что это, принцип работы, применение

Аналоги мировых брендов. Подробнее>>

Содержание:

• Применяемые технологии
• Выходной сигнал
• Основные параметры
• Когда применяют инкрементальные энкодеры
• Области применения

Инкрементальные энкодеры, в отличие от абсолютных, выдают информацию о положении относительно положения в предыдущий момент времени. После включения питания вся информация о предыдущих перемещениях пропадает и положение вала становится неопределённым. Как правило в таком случае механизм приходится перемещать в некоторое известное положение для того чтобы информация о положении снова стала актуальной.

Применяемые технологии

Работа современных энкодеров базируется на использовании определенных физических принципов, основными из которых являются магнитный, ёмкостной и оптический. Для определения положения объекта ёмкостной принцип предполагает использование изменений электрического поля, магнитный – изменений магнитного поля, оптический – изменений пучков света.

Оптические

Оптические датчики угла поворота используют изменения световых пучков, происходящие во время кругового движения кодового диска, с которым взаимодействуют пучки света. Работа оптических энкодеров основана на двух схемах: пропускательной и отражательной.

В случае пропускательной схемы световые пучки попадают на фотоприемники после прохождения через узкие отверстия в кодовом диске.

При отражательной схеме на кодовом диске происходит чередование зеркальных и рассеивающих участков. Отражающийся от зеркальных участков свет, попадает в приёмник оптического излучения.

Кодовый диск инкрементного энкодера (слева) и абсолютного энкодера (справа)

Магнитные

Магнитные энкодеры для работы используют изменения магнитного поля, которые происходят во время кругового движения кодового диска. В зависимости от способа измерения изменений, магнитные датчики углов поворота делятся на следующие виды:

• индуктивные – изменения, происходящие с магнитным полем, измеряются по изменениям взаимной индуктивности обмоток, находящихся на неподвижной и вращающейся части энкодера;
• магнитно-резистивные – в таких датчиках в качестве чувствительного элемента используются материалы, которые в магнитном поле изменяют свое сопротивление;
• на датчиках Холла – изменения магнитного поля оцениваются с помощью датчиков на эффекте Холла.

Ёмкостные

Принцип действия базируется на оценке изменений электрического поля, которые происходят при круговом движении кодового диска специальной конфигурации. Изменения емкости конденсатора, образованные вращающимся кодовым диском и обкладками на неподвижной части энкодера, является основанием для оценки электрического поля.

Выходной сигнал

Выходной сигнал инкрементального энкодера чаще всего представляет собой 2 импульсных сигнала со скважностью 50% сдвинутых  относительно друг друга на 90°. Сигналы с этих двух каналов (квадратура выхода (обычно A и B)) позволяют определить направление вращения энкодера и величину углового перемещения. Направление вращения определяется опережением или отставанием импульсов одного из каналов относительно второго канала. Величина перемещения определяется по количеству импульсов на этих двух каналах.  Для обработки выходного сигнала применяются специализированные счётчики импульсов, либо отдельно стоящие либо интегрированные в микропроцессоры , микроконтроллеры или ПЛК. В зависимости от способа обработки сигнала с энкодера можно  получать информацию о положении или о скорости. Такая гибкость позволяет широко применять энкодеры в современных системах автоматического управления в качестве датчиков обратной связи по обоим этим величинам.

В ряде случаев энкодер оснащается третьим каналом – индексным (обозначают I или Z). Импульс на нём появляется один раз за полный оборот энкодера. Этот импульс позволяет контролировать показания с каналов A и B, а также облегчает привязку показаний инкрементального энкодера к реальному положению механизма.

Основные параметры

Разрешение

Разрешение инкрементального энкодера определяет какое минимальное перемещение вала датчика приводит к изменению сигнала на выходе датчика. У всех инкрементальных энкодеров разрешение приводится в полных циклах на один оборот. Под одним полным циклом подразумевается полный цикл измерения сигналов на двух основных каналах энкодера (A и B). При обработке сигнала инкрементального энкодера часто пользуются подсчётом импульсов «с учетверением». В этом случае подсчитывается каждый фронт (передний и задний) по обоим основным каналам энкодера A и B. Легко видеть что за время полного цикла таких фронтов будет 4 – 2 по каналу A и 2 по каналу B. Таким образом при такой обработке количество отсчётов на один оборот энкодера будет в 4 раза больше чем разрешение указанное в полных циклах.

Интерфейс

Все инкрементальные энкодеры имеют интерфейс в виде двух импульсных сигналов, а некоторые имеют и дополнительный индексный канал. Отличия могут заключаться в напряжении импульсных сигналов и в наличии дифференциального выхода (драйвера линии).

