📘 Wiki-ul Encoderului
Codificator rotativ
Codificatoarele rotative sunt senzori care transformă mișcarea de rotație mecanică în semnale digitale sau analogice și sunt utilizate pe scară largă în automatizarea industrială, robotică, mașini CNC, echipamente medicale și sisteme de transport. Prin detectarea deplasării unghiulare, vitezei și direcției, acestea furnizează feedback precis sistemelor de control. Acest articol explică în detaliu definiția, principiile de funcționare, clasificările, parametrii tehnici, analiza comparativă, scenariile de aplicare, reglementările standard și sfaturile de selecție pentru codificatoarele rotative.
Ce este un Codificator Rotativ
Un codificator rotativ este un dispozitiv de feedback al motorului sau un senzor de poziție folosit pentru a măsura deplasarea unghiulară, viteza și direcția de rotație a unui ax. Funcția sa principală este de a transforma mișcarea de rotație în semnale electrice decodificate de un controller pentru a determina poziția și starea de mișcare actuală a dispozitivului. Codificatoarele rotative sunt împărțite în principal în codificatoare incrementale, care emit semnale de impulsuri, și codificatoare absolute, care furnizează informații de poziție unică.
Principii de funcționare
Detecție Optică
- Utilizează o sursă de lumină pentru a ilumina un disc cu grătar, având secțiuni transparente și opace.
- Pe măsură ce discul se rotește, un fotodetector generează semnale de impulsuri.
Detecție Magnetică
- Folosește senzori magnetoresistivi, Hall-effect sau Giant Magnetoresistance (GMR) pentru a detecta schimbările de polaritate magnetică.
Detecție Inductivă/Capacitivă
- Se folosesc variațiile de inductanță sau capacitanță pentru a detecta deplasarea unghiulară, fiind adecvate pentru medii dure (contaminare mare, vibrații).
Logică Semnal de Iesire
- Codificatoarele incrementale emit fazele A și B (cuplaj) și o fază Z (impuls de referință zero).
- Codificatoarele absolute furnizează semnale binare unice pe mai mulți biți sau coduri Gray.
Tipuri
✓ După Semnalul de Iesire
- Incremental: Emite semnale de impulsuri, potrivite pentru detectarea vitezei și direcției.
- Absolut: Emite informații unice despre poziție, pe o singură rotație sau pe mai multe rotații.
✓ După Structura Mecanică
- Ax solid
- Ax gol
- Ax gol orb
✓ După Tehnologia de Detecție
- Codificatoare Optice
- Codificatoare Magnetice
- Codificatoare Inductive
- Codificatoare Capacitive
✓ După Protocolul Industrial & Iesire
- TTL/HTL/RS422
- Sin/Cos
- SSI, BiSS-C, EnDat
- Profibus, Profinet, EtherCAT, CANopen
Specificații Tehnice
| Parametru | Interval/Detalii |
|---|---|
| Rezoluție | 1 până la 4,194,304 PPR sau 8 până la 24 de biți |
| Viteza Maximă | 3000 până la 12,000 RPM, modele speciale până la 20,000 RPM |
| Grad de Protecție | IP50 până la IP68 |
| Temperatură de Funcționare | -40°C până la +105°C |
| Parametri Electrice | 5V, 10-30V, curent de ieșire de obicei < 100mA |
| Rezistență la Vibrații/Șocuri | IEC 60068-2: 10-20g (vibrații), 50-200g (șocuri) |
| Tipuri de Semnal de Iesire | TTL, HTL, RS422, SSI, BiSS-C, Profinet, EtherCAT |
Avantaje și Limitări
Avantaje:
- Rezoluție înaltă și repetabilitate.
- Răspuns rapid, adecvat pentru controlul dinamic.
- Diverse interfețe și protocoale de comunicare.
- Rezistență excelentă la interferențele electromagnetice în medii industriale complexe.
Limitări:
- Modelele optice sunt sensibile la contaminare.
- Modelele de înaltă rezoluție pot fi costisitoare.
- Unele tehnologii pot degrada în condiții extreme de temperatură/vibrație.
Compararea cu alți senzori unghiulari
| Tip | Precizie | Cost | Rezistență la Interferențe | Flexibilitate în Aplicații |
|---|---|---|---|---|
| Potentiometru | Scăzut | Scăzut | Slab | Sisteme simple |
| Resolver | Mediu | Mediu | Ridicat | Medii cu vibrații și temperaturi ridicate |
| Codificator Rotativ | Ridicat (până la 24 de biți) | Mediu/Ridicat | Ridicat | Diverse sisteme industriale |
Domenii de Aplicație
- Automatizare industrială: Feedback pentru motoare, brațe robotice.
- Mașini CNC: Feedback pentru axele de rotație și avans.
- Robotică: Controlul articulațiilor și feedback-ul traseului.
- Echipamente medicale: Detecția rotației pentru MRI, CT.
- Lifturi și transport: Feedback pentru poziționarea cabinelor și controlul ușilor.
- Energie eoliană și solară: Sisteme de urmărire a unghiului paletelor și a panourilor solare.
Standarde Industriale
- IEC 61800-5-2:2016: Siguranța funcțională a sistemelor de acționare.
- ISO 13849-1:2015: Siguranța sistemelor de control al mașinilor.
- IEC 60529:2020: Protecția la pătrunderea (codul IP).
- IEC 60068-2: Testarea vibrațiilor și șocurilor în mediu.
- ISO 9001:2015: Sisteme de management al calității în producție.
Probleme comune și depanare
| Problemă | Cauza Posibilă | Soluție |
|---|---|---|
| Lipsa semnalului de ieșire | Alimentare deconectată, erori de cablare, senzor defect | Verificați alimentarea, cablarea, înlocuiți componentele defecte |
| Fluctuații sau pierderea semnalului | Interferențe, uzura cablurilor, slăbiciune mecanică | Verificați împământarea, înlocuiți cablurile, strângeți piesele |
| Eroare sau fluctuații ale semnalului | Contaminare optică, interferențe magnetice, uzura electronică | Curățați componentele optice, eliminați sursele de interferență, înlocuiți componentele |
| Întârziere a semnalului sau pierdere de pași | Configurare greșită a protocolului sau incompatibilitate | Verificați protocolul, inspectați cablurile, actualizați setările controllerului |
Ghid de Selecție
- Cerințe ale aplicației: Determinați parametrii de măsurare (poziție, viteză, direcție).
- Tipul Encoderului: Alegeți incremental sau absolut (univoca/multiple rotații).
- Tehnologia de Detecție: Optic, magnetic, inductiv sau capacitiv.
- Rezoluție și semnal: Potriviți precizia sistemului și cerințele interfeței.
- Suitabilitate pentru mediu: Confirmați gradul IP și rezistența la vibrații/șocuri.
- Interfața mecanică: Diametrul axului, metoda de montaj și cerințele de încărcare.
- Compatibilitate cu comunicațiile: Asigurați compatibilitatea cu PLC-uri sau controlere de mișcare.
- Standarde de Conformitate: Preferabil produse care respectă IEC, ISO, UL și alte standarde internaționale.
Referințe
- IEC 61800-5-2:2016
- ISO 13849-1:2015
- IEC 60529:2020
- Seria IEC 60068-2
- ISO 9001:2015
Prin înțelegerea temeinică a structurii, principiilor de funcționare, parametrilor de performanță și aplicațiilor codificatorului rotativ, inginerii și integratorii de sisteme pot realiza selecția precisă și integrarea sistemului, optimizând performanța controlului și fiabilitatea sistemului.