Bộ mã hóa tuyệt đối
Bộ mã hóa tuyệt đối là cảm biến dịch chuyển và góc quan trọng được sử dụng trong tự động hóa công nghiệp hiện đại, robot và hệ thống đo lường độ chính xác cao. Không giống như bộ mã hóa gia tăng, bộ mã hóa tuyệt đối cung cấp dữ liệu vị trí duy nhất và không mất dữ liệu ngay cả khi mất điện. Bài viết này phân tích chi tiết bộ mã hóa tuyệt đối, bao gồm định nghĩa, nguyên lý hoạt động, loại cấu trúc, đầu ra tín hiệu, thông số kỹ thuật, ưu điểm kỹ thuật, lĩnh vực ứng dụng, tiêu chuẩn liên quan, so sánh kỹ thuật, các sự cố phổ biến và hướng dẫn chọn lựa.
Bộ mã hóa tuyệt đối là gì
Bộ mã hóa tuyệt đối là cảm biến có khả năng cung cấp mã kỹ thuật số duy nhất biểu thị vị trí tại mọi thời điểm. Tín hiệu đầu ra tương ứng với vị trí tuyệt đối của trục quay hoặc dịch chuyển tuyến tính thay vì các xung chuyển động tương đối. Do đó, ngay cả khi mất điện hoặc khởi động lại hệ thống, bộ mã hóa tuyệt đối vẫn báo cáo chính xác vị trí hiện tại mà không cần tham chiếu lại.
Bộ mã hóa tuyệt đối thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ tin cậy cao và khả năng giữ vị trí như robot, máy CNC, dây chuyền sản xuất tự động và hệ thống thang máy.
Nguyên lý hoạt động của bộ mã hóa tuyệt đối
1. Bộ mã hóa tuyệt đối một vòng (Single-Turn)
- Mỗi vị trí trong một vòng quay được biểu thị bằng tổ hợp mã duy nhất.
- Phù hợp với ứng dụng có phạm vi quay trong 360°.
2. Bộ mã hóa tuyệt đối nhiều vòng (Multi-Turn)
- Ngoài mã hóa một vòng, thiết bị theo dõi số vòng quay bằng bánh răng cơ khí hoặc kỹ thuật đếm điện tử.
- Phù hợp cho quay không giới hạn hoặc yêu cầu theo dõi vị trí nhiều vòng.
Phương pháp mã hóa:
- Mã nhị phân
- Mã Gray
- BCD (Thập phân mã hóa nhị phân)
Công nghệ cảm biến:
- Cảm biến quang học (đĩa mã và cảm biến quang điện)
- Cảm biến từ tính (thước từ và cảm biến từ trở/Hall)
- Cảm biến cảm ứng
Loại đầu ra tín hiệu
| Loại tín hiệu | Mô tả |
|---|---|
| Giao diện nối tiếp | SSI, BiSS-C, EnDat 2.2, Profibus DP, Profinet, EtherCAT |
| Giao diện song song | Đầu ra kỹ thuật số nhiều bit |
| Đầu ra tương tự | Điện áp (0-10V) / Dòng điện (4-20mA), cho các ứng dụng đặc biệt |
Thông số kỹ thuật chính
- Độ phân giải một vòng: Tối đa 24 bit (16.777.216 vị trí).
- Đếm nhiều vòng: Tối đa 32 bit (4.294.967.296 vòng).
- Tốc độ quay tối đa: Thông thường 6000 RPM, có các tùy chọn cao hơn.
- Cấp bảo vệ: IP50 đến IP68 (mẫu công nghiệp chịu tải nặng).
- Nhiệt độ hoạt động: -40°C đến +105°C.
- Kháng rung/sốc: Tuân thủ tiêu chuẩn IEC 60068-2.
- Độ trễ đầu ra: < 1 ms (đáp ứng yêu cầu điều khiển tốc độ cao).
Ưu điểm kỹ thuật
- Giữ vị trí không mất dữ liệu: Ngay cả khi mất điện.
- Thiết kế hệ thống đơn giản hóa: Không cần tham chiếu lại hoặc hiệu chuẩn ban đầu.
- Khả năng chống nhiễu mạnh: Tín hiệu vi sai và giao diện chống nhiễu.
- Giao thức truyền thông linh hoạt: Hỗ trợ nhiều chuẩn fieldbus và Ethernet công nghiệp.