Импульсный сигнал формируемый на выходе инкрементального энкодера  принимает 2 значения – максимальное и минимальное. Минимальное значение в большинстве случаев соответствует нулю. Максимальное значение может быть или фиксированным (напр. 3,3 В, 5 В) так и зависеть от напряжения питания поданного на энкодер (например на 1В или на 2 В меньше напряжения питания).

По способу формирования выходного сигнала можно выделить энкодеры:

• с несимметричным выходом
• с дифференциальным выходом (с драйвером линии).

В случае несимметричного выхода сигналы всех трёх импульсных каналов формируются относительно общей точки источника питания (0 источника питания). Такой сигнал достаточно прост при использовании и экономичен с точки зрения числа подключаемых проводов, однако уязвим для электромагнитных помех в случае передачи по проводам значительной длины. Сигнал энкодеров с дифференциальным выходом лишён этого недостатка. Для каждого канала при помощи специального формирователя вместо одного сигнала формируется пара сигналов – нормальный и логически инверсный,  а соответствующий приёмник принимает сигнал по разности этой пары сигналов. Это позволяет устойчиво передавать сигнал по длинным проводам (десятки и сотни метров) даже при наличии помех.

Скорость вращения

Важным параметром о котором не следует забывать является максимальная скорость вращения при которой происходит корректная выдача выходного сигнала. Именно от него зависит можно ли будет установить инкрементальный энкодер на валу скоростных бесколлекторных двигателей или же его можно будет использовать только на выходе мотор-редукторов и сравнительно медленных моментных двигателей.

Когда применяют инкрементальные энкодеры

Вопрос о том какие энкодеры предпочтительней применить в той или иной системе неразрывно связан с требованиями, предъявляемыми к ней. Если сразу после подачи питания на систему датчик должен выдавать правильное положение, то тогда лучше применить абсолютный энкодер. А если после старта допускается период подготовки системы к работе когда можно провести вывод механизма в нулевое положение, то тогда можно применять инкрементальный энкодер.

Инкрементные энкодеры имеют более простую конструкцию, поэтому среди них можно найти модели очень компактных размеров, недостижимых для абсолютных датчиков. Этим определяется применение инкрементных энкодеров в малогабаритных системах.

Если энкодер используется только для определения скорости вращения механизма, то для выполнения этой функции достаточно инкрементного энкодера.

Области применения

Инкрементальные энкодеры являются одним из самых распространённых датчиков в современных сложных технических системах. Вот лишь некоторые примеры:

• Медицинская техника
• Автоматизированное тестовое и диагностическое оборудование
• Самодвижущиеся роботоподобные устройства
• Системы контроля доступа

Поделиться:

Нельзя добавить товар к сравнению. Вы уже добавили к сравнению товар из категории « XXX». Очистите список сравнения и попробуйте ещё раз.

Товар успено добавлен в корзину

Ваш город

• Москва
• Санкт-Петербург
• Новосибирск
• Екатеринбург
• Казань
• Нижний Новгород
• Челябинск
• Самара
• Омск
• Ростов-на-Дону
• Уфа
• Красноярск
• Воронеж
• Пермь
• Волгоград
• Краснодар
• Саратов
• Тюмень
• Тольятти
• Ижевск
• Барнаул
• Ульяновск
• Иркутск
• Хабаровск
• Ярославль
• Владивосток
• Махачкала
• Томск
• Оренбург
• Кемерово

Извини, ничего не нашлось

Ваш заказВаша корзина пуста

Спасибо, ваше сообщение отправлено. Мы ответим вам как только сможем.

Перезвонить мне

Спасибо, ваше сообщение отправлено. Мы ответим вам как только сможем.

Сайт использует cookies для вашего удобства. Политика конфидинциальности и Правила использования. Принять

Политика конфиденциальности

Энкодеры| SEW‑EURODRIVE

Будь то встроенные или внешние энкодеры, с нашими системами Ваши двигатели будут четко реагировать на команды приводной электроники. Регулирование скорости и позиционирование – не единственные причины, почему Вам следует применять наши энкодеры.

Легко выполняют задачи позиционирования

Различные типы энкодеров для Вашего предприятия Различные типы энкодеров для Вашего предприятия

Оптимальное взаимодействие между отдельными компонентами системы особенно важно при решении задач позиционирования. Двигатели должны точно реагировать на команды приводной электроники. Мы можем предложить Вам необходимые системы энкодеров.

Эти системы определяют фактическое положение и передают по каналу обратной связи информацию о скорости приводной электронике. Если Вы используете приводы с данными в форме абсолютных величин, это позволяет сэкономить время на инициализацию оборудования.

