เอ็นโค้ดเดอร์คืออะไร?
เอ็นโค้ดเดอร์ (Encoder) เป็นอุปกรณ์เซ็นเซอร์ที่ใช้แปลงการเคลื่อนไหวทางกายภาพ เช่น การหมุน มุม ตำแหน่งเชิงเส้น หรือความเร็ว ให้เป็นสัญญาณไฟฟ้าเพื่อส่งต่อให้ระบบควบคุมดิจิทัล เช่น PLC ไดรฟ์เวอร์ หรือคอมพิวเตอร์อุตสาหกรรม นำไปใช้ในการตรวจจับและควบคุมแบบเรียลไทม์ ในระบบควบคุมการเคลื่อนที่ความแม่นยำสูง เช่น ระบบอัตโนมัติ หุ่นยนต์ เครื่อง CNC อุปกรณ์ทางการแพทย์ และอุตสาหกรรมอากาศยาน เอ็นโค้ดเดอร์เป็นส่วนสำคัญที่ช่วยให้เกิดการควบคุมแบบปิดวงและกำหนดตำแหน่งอย่างแม่นยำ
ภาพรวมประเภทของเอ็นโค้ดเดอร์ (Comprehensive Classification of Encoders)
เอ็นโค้ดเดอร์สามารถจำแนกตามมุมมองทางเทคนิคได้หลายรูปแบบ ได้แก่ รูปแบบการวัด, ประเภทสัญญาณ, หลักการตรวจจับ และโปรโตคอลการสื่อสาร
1. จำแนกตามรูปแบบการวัด (By Measurement Format)
| ประเภท | คำอธิบาย |
|---|---|
| โรตารี่เอ็นโค้ดเดอร์ (Rotary Encoder) | ตรวจจับการหมุน เช่น แกนมอเตอร์ จานหมุน |
| ลิเนียร์เอ็นโค้ดเดอร์ (Linear Encoder) | ตรวจจับการเคลื่อนที่เชิงเส้น เช่น แท่นเครื่องจักร |
| ดรอว์ไวร์เอ็นโค้ดเดอร์ (Draw Wire Encoder) | วัดระยะทางโดยการดึงสายลวด |
| คิทเอ็นโค้ดเดอร์ (Encoder Kit) | โครงสร้างแบบโมดูล ไม่มีโครงหุ้ม เหมาะกับมอเตอร์ขนาดเล็ก |
2. จำแนกตามประเภทสัญญาณเอาต์พุต (By Signal Output Type)
| ประเภท | คำอธิบาย |
|---|---|
| อินเครเมนทัลเอ็นโค้ดเดอร์ (Incremental Encoder) | ส่งสัญญาณพัลส์ A/B/Z ต้องใช้ตัวควบคุมในการนับต่อเนื่อง |
| แอบโซลูทเอ็นโค้ดเดอร์ (Absolute Encoder) | ให้ตำแหน่งที่แน่นอน จำแนกเป็นแบบรอบเดียวและหลายรอบ |
| เอ็นโค้ดเดอร์แบบแอนะล็อก (Analog Encoder) | ส่งสัญญาณแรงดันหรือกระแสต่อเนื่อง เช่น 0–10V, 4–20mA |
3. จำแนกตามหลักการตรวจจับ (By Sensing Technology)
| หลักการตรวจจับ | ลักษณะ |
|---|---|
| แบบแสง (Optical) | ความละเอียดสูง เหมาะกับสภาพแวดล้อมสะอาด |
| แบบแม่เหล็ก (Magnetic) | ทนต่อฝุ่น น้ำมัน เหมาะกับงานอุตสาหกรรม |
| แบบคาปาซิทีฟ (Capacitive) | ขนาดเล็ก ทนแรงสั่น ใช้พลังงานต่ำ |
| แบบอินดักทีฟ (Inductive) | ทนการรบกวน เหมาะกับเครื่องจักรหนัก |
4. จำแนกตามโปรโตคอลการเชื่อมต่อ (By Communication Interface)
| โปรโตคอล | รายละเอียด |
|---|---|
| A/B/Z พัลส์ | มาตรฐานสัญญาณแบบอินเครเมนทัล |
| แอนะล็อก | ใช้งานกับ PLC รุ่นเก่า |
| พอร์ตอนุกรม (SSI/BiSS) | ความแม่นยำสูง ตอบสนองรวดเร็ว |
| บัสอุตสาหกรรม (CANopen/Profibus) | สื่อสารหลายโหนดได้ยืดหยุ่น |
| อีเธอร์เน็ตอุตสาหกรรม (EtherCAT/Profinet) | เหมาะกับระบบอัตโนมัติความเร็วสูง |
หลักการทำงานของเอ็นโค้ดเดอร์ (How Encoders Work)
เอ็นโค้ดเดอร์ประกอบด้วยส่วนหลักดังนี้:
- องค์ประกอบเคลื่อนไหว เช่น แกนหมุน รางเชิงเส้น หรือสายดึง
- ดิสก์หรือเทปแม่เหล็ก ใช้สำหรับอ่านตำแหน่ง
- เซ็นเซอร์ตรวจจับ เช่น เซ็นเซอร์แสง แม่เหล็ก หรือคาปาซิทีฟ
