📘 Wiki-ul Encoderului
Encoder rotativ
Encoderele rotative transformă mișcarea de rotație în semnale electrice (digitale sau analogice) și sunt utilizate pe scară largă în automatizare, robotică, mașini CNC, echipamente medicale și sisteme de transport. Prin măsurarea unghiului, vitezei și direcției, acestea furnizează feedback precis pentru controlere (PLC/servo-drive). În continuare: noțiuni de bază, principii, clasificări, specificații, comparații, aplicații, standarde și ghid de selecție.
Ce este un encoder rotativ
Un encoder rotativ este un senzor/element de feedback ce convertește rotația unui ax în informații electrice utilizabile de către un controler pentru a determina poziția și starea de mișcare. Există două familii principale:
- Encoder incremental – emite impulsuri (A/B, opțional Z) pentru poziție relativă și viteză.
- Encoder absolut – furnizează coduri unice pentru fiecare poziție (single-turn sau multi-turn).
Principii de funcționare
Detecție optică
- LED + disc/riglă cu grilaj (zone transparente/opace); fotodetectorul creează semnale periodice.
- După condiționare/interpolare: ieșiri digitale (A/B/Z) sau analogice sin/cos 1 Vpp.
Detecție magnetică
- Bandă/disc magnetizat citit cu senzori Hall sau MR/GMR; robust la praf/ulei.
Detecție inductivă / capacitivă
- Varierea inductanței/capacitanței pentru determinarea poziției; foarte robuste la contaminare și temperatură, rezoluții medii.
Logică de semnal (overview)
- Incremental: canale A/B în cuadratură (decalaj 90° electric) + Z (referință pe tură).
- Absolut: cod Gray/Binar/BCD pe mai mulți biți; single-turn și/sau multi-turn.
Tipuri
După semnal / interfață
- Digitale A/B/Z: TTL 5 V, HTL 10–30 V, diferențial RS-422.
- Analogice: sin/cos 1 Vpp pentru interpolare fină.
- Serial punct-la-punct: SSI, BiSS-C, EnDat 2.2.
- Fieldbus/Ethernet industrial: PROFIBUS, CANopen, PROFINET, EtherCAT, EtherNet/IP, POWERLINK, SERCOS III.
- Paralel multi-bit (moștenire).
După construcție mecanică
- Ax solid, ax gol, ax gol orb (blind hollow).
După tehnologia de detecție
- Optice, magnetice, inductive, capacitive.
Specificații tehnice
| Parametru | Interval / detalii |
|---|---|
| Rezoluție incrementală | uzual 100–10.000 PPR; numărare x4 pe A/B ⇒ până la x4 contoare/tură; 1 Vpp ⇒ milioane CPR prin interpolare |
| Rezoluție absolută | 18–22 biți single-turn (modele avansate până la 24 biți); 12–16 biți multi-turn uzual |
| Frecvență de ieșire | f ≈ PPR × RPM / 60 (poate fi x2/x4 după metoda de numărare a marginilor) |
| Viteză maximă | tipic 6.000 rpm; modele rapide >10.000–12.000 rpm |
| Clasă de protecție (IP) | IP65–IP67/IP68 pentru aplicații grele |
| Temperatură | −40…+105 °C (versiuni extinse disponibile) |
| Parametri electrici | alimentare 5 V sau 10–30 V; ieșiri diferențiale pentru distanțe mari/EMC |
| Vibrații/șocuri | conform IEC 60068-2 (de ex. 10–20 g vibrații, 50–200 g șocuri; vezi fișa tehnică) |
Notă: pentru transmisii lungi și imunitate EMC ridicată, preferați RS-422 cu terminare corectă și cabluri ecranate.
Avantaje și limitări
Avantaje
- Rezoluție ridicată și repetabilitate, răspuns rapid pentru control dinamic.
- Interfețe variate (de la A/B/Z până la Ethernet industrial).
- Variante robuste (inductive/magnetice) pentru medii contaminate.