- Độ chính xác và độ lặp lại cao: Phù hợp với các nhiệm vụ định vị chính xác.
Ứng dụng điển hình
- Robot công nghiệp: Kiểm soát vị trí khớp.
- Trung tâm gia công CNC: Phản hồi vị trí trục chính và bàn trượt.
- Logistics thông minh: Phát hiện đường đi của AGV và hệ thống băng tải.
- Lưu trữ tự động: Điều khiển vị trí cần trục và thang nâng.
- Thiết bị y tế: Nền quay của máy MRI và CT.
- Năng lượng gió và mặt trời: Phát hiện hướng gió, góc cánh và hệ thống theo dõi mặt trời.
Tiêu chuẩn công nghiệp và quy chuẩn
- IEC 61800-5-2: An toàn chức năng của hệ thống truyền động điện (bao gồm phân loại SIL).
- ISO 13849-1: An toàn hệ thống điều khiển máy móc.
- IEC 61131-2: Yêu cầu đầu vào/đầu ra cho thiết bị điều khiển công nghiệp.
- IEC 60529: Cấp độ bảo vệ (mã IP).
- ISO 9001: Hệ thống quản lý chất lượng sản xuất.
So sánh bộ mã hóa tuyệt đối và bộ mã hóa gia tăng
| Chỉ số hiệu suất | Bộ mã hóa tuyệt đối | Bộ mã hóa gia tăng |
|---|---|---|
| Thông tin vị trí | Cung cấp vị trí tuyệt đối duy nhất | Cung cấp vị trí tương đối |
| Giữ vị trí không mất dữ liệu | Có | Không |
| Độ phức tạp hệ thống | Thấp (không cần tham chiếu lại) | Cần bộ đếm và cơ chế tham chiếu ngoài |
| Chi phí | Cao hơn | Thấp hơn |
| Độ chính xác | Cao (lên đến 24 bit hoặc hơn) | Phụ thuộc vào PPR và bộ đếm |
| Kịch bản ứng dụng | Hệ thống theo dõi nhiều vòng có độ chính xác cao | Hệ thống phát hiện tốc độ hoặc vị trí thông thường |
Bảo trì và khắc phục sự cố
Bảo trì định kỳ
- Kiểm tra thường xuyên các chốt gắn để tránh lỏng hoặc mài mòn.
- Giữ sạch cửa sổ quang học đối với bộ mã hóa quang học.
- Kiểm tra độ toàn vẹn của cáp và đầu nối để tránh gãy hoặc ăn mòn.
Các vấn đề phổ biến và giải pháp
| Vấn đề | Nguyên nhân có thể | Giải pháp |
|---|---|---|
| Không có đầu ra tín hiệu | Mất nguồn hoặc dây bị ngắt | Kiểm tra nguồn cấp và kết nối dây |
| Dữ liệu vị trí nhảy hoặc bị mất | Nhiễu, linh kiện cũ hoặc bộ phận lỏng | Kiểm tra nối đất, thay thế linh kiện và siết chặt bộ phận |
| Lỗi hoặc chậm trễ truyền thông | Cấu hình giao thức không chính xác hoặc sự cố dây | Xác minh cấu hình giao thức và kiểm tra/thay thế cáp |
Hướng dẫn chọn lựa
- Chọn loại: Một vòng hoặc nhiều vòng dựa trên phạm vi chuyển động.
- Yêu cầu độ phân giải: Chọn số bit theo nhu cầu chính xác điều khiển.
- Giao diện đầu ra: Chọn giao diện nối tiếp hoặc song song tương thích với bộ điều khiển hoặc PLC.
- Thông số lắp đặt: Xác nhận đường kính trục, tiêu chuẩn mặt bích và khả năng tải.
- Yêu cầu môi trường: Xác định cấp bảo vệ và phạm vi nhiệt độ phù hợp với điều kiện làm việc.
- Khả năng tương thích hệ thống: Đảm bảo giao thức truyền thông tương thích với hệ thống hiện tại.
- Chứng nhận an toàn: Ưu tiên sản phẩm được chứng nhận SIL, ISO 13849 và các tiêu chuẩn liên quan.
Tham khảo / Tiêu chuẩn trích dẫn
- IEC 61800-5-2:2016
- ISO 13849-1:2015
- IEC 61131-2:2017
- IEC 60529:2020
- ISO 9001:2015