Большой выбор наших энкодеров позволяет Вам контролировать и размещать свое оборудование в соответствии с Вашими требованиями::

• Инкрементальные энкодеры с обычными уровнями сигнала TTL (логика транзистор-транзистор) и HTL (высокопороговая логика)
• Инкрементальные угловые энкодеры с треками sin/cos
• Абсолютные энкодеры с треками RS485 sin/cos
• Абсолютные энкодеры с SSI (Синхронным последовательным интерфейсом), однооборотные и многооборотные энкодеры
• Встроенные энкодеры

Наверх

Будьте на связи с нами.

• Наши специалисты знакомы с Вашими требованиями.
• Благодаря нашей глобальной сети мы всегда оказываемся в нужном месте в нужное время.
• У нас есть ноу-хау и инструменты, обеспечивающие оптимальную поддержку и консультирование.

Наверх

Ваши преимущества

• 
  

  Длина двигателя не увеличивается,

  так как встроенные энкодеры устанавливаются между торцевым щитом и вентилятором таким образом, что энкодер имеет компактный профиль при подключении к двигателю.

• 
  

  Исключительная эксплуатационная гибкость

  благодаря стандартизованным сигналам для инкрементальных энкодеров, а также однооборотным и многооборотным энкодерам.

• 
  

  Очень простой ввод в эксплуатацию,

  так как энкодеры с «встроенной заводской табличкой» обеспечивают легкий запуск с нашими преобразователями.
  .

Наверх

Закрыть таблицу

Здесь находится сохраненная таблица.

Закрыть таблицу

Здесь находится сохраненная таблица.

Закрыть таблицу

Здесь находится сохраненная таблица.

Закрыть таблицу

Здесь находится сохраненная таблица.

Закрыть таблицу

Здесь находится сохраненная таблица.

Закрыть таблицу

Здесь находится сохраненная таблица.

Закрыть таблицу

Здесь находится сохраненная таблица.

Наверх

Встроенные энкодеры

Характеристики

Встроенные энкодеры для двигателей серии.. DR являются уникальными: вместо внешнего энкодера на защитном кожухе вентилятора на стороне B энкодер размещается между торцевым щитом и вентилятором. Это означает, что установка энкодера не добавляет дополнительной длины двигателю.

Например, если Вы используете стандартный инвертор MOVITRAC^® с прикладным модулем «Простое позиционирование», то Вы можете успешно его применять, для чего ранее потребовалось бы переключать быструю / ползучую скорости и испытывать пусковое устройство.

Технические данные

Закрыть таблицу

Здесь находится сохраненная таблица.

Функциональная безопасность

Энкодеры типов EI7C FS предлагают следующие функции безопасности:

Закрыть таблицу

Здесь находится сохраненная таблица.

Наверх

Определение углового положения вращения двигателя

Сегодня электронные схемы управления становятся неотъемлемой частью электродвигателей большой и средней мощности в автомобильной и промышленной технике. И одним из важных элементов этих схем является датчик углового положения двигателя, который выдает информацию об абсолютном положении ротора. Чтобы выбрать правильный датчик для конкретного применения, необходимо принять во внимание трудности и ключевые свойства систем, для которых должны быть спроектированы эти датчики. Датчики положения вращения электродвигателей должны соответствовать высоким требованиям надежности и точности в суровых условиях, характерных для промышленного применения. Они используются для преобразования информации о вращении двигателей в электрические сигналы. Точность этих данных имеет решающее значение для правильной работы синхронизационной схемы. Получение данных о вращении возможно разными способами и наиболее важные из них используют преобразователи и кодировщики.

Резольверы и кодеры

Резольвер – это аналоговый измеритель угла, похожий по структуре на электродвигатель, называемый вращающимся трансформатором. В его статоре две одинаковые неподвижные вторичные обмотки с осями, направленными под прямым углом друг к другу, а в роторе – одна вращающаяся первичная обмотка.

Принципиальная схема резольвера

На эту обмотку подается переменное опорное напряжение Uod постоянной частоты. Вторичные обмотки статора обеспечивают напряжения, различающиеся по фазе на 90°. Угловое положение вала рассчитывается на основе измерений Us и Uc.

Разделение диска датчика абсолютного вращения на 8 сегментов

Для измерения угла поворота можно использовать три типа энкодеров: абсолютное положение, инкрементальный энкодер с выходом «1» или «0» и инкрементальный синусоидальный энкодер. Датчик абсолютного угла поворота основан на диске, разделенном на несколько сегментов с разными шаблонами. Например, для 3-битного сигнала есть 8 сегментов.