Limitări
- Opticele necesită medii mai curate; ferestrele trebuie întreținute.
- Rezoluție foarte mare ⇒ cost mai ridicat, bandă de comunicație mai mare.
- Performanța poate scădea la temperaturi/vibrații extreme dacă alegerea nu e corectă.
Comparație cu alți senzori unghiulari
| Tip | Precizie / Rezoluție | Cost | Rezistență la interferențe | Aplicații tipice |
|---|---|---|---|---|
| Potențiometru | Scăzută (analog) | Redus | Scăzută | Sisteme simple, poziționări lente |
| Resolver | Medie-ridicată (analog) | Mediu | Foarte ridicată | Medii dure, temperaturi/vibrații ridicate |
| Encoder rotativ | Ridicată (până la 24 biți) / PPR | Mediu-ridicat | Ridicată (mai ales RS-422) | Automatizare, CNC, robotică, transport, energie |
Domenii de aplicație
- Automatizare industrială – feedback pentru motoare, linii de producție.
- Mașini CNC – ax principal și avansuri (în funcție de cerințe: incremental/absolut).
- Robotică – control articulații, sincronizare mișcări.
- Echipamente medicale – mese rotative CT/MRI, mecanisme precise.
- Lifturi/transport – poziționare cabine, uși, trolii.
- Energie eoliană/solar – pas pală, yaw, urmărire solară.
Standarde industriale
- IEC 60529 – cod IP (praf/apă)
- IEC 61000-6-2 / 6-4 – EMC industrial
- IEC 60068-2 – șocuri, 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 (producător)
Probleme comune și depanare
| Problemă | Cauză posibilă | Soluție |
|---|---|---|
| Lipsă semnal la ieșire | Alimentare/pinout greșite, cablare defectă | Verificați alimentarea și pinout-ul, continuitatea cablurilor, terminarea RS-422 |
| Pierderi de impulsuri la viteză mare | Limită PPR/frecvență a intrării PLC/drive | Reduceți PPR sau creșteți banda intrării; folosiți diferențial RS-422 |
| Jitter / semnal instabil | Zgomot EMC, ecranare/împământare incorectă | Ecranare corectă, trasee de masă scurte, separare cabluri putere/semnal |
| Derapaje datorate jocului mecanic | Cuplaj/rulmenți uzați, fixare insuficientă | Înlocuiți componentele uzate; rigidizați montajul |
| Erori de comunicare pe magistrală | Setări protocol greșite, cablu/terminație | Verificați parametrii (baud/cadru/adresă), lungimea/terminația cablurilor |
Ghid de selecție
- Cerințe aplicație – poziție vs viteză, dinamică, interval de rotații.
- Incremental vs absolut – (single-turn/multi-turn) în funcție de necesarul de referențiere/poziție absolută.
- Interfață – A/B/Z (TTL/HTL/RS-422), 1 Vpp sin/cos, SSI/BiSS/EnDat, sau Ethernet industrial (PLC).
- Rezoluție & frecvență – PPR/biți compatibili cu banda de intrare a controlerului (x1/x2/x4).
- Mediu & IP – temperatură, praf, ulei, vibrații/șocuri; material și etanșare adecvate.
- Mecanică – diametru ax, tip prindere (solid/hollow), sarcini radial-axiale admise.
- Siguranță & mentenanță – necesar SIL/PL, baterie (multi-turn) vs Wiegand/gearless, TCO.
Referințe (normative menționate)
- IEC 60529:2020
- IEC 61000-6-2 / 6-4
- IEC 60068-2 (serie)
- EIA/RS-422
- IEC 61131-2:2017
- ISO 13849-1:2015 / IEC 61800-5-2:2016
- ISO 9001:2015
Prin înțelegerea principiilor, interfețelor și limitărilor practice (rezoluție vs bandă, EMC, montaj), inginerii pot alege rapid encoderul rotativ potrivit și pot crește fiabilitatea și performanța sistemelor.