- วงจรประมวลผลสัญญาณ แปลงสัญญาณให้เป็นรูปแบบที่อ่านได้
- เอาต์พุตเชื่อมต่อ ส่งข้อมูลสู่ระบบควบคุม
เมื่อวัตถุเคลื่อนไหว ระบบตรวจจับในเอ็นโค้ดเดอร์จะรับตำแหน่ง และแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้า โดยใช้หลักการตรวจจับที่แตกต่างกันตามประเภท เช่น แบบแสงจะใช้แสงผ่านดิสก์ แบบแม่เหล็กตรวจจับการเปลี่ยนแปลงสนามแม่เหล็ก เป็นต้น
พารามิเตอร์สำคัญของเอ็นโค้ดเดอร์ (Key Performance Metrics)
| พารามิเตอร์ | รายละเอียด |
|---|---|
| ความละเอียด (Resolution) | จำนวนสัญญาณที่ได้ต่อการเคลื่อนที่หนึ่งหน่วย เช่น PPR หรือ bit |
| ความแม่นยำ (Accuracy) | ความคลาดเคลื่อนสูงสุดของค่าที่วัดได้ |
| ความสามารถในการวัดซ้ำ (Repeatability) | ความคงที่ในการวัดตำแหน่งเดิมซ้ำหลายครั้ง |
| ความถี่ตอบสนองสูงสุด | ความเร็วสูงสุดที่สามารถวัดได้แบบเรียลไทม์ |
| ระดับแรงดันสัญญาณ | เช่น TTL, HTL, RS422 |
| ระดับการป้องกัน (IP) | เช่น IP65, IP67 ป้องกันฝุ่นและน้ำ |
การใช้งานทั่วไปของเอ็นโค้ดเดอร์ (Common Applications)
- ระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรม: ตำแหน่งสายพาน ควบคุมเซอร์โว ฟีดแบ็กกระบอกไฟฟ้า
- เครื่อง CNC: ตรวจจับแกน X/Y/Z สลับเครื่องมือตัด
- หุ่นยนต์: วัดองศาข้อต่อ ตำแหน่งของฐานเคลื่อนที่
- อุปกรณ์ทางการแพทย์: การควบคุมการเคลื่อนไหวใน MRI, CT
- พลังงานหมุนเวียน: ควบคุมการหมุนกังหันลม และแผงโซลาร์
- อุตสาหกรรมการบินและทหาร: ควบคุมทิศทางขีปนาวุธ ตรวจจับท่าทางอากาศยาน
แผนภาพโครงสร้างและสัญญาณของเอ็นโค้ดเดอร์
รูป 1: ภาพภายนอกของโรตารี่เอ็นโค้ดเดอร์ทั่วไป
รูป 2: โครงสร้างภายในของเอ็นโค้ดเดอร์ ประกอบด้วยดิสก์ เซ็นเซอร์ และวงจรประมวลผล
มาตรฐานเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้อง (Relevant Standards)
- IEC 60050-351: มาตรฐานคำศัพท์ด้านการวัดทางอุตสาหกรรม
- ISO 13849: มาตรฐานความปลอดภัยของเครื่องจักร
- IEC 60529: มาตรฐานระดับการป้องกันอุปกรณ์ (IP)
- IEC 61800-5-2: ความปลอดภัยของระบบขับเคลื่อน
- CiA 406: ข้อกำหนดของอุปกรณ์เอ็นโค้ดเดอร์สำหรับ CANopen
- IEC 61158: โปรโตคอลของ fieldbus
ศัพท์เฉพาะ (Glossary)
| คำศัพท์ | ความหมาย |
|---|---|
| PPR | พัลส์ต่อรอบ (Pulses Per Revolution) |
| CPR | จำนวนการนับต่อรอบ (Counts Per Revolution) |
| Z Channel | สัญญาณอ้างอิงต่อรอบของอินเครเมนทัลเอ็นโค้ดเดอร์ |
| TTL | สัญญาณดิจิทัลระดับ 5V |
| HTL | สัญญาณระดับสูง 10–30V ทนรบกวนดี |
| RS422 | สัญญาณแบบต่างเฟส รองรับการส่งไกล |
| SSI | พอร์ตอนุกรมแบบซิงโครนัส |
| BiSS | โปรโตคอลอนุกรมแบบโอเพ่นซอร์สประสิทธิภาพสูง |
สรุป: เอ็นโค้ดเดอร์ทำหน้าที่เป็นสะพานเชื่อมระหว่างระบบกายภาพและระบบควบคุมดิจิทัล การเข้าใจโครงสร้าง ประเภท และมาตรฐานของเอ็นโค้ดเดอร์จะช่วยในการเลือกใช้อย่างเหมาะสมและเพิ่มประสิทธิภาพของระบบควบคุมในทุกอุตสาหกรรม