1. Абсолютный энкодер отслеживает свое положение предоставляя информацию с момента включения питания. Это полезно когда механизм не используется постоянно, а питание в это время отключено.
2. Вращающийся диск инкрементального энкодера генерирует импульсный цифровой сигнал. Он также имеет референтную метку для указания текущего положения вращения, обозначающего нулевой угол. Эталонный импульс, обычно называемый импульсом «Z», использует фотодетекторы электроники для определения точного исходного положения один раз за оборот, создавая «квадратурные» сигналы, которые образуют два потока импульсов, A и B, смещенных во времени на 90° друг другу. Последовательность их генерации позволяет распознать направление вращения измеряемого двигателя. Некоторые энкодеры также выдают инверсные импульсы.
3. Инкрементальный энкодер с синусоидальным сигналом выдает синусоидальный сигнал. Он генерирует синусоидальную волну, косинусоидальную волну и контрольную метку, которые обрабатываются в электронной схеме. Эти сигналы значительно отличаются от сигналов синусоидального преобразователя с амплитудной модуляцией. Сигналы энкодера намного выше по частоте и не содержат «несущую частоту».

Какой датчик самый полезный

Двигатель является конечно основой, но многие системы управления требуют, чтобы информация об угловом положении двигателя была тоже очень точной. Контур алгоритма управления принимает сигнал обратной связи от датчика положения для управления током в моторе на каждом этапе его работы. Это управление основано на независимом управлении IGBT-транзисторами, питающими обмотки каждой из этих фаз, что приводит к регулированию тока и, следовательно, вращения двигателя.

Резольверы, соединенные с двигателями, работают при высоких температурах и в условиях тяжелых ударных нагрузок. Размещают электронную схему управления мотором подальше от его магнитного поля и помех. С другой стороны, электронные схемы для обработки сигналов энкодера из-за необходимости укорочения соединений должны располагаться рядом с ним, что увеличивает температуру их работы.

Обмотки резольверов (обычно 6 витков в датчике) требуют хорошей изоляции из-за относительно высокого напряжения подаваемого на электродвигатели, обычно выше 300 В. Резольвер также должен выдерживать высокие температуры. Его цепи обратной связи могут выдерживать температуры выше 125°C, что делает резольвер предпочтительным решением для автомобильных и промышленных устройств, работающих в самых сложных условиях окружающей среды.

Датчик абсолютного положения

Датчик абсолютного положения постоянно сигнализирует о фактическом вращательном положении двигателя. Резольверы выдают уникальные синусоидальные и косинусоидальные сигналы напряжения в каждом положении в диапазоне 360°, поэтому они и являются датчиками абсолютного положения. С другой стороны, сигнал цифрового энкодера может быть абсолютным или инкрементным. Абсолютные энкодеры отправляют данные по последовательной шине данных, такой как SSI (синхронный последовательный интерфейс). Контроллер должен обмениваться данными с приводным двигателем в соответствии с этим протоколом.

Диск оптического датчика положения поворота

Инкрементальные энкодеры не предоставляют абсолютной информации и могут использоваться только для увеличения или уменьшения счетчика положения. Инкрементальный энкодер не сохраняет информацию о положении после отключения питания, даже если память в схеме энергонезависима.

Пользователи мощных двигателей, используемых на транспорте, на практике предпочитают датчики резольвера, потому что во время определения положения вибрации и сильные удары остаются под контролем. Их медные обмотки в пластинчатых сердечниках трансформаторов в стальных корпусах с термостойким покрытием экологически устойчивы. А энкодеры состоят из оптоэлектронных систем оптических стекол в пластмассовых корпусах с эпоксидной связью и являются экологически чувствительными. Из-за ударов и вибрации точность энкодеров там ниже, чем у резольверов. Прозрачный оптический диск, используемый в оптическом кодировщике, подвержен загрязнению пылью, несмотря на меры безопасности.

Для увеличения сопротивления производители энкодеров используют пластиковые или металлические диски и другие более термостойкие компоненты, вместо стеклянных. Механическая изоляция, а также защита от пыли и жира, применяются для повышения устойчивости к ударам и вибрации. Резольверы предлагаются как отдельные элементы, ротор и статор, что позволяет легко подключать их к двигателям.

Датчики в устройствах с высокой точностью

Если один оборот оси, или 360°, то есть 21 600 футов, разделить на 4096 частей (212 при 12 битном разрешении), то каждый график займет 6,27 угловых минут, поэтому точность составляет ± 5,27′. Это наименьший угол поворота вала двигателя который можно зарегистрировать.

Система определения положения вращения электродвигателя с помощью энкодера (слева) и резольвера (справа)

Производители резольверов и энкодеров указывают пределы точности технических данных своей продукции. Точность обычно указывается в долях угла. Указываются предельные отклонения от фактического измеренного угла.

Обычно заявленная точность для бесщеточного резольвера составляет 10 угловых минут. Типичная общая погрешность системы резольвера, включая погрешность датчика и обработки, составляет ± 15,27 минуты (10 минут для датчика и 5,27 минуты, как рассчитано выше). Усовершенствования конструкции и процесса позволяют повысить точность примерно до 3-х минут.

