute de kHz și până la câțiva MHz |
| Rezoluție (PPR) | De obicei 100–10000 PPR, poate fi mărită prin interpolare |
| Defazaj semnal | 90° ± 10° între fazele A și B |
| Distanță de transmisie | Semnalul diferențial RS422 poate ajunge peste 100 m |
Compararea codificatorului incremental cu cel absolut (Incremental vs Absolute Encoder)
| Indicator performanță | Codificator incremental | Codificator absolut |
|---|---|---|
| Informații de poziție | Relativă, necesită contor extern | Absolută, memorie internă integrată |
| Cost | Scăzut | Ridicat |
| Complexitate sistem | Necesită gestionarea punctului zero și contor extern | Simplu, fără contor extern |
| Recuperare după întreruperea alimentării | Nu recuperează automat poziția | Păstrează și recuperează automat poziția |
| Domenii de aplicare | Control general viteză/poziție | Sisteme de poziționare de mare precizie |
Parametri cheie de performanță (Key Specifications)
- Rezoluție (PPR): Numărul de pulsuri generate pe rotație, determină precizia măsurării.
- Viteză maximă (RPM): Viteza maximă de rotație admisă în condiții normale de funcționare.
- Grad de protecție (IP): De exemplu IP50–IP68, definește mediul de operare.
- Interval de temperatură de lucru: Standard –20 °C până la +85 °C; extins –40 °C până la +100 °C.
- Rezistență la vibrații/șocuri: Vibrații de 10–20 g, șocuri de până la 50–200 g.
Domenii tipice de aplicare (Typical Applications)
- Automatizare industrială: Feedback de viteză a motoarelor, detecție poziție în linii de producție.
- Mașini CNC: Poziționarea mesei și reglarea vitezei axului principal.
- Mașini de ambalat și tipărire: Controlul lungimii materialului, sisteme de înregistrare.
- Echipamente medicale: Platforme rotative CT și controlul deplasării instrumentelor.
- Sisteme logistice inteligente: Navigarea AGV și sisteme de transport.
- Ascensoare și macarale: Poziționarea cabinelor și controlul sistemelor de ridicare.
Standarde și norme din industrie (Industry Standards and Norms)
- ISO 13849-1: Standard de siguranță funcțională pentru sisteme de control al mașinilor.
- IEC 61000-6-2: Compatibilitate electromagnetică în medii industriale.
- IEC 60068-2: Teste de rezistență la condiții de mediu (vibrații, șocuri).
- IEC 60529: Grad de protecție la praf și apă (cod IP).
Întreținere și depanare (Maintenance and Troubleshooting)
Întreținere de rutină
- Verificați periodic fixarea componentelor mecanice (ax, cuplaje, flanșe).
- Curățați suprafața codificatorului, în special la modelele optice, pentru a preveni acumularea de praf și ulei.
- Inspectați cablurile și conectorii pentru a evita uzura, coroziunea sau slăbirea contactelor.
Probleme frecvente și soluții
- Fără semnal de ieșire: Verificați alimentarea și conexiunile; asigurați-vă că senzorul nu este deteriorat.
- Pierderea sau fluctuații ale semnalului: Asigurați-vă că montajul mecanic este stabil; folosiți cabluri ecranate pentru semnal diferențial.
- Oscilații anormale ale semnalului: Verificați rulmenții și cuplajele; înlocuiți dacă este necesar; asigurați încărcarea în limite admise.
Ghid de selecție (Selection Guide)
- Stabiliți cerințele aplicației: Tipul de mișcare (rotativ/linear), precizie necesară și interval de viteză.
- Potrivirea rezoluției și frecvenței: Alegeți PPR compatibil cu frecvența de intrare a controlerului sau PLC.
- Compatibilitate interfață și niveluri de semnal: Verificați suportul pentru TTL/HTL/RS422 în sistemul de control.
- Condiții de mediu: Selectați gradul de protecție (IP) și materialele potrivite pentru temperatură, praf și umiditate.
- Specificații mecanice de montaj: Asigurați-vă că diametrul axului, metoda de fixare și cerințele de sarcină corespund aplicației reale.
Prin înțelegerea detaliată a principiului de funcționare, caracteristicilor semnalului, cerințelor aplicației, standardelor industriei și procedurilor de întreținere ale codificatorului incremental, inginerii pot integra sistemele mai eficient și pot alege dispozitive cu precizie ridicată, îmbunătățind semnificativ fiabilitatea și performanța echipamentelor.