Čo je to enkóder?
Enkóder (Encoder) je snímač, ktorý premieňa fyzický pohyb (napr. rotačný uhol, lineárny posun alebo rýchlosť) na elektrický signál, ktorý je využívaný v digitálnych riadiacich systémoch (napr. PLC, pohony, priemyselné počítače) na účely monitorovania, spätnej väzby a riadenia v reálnom čase. V oblastiach ako priemyselná automatizácia, robotika, CNC stroje, medicínske systémy a letecký priemysel predstavuje enkóder kľúčový komponent pre realizáciu uzavretej regulačnej slučky a presného polohovania.
Komplexné rozdelenie enkóderov (Comprehensive Classification of Encoders)
Enkódery možno klasifikovať podľa viacerých technických kritérií, vrátane: formy merania, typu výstupného signálu, princípu snímania a komunikačného rozhrania.
1. Podľa formy merania (By Measurement Format)
| Typ | Popis |
|---|---|
| Rotačný enkóder (Rotary Encoder) | Deteguje rotačný pohyb (uhlový posun), napr. hriadeľ motora |
| Lineárny enkóder (Linear Encoder) | Meria lineárny pohyb, používaný v obrábacích strojoch, polohovacích systémoch |
| Lankový enkóder (Draw Wire Encoder) | Meria dlhé vzdialenosti pomocou výsuvného drôtu |
| Stavebnicový enkóder (Encoder Kit) | Modulárna verzia bez krytu, vhodná na integráciu do malých motorov |
2. Podľa typu výstupného signálu (By Signal Output Type)
| Typ | Popis |
|---|---|
| Inkrementálny enkóder (Incremental Encoder) | Vydáva pulzy A/B/Z, ktoré indikujú relatívny pohyb |
| Absolútny enkóder (Absolute Encoder) | Poskytuje absolútnu hodnotu polohy, aj po výpadku napájania |
| Analógový enkóder (Analog Encoder) | Generuje spojitý výstup napätia alebo prúdu (napr. 0–10V, 4–20mA) |
3. Podľa princípu snímania (By Sensing Technology)
| Princíp | Vlastnosti a použitie |
|---|---|
| Optický (Optical) | Vysoká presnosť a rozlíšenie, vhodné do čistého prostredia |
| Magnetický (Magnetic) | Odolný voči prachu a oleju, ideálny do drsného priemyselného prostredia |
| Kapacitný (Capacitive) | Kompaktný, odolný voči vibráciám, nízka spotreba energie |
| Induktívny (Inductive) | Vysoká odolnosť proti rušeniu, vhodný do náročných mechanických aplikácií |
4. Podľa komunikačného rozhrania (By Communication Interface)
| Rozhranie | Popis |
|---|---|
| A/B/Z pulzy | Štandardný inkrementálny výstup |
| Analógové výstupy | Pre staršie PLC systémy |
| Sériové rozhrania (SSI/BiSS) | Vysoká presnosť a rýchlosť pre absolútne enkódery |
| Priemyselné zbernice (CANopen/Profibus) | Podpora viacerých uzlov, flexibilná architektúra |
| Priemyselný Ethernet (EtherCAT/Profinet) | Vysoká rýchlosť, vhodný pre zložité automatizačné siete |
Ako funguje enkóder (How Encoders Work)
Štruktúra enkódera zahŕňa:
- Pohybový prvok: hriadeľ, vodiaca koľajnica alebo lanový systém
- Kódovací disk/páska: s periodickou štruktúrou na čítanie polohy
- Snímacia jednotka: optický senzor, magnet, kapacitná doska, cievka
- Jednotka spracovania signálu: konvertuje signál na štandardný výstup
- Výstupné rozhranie: na pripojenie ku kontroléru
Keď sa objekt pohybuje, enkóder zaznamená pozíciu pomocou vhodného senzora a prevedie ju na výstupný signál. Optické snímače používajú svetlo a kódovací disk, magnetické snímače reagujú na zmeny magnetického poľa, kapacitné na elektrické pole a induktívne na zmeny v indukcii.
Kľúčové parametre enkódera (Key Performance Metrics)
| Parameter | Popis |
|---|---|
| Rozlíšenie (Resolution) | Počet impulzov alebo bitov na jednotku pohybu |
| Presnosť (Accuracy) | Maximálna odchýlka medzi skutočnou a nameranou hodnotou |
| Opakovateľnosť (Repeatability) | Stabilita výstupu pri opakovanom meraní toho istého bodu |
| Maximálna frekvencia odozvy | Maximálna rýchlosť pohybu, ktorú vie enkóder spoľahlivo zaznamenať |
| Výstupná úroveň logiky | TTL, HTL, RS422 atď. |
| Krytie (IP) | Napr. IP65, IP67 – ochrana proti prachu a vode |
Typické použitie enkóderov (Common Applications)
- Priemyselná automatizácia: polohovanie dopravníkov, servoriadenie, elektrické pohony
- CNC stroje: detekcia polohy osí, výmena nástrojov
- Robotické systémy: spätná väzba kĺbov, riadenie podvozkov
- Zdravotnícke zobrazovacie prístroje: MRI, CT – kontrola pohybu
- Veterné/solárne systémy: riadenie natočenia, sledovanie slnka
- Letecký a obranný priemysel: riadenie klapiek, monitorovanie polohy lietadiel
Schéma štruktúry a signálu enkódera
Obr. 1: Vzhľad bežného rotačného enkódera
Obr. 2: Schéma – kódovací disk, senzor, procesor signálu
Relevancia technických štandardov (Relevant Standards)
- IEC 60050-351: Termíny pre priemyselné meranie
- ISO 13849: Bezpečnostné funkcie strojov (vrátane bezpečnostných enkóderov)
- IEC 60529: Triedy krytia IP
- IEC 61800-5-2: Funkčná bezpečnosť pohonných systémov
- CiA 406: Špecifikácia CANopen pre enkódery
- IEC 61158: Definícia zbernicových protokolov
Slovník pojmov (Glossary)
| Termín | Význam |
|---|---|
| PPR | Pulzy na jednu otáčku (Pulses Per Revolution) |
| CPR | Počet krokov na jednu otáčku (Counts Per Revolution) |
| Z kanál | Referenčný signál raz za otáčku (u inkrementálnych enkóderov) |
| TTL | 5V logický digitálny výstup |
| HTL | Výstup 10–30V, odolný voči rušeniu |
| RS422 | Diferenciálny výstup, vysoká rýchlosť a dosah |
| SSI | Synchronous Serial Interface – pre absolútne hodnoty |
| BiSS | Otvorený vysokorýchlostný sériový komunikačný protokol |
Záver: Enkóder je kľúčovým mostom medzi fyzickým systémom a digitálnym riadením. Porozumenie typom, štruktúre, signálom a normám pomáha pri správnom výbere a integrácii v oblasti automatizácie a presného riadenia.