Стандартный резольвер имеет одну катушку, один полюс северный и один южный полюс на один оборот. Больше катушек и больше полюсов повышают точность системы. На точность резольвера также влияет равномерность намотки катушки обмотки.

Их точность зависит и от ровности срезов оптического диска и правильного размещения светоприемника в поворотных энкодерах. С помощью передовых полупроводниковых и фотографических технологий он может быть доведен до 0,5 угловой минуты. Но стоимость кодировщика с большим количеством подсчетов может быть в 10 раз больше, чем стоимость резольвера. Энкодеры с вышеупомянутым 12-битным разрешением ± 5,27′ вместе с максимальной ошибкой 0,5′ имеют точность ± 5,77, что намного лучше, чем у резольверов.

Легкость внедрения в сложной среде

В устройствах работающих в среде с высоким уровнем электромагнитных помех и высокой мощностью, при проектировании и выборе датчиков необходимо учитывать разность потенциалов вызванную проводкой, расстояние между датчиком и контроллером и колебания потенциала земли в транспортных средствах.

Двигатель должен быть подключен к силовой электронике с помощью экранированных кабелей и разъемов. Эти соединения должны быть как можно короче. Сигнальные и силовые кабели должны быть также развязаны и отфильтрованы.

В оптических энкодерах нельзя использовать магнитные компоненты, чтобы избежать влияния электромагнитных помех генерируемых в цепях управления двигателем. Но датчик резольвера расположен близко к двигателю и вдали от цепей управления мощностью, которые генерируют шум.

Некоторые цифровые преобразователи также выдают цифровые управляющие сигналы (квадратурные и коммутационные), которые напоминают сигналы кодировщика. Использование дифференциальных методов позволяет исключить электронные помехи, наведенные в проводниках. Усовершенствования на аналоговой стороне преобразователя перед преобразованием сигнала в цифровой позволяют отфильтровать общие помехи.

Стоит помнить что двигатель, в зависимости от размещения датчика, может показывать разную величину крутящего момента и его пульсации, что существенно влияет на получаемые результаты.

Надежность и экономичность устройств в сложных условиях окружающей среды определяют выбор в пользу резольвера. А требование очень точного позиционирования способствует внедрению энкодера. Кроме того оптический кодировщик высокого разрешения имеет значительные размеры, что увеличивает его стоимость.

Различные типы двигателей энкодеров и их работа

12 марта 2021 — 0 комментариев

Различные типы двигателей энкодеров

Когда речь заходит о прецизионном управлении , шаговый двигатель — это первое, что приходит нам в голову, но иногда бывают ситуации, когда требуется точное управление, но не настолько экстремальное. В качестве примера можно использовать автоматическую систему запирания дверей. Или, может быть, вы хотите вращать вал двигателя на 360 градусов вперед и назад, как в стиральной машине. В такой ситуации выбор шагового двигателя не только неэффективен, но и затратен. Решение этой проблемы простое Encode Motor , который намного дешевле, чем обычный шаговый двигатель , а также может создавать намного больший крутящий момент, чем шаговый двигатель.

Итак, в этой статье мы решили рассказать все о различных типах энкодеров и их принципе работы . Мы также поговорим о том, как вы можете использовать простой микроконтроллер, такой как Arduino, для его чтения.

Что такое двигатель энкодера?

Двигатель с датчиком положения — это тип двигателя, на задней стороне которого установлен датчик вращения , который обеспечивает обратную связь с системой, отслеживая скорость или положение вала двигателя.

На рынке представлен широкий выбор двигателей с энкодерами. некоторые из них являются оптическими или магнитными, в то время как другие являются инкрементными или абсолютными. Тип кодировщика может зависеть от формы, размера и типа приложения.

Как работает энкодер?

В любом поворотном энкодере есть два выхода, обозначенные A и B, или они могут быть чем-то похожим в зависимости от продукта. Но основная концепция остается довольно похожей, для простоты мы можем представить поворотный энкодер как два переключателя внутри энкодера, которые объединены с VCC или GND (в зависимости от производителя), теперь, когда он вращает общий вывод касается клеммы A или клеммы B, клемма расположена таким образом, что если энкодер вращается по часовой стрелке, контакт A станет высоким, следующий контакт B станет высоким, это означает, что в зависимости от направления (по часовой стрелке или против часовой стрелки) будет всегда будь 9фазовый сдвиг 0 градусов. И мы можем просто обнаружить этот фазовый сдвиг с помощью микроконтроллера, чтобы определить направление вращения, и как только мы это сделаем, мы можем увеличить или уменьшить счетчик, который сообщает нам об/мин или градусов вращения (в случай мотор-редуктора с энкодером). Изображение ниже даст вам лучшее представление о процессе.

