Absoluta kodare
Absoluta kodare är kritiska positions- och vinkelgivare som används inom modern industriell automation, robotteknik och högprecisionsmätsystem. Till skillnad från inkrementella kodare tillhandahåller absoluta kodare unika, icke-flyktiga positionsdata vid alla tidpunkter, även vid strömavbrott. Denna artikel ger en detaljerad analys av absoluta kodare och täcker deras definition, arbetsprinciper, strukturella typer, signalutgångar, prestandaspecifikationer, tekniska fördelar, tillämpningsområden, relevanta standarder, tekniska jämförelser, vanliga problem och urvalsriktlinjer.
Vad är en absolut kodare
En absolut kodare är en givare som kan tillhandahålla en unik digital kod som representerar positionen vid varje givet ögonblick. Dess utgångssignal motsvarar den absoluta positionen för en roterande axel eller linjär förflyttning, snarare än relativa rörelsepulser. Därför kan den absoluta kodaren, även efter ett strömavbrott eller en systemomstart, noggrant rapportera den aktuella positionen utan behov av omreferens eller sökning av referenspunkter.
Absoluta kodare används ofta i applikationer som kräver hög tillförlitlighet och positionshållning, såsom robotteknik, CNC-maskiner, automatiserade produktionslinjer och hissystem.
Arbetsprincip för absoluta kodare
1. Enkelvarvs absolut kodare (Single-Turn)
- Varje position inom ett varv representeras av en unik kodkombination.
- Lämplig för applikationer med rotationsområden inom 360°.
2. Flervarvs absolut kodare (Multi-Turn)
- Förutom enkelvarvskodning spårar den antalet rotationer med hjälp av mekaniska kugghjul eller elektronisk räkning.
- Lämplig för obegränsad rotation eller applikationer som kräver flervarvs positioneringsspårning.
Kodningsmetoder:
- Binär kodning
- Gray-kod
- BCD (Binärt kodad decimal)
Avkänningstekniker:
- Optisk avkänning (kodskiva och optoelektroniska sensorer)
- Magnetisk avkänning (magnetiska skalor och magnetoresistiva/Hall-sensorer)
- Induktiv avkänning
Signalutgångstyper
| Signaltyp | Beskrivning |
|---|---|
| Seriellt gränssnitt | SSI, BiSS-C, EnDat 2.2, Profibus DP, Profinet, EtherCAT |
| Parallellt gränssnitt | Flerbits digital utgång |
| Analog utgång | Spänning (0-10V) / Ström (4-20mA), för specialapplikationer |
Viktiga specifikationer
- Enkelvarvsupplösning: Upp till 24 bitar (16 777 216 positioner).
- Flervarvsräkning: Upp till 32 bitar (4 294 967 296 varv).
- Maximal rotationshastighet: Vanligtvis 6000 RPM, högre alternativ tillgängliga.
- Skyddsklass: IP50 till IP68 (industriella tungdriftsmodeller).
- Arbetstemperatur: -40°C till +105°C.
- Vibrations-/stötmotstånd: Uppfyller IEC 60068-2-standarder.
- Utgångsfördröjning: < 1 ms (för höghastighetskontrollkrav).
Tekniska fördelar
- Icke-flyktigt positionsminne: Positionsdata bevaras även vid strömavbrott.
- Förenklad systemdesign: Ingen behov av omreferens eller initial kalibrering.
- Stark störningsimmunitet: Differentiella signaler och störningsresistent gränssnittsdesign.
- Flexibla kommunikationsprotokoll: Stöd för olika fältbussar och industriella Ethernet-standarder.
- Hög noggrannhet och repeterbarhet: Lämplig för precisionspositioneringsuppgifter.
Typiska applikationer
- Industriell robotteknik: Kontroll av ledpositioner.
- CNC-bearbetningscenter: Feedback av spindel- och slädlägen.
- Smart logistik: AGV- och transportsystemets banavkänning.
- Automatiserad lagring: Staplingskran- och lyftpositionskontroll.
- Medicinsk utrustning: Rotationsplattformar i MRI- och CT-skannrar.
- Vind- och solenergi: Vindriktning, bladvinkel och solspårningssystem.
Industriella standarder och normer
- IEC 61800-5-2: Funktionssäkerhet för elektriska drivsystem (inklusive SIL-klassificering).
- ISO 13849-1: Säkerhet för maskinkontrollsystem.
- IEC 61131-2: In-/utgångskrav för industriell styrutrustning.
- IEC 60529: Skyddsgrader (IP-kod).
- ISO 9001: Kvalitetsledningssystem för tillverkning.
Absoluta kodare vs inkrementella kodare
| Prestandaindikator | Absolut kodare | Inkrementell kodare |
|---|---|---|
| Positionsinformation | Ger unik absolut position | Ger relativ position |
| Icke-flyktigt positionsminne | Ja | Nej |
| Systemkomplexitet | Lägre (ingen behov av extern omreferens) | Kräver externa räknare och omreferensmekanismer |
| Kostnad | Högre | Lägre |
| Noggrannhet | Hög (upp till 24 bitar eller mer) | Beroende av PPR och räknare |
| Applikationsscenario | Högprecisions flervarvs spårningssystem | Allmän hastighets- eller positionsdetektering |
Underhåll och felsökning
Rutinkontroll
- Inspektera regelbundet monteringsfästen för att förhindra lossning eller slitage.
- Håll optiska fönster rena för optiska kodare.
- Kontrollera kabel- och kontaktdonens integritet för att undvika brott eller korrosion.
Vanliga problem och lösningar
| Problem | Möjlig orsak | Lösning |
|---|---|---|
| Ingen signalutgång | Strömavbrott eller frånkopplad ledning | Kontrollera strömförsörjning och ledningsanslutningar |
| Positionsdata hoppar eller förloras | Störningar, åldrande komponenter eller lösa delar | Kontrollera jordning, byt ut komponenter och dra åt delar |
| Kommunikationsfel eller fördröjning | Felaktig protokollkonfiguration eller ledningsproblem | Verifiera protokollinställningar och inspektera eller byt ut kablar |
Urvalsguide
- Välj typ: Enkelvarv eller flervarv baserat på rörelseomfånget.
- Upplösningskrav: Välj antal bitar enligt styrprecisionens behov.
- Utgångsgränssnitt: Välj ett seriellt eller parallellt gränssnitt som är kompatibelt med styrenheten eller PLC:n.
- Monteringsspecifikationer: Bekräfta axeldiameter, flänsstandard och lastkapacitet.
- Miljökrav: Fastställ skyddsklass och temperaturområde baserat på faktiska arbetsförhållanden.
- Systemkompatibilitet: Säkerställ att kommunikationsprotokoll är kompatibla med befintliga system.
- Säkerhetscertifieringar: För kritiska applikationer, prioritera produkter certifierade enligt SIL, ISO 13849 och andra relevanta standarder.
Genom att noggrant förstå konstruktionen, funktionerna, standarderna och de tekniska fördelarna med absoluta kodare kan ingenjörsproffs effektivt välja rätt modell enligt specifika tillämpningskrav och förbättra systemets prestanda, tillförlitlighet och intelligens.
Referenser / Citerade standarder
- IEC 61800-5-2:2016
- ISO 13849-1:2015
- IEC 61131-2:2017
- IEC 60529:2020
- ISO 9001:2015