Если вы хотите узнать больше о работе двигателя с энкодером, вы можете прочитать статью об инкрементальном энкодере в Википедии. Кроме того, вы можете ознакомиться с нашей статьей о работе схемы распиновки модуля поворотного энкодера 9.0003

Различные типы двигателей с энкодером

В зависимости от применения существует множество различных типов двигателей с энкодером на выбор. Наиболее распространенные из них перечислены ниже.

Двигатели переменного тока с энкодерами:

На рынке доступны не только двигатели постоянного тока, но и двигатели переменного тока с энкодерами. Индукция переменного тока может быть обычным выбором для общих приложений и систем управления, поскольку они имеют низкую стоимость и длительный срок службы. Эти типы двигателей используются в токарных станках, где требуется точное регулирование скорости

Шаговый двигатель с энкодером: 

Когда мы слышим о шаговом двигателе с энкодером, первое, что мы подумаем, это зачем вообще нужен шаговый двигатель с энкодером. Разве его точный контроль на самом деле не то, что степпер делает лучше всего? Ответ на этот вопрос – «да» и «нет» одновременно. Документ, выпущенный GALIL по шаговому двигателю с замкнутым контуром, говорит об обратном. Они говорят, что указания, данные энкодером, могут иметь большое влияние на то, как точно может работать шаговый двигатель. В документе говорится о параллельном сравнении систем шаговых двигателей с разомкнутой и замкнутой петлей, и они обнаружили, что дополнительный энкодер может в определенной степени улучшить стабильность системы. С помощью этой техники они достигают большего крутящего момента, а также значительно улучшают плавность работы двигателя.

Энкодеры двигателя постоянного тока:

Двигатель постоянного тока с энкодером является наиболее распространенным типом, который можно найти на рынке. В большинстве случаев это обычный двигатель постоянного тока с энкодером магнитного типа, прикрепленным к его задней стороне, а на передней стороне может быть или не быть редукторный узел, который снижает скорость вращения и увеличивает крутящий момент. Энкодер обеспечивает замкнутую обратную связь с системой, с помощью которой можно точно отрегулировать число оборотов двигателя.

Типы энкодеров

В зависимости от области применения существует множество различных типов энкодеров. Список которых приведен ниже.

Оптический энкодер: 

Оптический энкодер является одним из наиболее часто используемых энкодеров и состоит из источника света, вращающегося диска и схемы детектора света. Когда на него подается питание от источника света или светодиода, и, в крайнем случае, этим источником света является фотодетектор, а между ними размещается диск энкодера. Диск энкодера состоит из черного диска, в котором есть отверстия между ними, через которые свет поступает на фотодетектор, и он прерывается, когда отверстия нет. Это создает световой импульс, который обрабатывается микроконтроллером, а затем определяет направление, в котором он вращается. Мышь — отличный пример такого типа энкодера.

Линейный энкодер: 

Линейный энкодер — это тип энкодера, который в основном используется в промышленной автоматизации и управлении. Это устройство с линейной шкалой, определяющей его положение. На шкале есть датчик, он может считывать шкалу и определять ее положение. Цифровой штангенциркуль — отличный пример линейного энкодера. Линейные энкодеры могут быть абсолютными или инкрементными, а могут и не быть. Этот тип энкодера используется в высокоточных инструментах, таких как токарные станки и средства промышленной автоматизации.

Абсолютный энкодер: 

Одним из самых интересных энкодеров, о котором вы могли узнать, является абсолютный энкодер . В отличие от инкрементного энкодера, который обеспечивает непрерывный поток битов при вращении, абсолютный энкодер — это тип энкодера, который выводит уникальные биты слова для каждой позиции в пространстве. Это обеспечивает более высокое разрешение, чем другие типы инкрементных энкодеров, а также может быть адаптировано к различным типам микроконтроллеров для повышения производительности.

Инкрементальный энкодер: 

Инкрементный энкодер — это еще один наиболее распространенный тип энкодера, который обычно используется для различных типов приложений. Это энкодер, который преобразует угловое движение в цифровой/аналоговый сигнал в зависимости от типа энкодера. Инкрементальный энкодер можно использовать для определения положения вала двигателя, и он используется в основном в серводвигателях.

С учетом сказанного, теперь вы немного знаете о типах кодировщиков и их работе. Если у вас есть вопросы по статье, вы можете задать их в разделе комментариев ниже.

Связанный пост

#01 Роль энкодера | Учебники | Датчики угла поворота | Продукция

1-3. Где используются энкодеры?

Как упоминалось в начале, энкодеры используются в устройствах, которые должны работать быстро и с высокой точностью. В частности, это устройство, которое приводится в действие двигателем. Например, энкодеры широко используются в промышленных роботах, используемых на заводах, таких как сборочные роботы, сварочные роботы, автоматические станки и обрабатывающие центры.

Однако большинство людей никогда не видели новейшую фабрику, на которой постоянно работают промышленные роботы. Давайте рассмотрим некоторые случаи, когда кодировщик действительно используется.

Автоматизация производства (умное производство)

Рисунок 2. Автоматизация производства (умное производство)

Различные производственные помещения используются на заводах по производству электроприборов и автомобилей.
Компьютер управляет станками, изготавливающими детали из металла, и один станок может выполнять различные операции, такие как резка плоских поверхностей, сверление отверстий и нарезание канавок. Такие станки называются обрабатывающими центрами.
Изготовленные детали отправляются на сборочный завод и автоматически собираются промышленными роботами, такими как специальные сборочные машины или роботы манипуляторного типа.

Современные фабрики полностью автоматизированы и используют компьютеры и сети для всех производственных процессов проектирования, обработки деталей, хранения, управления, транспортировки и сборки. Эта концепция «подключенных фабрик» называется Индустрия 4.0, а такие фабрики называются умными фабриками.

Промышленные роботы

IПромышленные роботы освобождают людей от опасной и сложной работы (так называемой трехмерной работы), повышают производительность предприятия и стабилизируют качество продукции. Наиболее широко используемый и очень практичный промышленный робот — это шарнирный робот с несколькими суставами, эквивалентными человеческим плечам, локтям и запястьям. Он работает как человеческая рука с поворотными, вращательными и скользящими движениями. Входной сигнал от контроллера преобразуется приводом в движение, и робот перемещается точно.

Рисунок 3. Схема промышленного робота

Часть, соответствующая «руке» от плеча человека до запястья, называется манипулятором, а часть, соответствующая «руке» от запястья человека до пальца, называется концевым зажимом. В промышленных роботах, заменив концевой зажим, можно выполнять не только захват, но и покраску, и сварку. Если вы посетите выставку роботов или станков, вы действительно сможете увидеть шарнирно-сочлененных роботов, представленных различными компаниями.

Привод

Двигатели используются в качестве приводов роботов, поскольку их легко миниатюризировать и они обладают высокой точностью. В реальных случаях люди используют приводы с увеличенной силой вращения (крутящим моментом), интегрируя редуктор, который работает так же, как велосипедная трансмиссия, на выходной вал двигателя и замедляя скорость вращения двигателя.

Существует также электрический ползунок, который создает большую силу в направлении движения, изменяя движение с вращательного на прямолинейное с помощью винта.
Вы также можете увидеть их на выставках.

Рисунок 4а. Схема мотор-редуктора

Рисунок 4б. Схема электрического слайдера

Серводвигатель

Существует так много типов двигателей, что все запутанно. В этой статье мы сосредоточимся на двигателях, использующих энкодеры.

Одним из примеров является серводвигатель. Серводвигатель — это двигатель, который используется в сервомеханизме. Сервомеханизм — это механизм, который поддерживает постоянную скорость непрерывного вращательного движения или линейного движения или точно контролирует угол поворота и расстояние перемещения одного движения. Серводвигатель состоит из бесщеточного двигателя постоянного или переменного тока, энкодера и сервоусилителя (также называемого драйвером).

Рисунок 5. Схема серводвигателя

Чтобы поддерживать постоянную скорость вращения бесщеточного двигателя постоянного тока или двигателя переменного тока, энкодер определяет скорость вращения. Сервоусилитель управляет вращением двигателя быстрее, если обнаруженная скорость ниже установленной скорости вращения, или медленнее, если она выше.

Для точного контроля угла поворота двигателя энкодер определяет угол поворота. Сервоусилитель управляет углом поворота двигателя, проверяя, достиг ли он целевого угла поворота.

Этот метод управления с использованием энкодера для определения скорости вращения двигателя и угла поворота называется управлением с обратной связью (замкнутый контур).

Шаговый двигатель

Еще один шаговый двигатель. Шаговый двигатель — это двигатель, который поворачивается на определенный угол при подаче одного импульсного сигнала. Шаговый двигатель можно использовать без обратной связи (разомкнутый контур), поскольку угол поворота и скорость вращения определяются количеством импульсных сигналов, подаваемых на двигатель, и интервалом между импульсами.

Преимущество этого метода заключается в упрощении системы, поскольку он не использует кодировщик. Однако недостатком шагового двигателя является низкий КПД. Потому что он всегда пропускает максимальный ток, чтобы предотвратить выход из строя.
Используя энкодер для проверки того, вращается ли он в соответствии с инструкциями, и возвращая результат, нет необходимости поддерживать максимальный ток, а энергопотребление системы снижается.

Рисунок 6. Использование шагового двигателя

Кроме того, проверяя состояние нагрузки с помощью энкодера, можно максимизировать рабочую скорость привода в пределах диапазона, в котором двигатель не останавливается. Это повысит производительность. Иногда люди называют двигатель, который используется таким образом, шаговым серводвигателем.

Технический документ — Основы работы энкодера

Краткое изложение

Энкодеры преобразуют движение в электрический сигнал, который может быть считан каким-либо типом управляющего устройства в системе управления движением, например, счетчиком или ПЛК. Энкодер отправляет сигнал обратной связи, который можно использовать для определения положения, счета, скорости или направления. Устройство управления может использовать эту информацию для отправки команды для конкретной функции.

Примеры функций энкодера

В любом приложении процесс одинаков: энкодер генерирует счетчик и отправляет его на контроллер, который затем посылает сигнал машине для выполнения функции. Например:

• В приложении для резки по длине энкодер с измерительным колесом сообщает устройству управления, сколько материала было подано, чтобы устройство управления знало, когда нужно резать.
• В обсерватории энкодеры сообщают исполнительным механизмам, в каком положении находится подвижное зеркало, посредством обратной связи по положению.
• На домкратах для подъема железнодорожных вагонов точная обратная связь по движению обеспечивается энкодерами, поэтому домкраты поднимаются синхронно.
• В прецизионной системе нанесения этикеток с сервоприводом сигнал энкодера используется ПЛК для управления синхронизацией и скоростью вращения бутылки.
• В приложении для печати обратная связь от кодировщика активирует печатающую головку для создания метки в определенном месте.
• В случае большого крана энкодеры, установленные на валу двигателя, обеспечивают обратную связь по позиционированию, чтобы кран знал, когда поднимать или сбрасывать груз.
• В приложении, где наполняются бутылки или банки, обратная связь сообщает машинам наполнения о положении контейнеров.
• В лифте энкодеры сообщают контроллеру, когда кабина достигла нужного этажа в нужном положении. То есть обратная связь от энкодера к контроллеру лифта гарантирует, что двери лифта открываются на уровне пола. Без энкодеров вы могли бы подняться или выйти из лифта, а не просто выйти на ровный пол.
• На автоматизированных сборочных линиях энкодеры сообщают роботам о движении. На автомобильной сборочной линии это может означать, что роботизированные сварочные рукава получают правильную информацию для сварки в правильных местах.

Компактный 2-дюймовый энкодер с глухим полым отверстием (1) обеспечивает обратную связь по движению двигателя. Гибкое крепление (2) стабилизирует энкодер, а кабель посылает электрический сигнал на приемник.

Создание сигнала

Кодировщики используют различные типы технологий для создания сигнала, в том числе: механические, магнитные, резистивные и оптические. Оптические являются наиболее распространенными. При оптическом считывании энкодер обеспечивает обратную связь на основе прерывания света, как показано на рис. 1.

Луч света, излучаемый светодиодом, проходит через кодовый диск (см. рис. 1), на котором видны непрозрачные линии. как спицы на велосипедном колесе. Когда вал энкодера вращается, световой луч от светодиода прерывается непрозрачными линиями на кодовом диске, прежде чем он улавливается узлом фотодетектора. При этом генерируется импульсный сигнал: горит = горит; нет света = выкл. Сигнал отправляется на счетчик или контроллер, который затем посылает сигнал для выполнения желаемой функции.

Рисунок 1

Как создается прямоугольная волна

массив фотодиодов, также известный как фотодатчик. Фотодатчик реагирует на световой луч, создавая синусоидальную форму волны, которая преобразуется в прямоугольную волну или последовательность импульсов. Этот импульсный сигнал затем отправляется на счетчик или контроллер, который затем посылает сигнал для выполнения желаемой функции.

На рис. 1 показан типичный поворотный энкодер. Инкрементальные энкодеры могут выдавать импульс один раз за оборот (часто называемый индексом, маркером или эталоном), который возникает в той же механической точке оборота вала энкодера. Этот импульс находится на отдельном выходном канале (Z) от сигнального канала или квадратурных выходов. Индексный импульс часто используется для позиционирования приложений управления движением по известному механическому эталону.

Разрешение

Разрешение — это термин, используемый для описания количества циклов на оборот (CPR) для инкрементных энкодеров. Каждый инкрементный энкодер имеет определенное количество циклов, которые генерируются для каждого оборота вала на 360 градусов. Эти циклы контролируются счетчиком или контроллером движения и преобразуются в счетчики для управления положением или скоростью. На рис. 2 справа показано, как работает весь кодировщик.

Рис. 2

Пример приложения

На рис. 3 показан пример использования энкодера в типичном приложении управления перемещением. Резка по размеру, плоттеры, упаковка и транспортировка, автоматизация и сортировка, наполнение, создание изображений и робототехника — все это примеры приложений, в которых может использоваться кодировщик.