Prehľad kódovača
Kodér je elektromechanické zariadenie namontované na hriadeli motora, ktoré sleduje a spätne prenáša rýchlosť a polohu motora vydávaním digitálnych impulzov. Jeho hlavný pracovný princíp je nasledovný: počítaním impulzov generovaných enkodérom dokáže systém vypočítať posunutie aktuálnej polohy motora vzhľadom na poslednú známu polohu, čím sa overí, či motor presne dosiahol cieľovú polohu.
Základná štruktúra kodéra pozostáva zo zdroja svetla, disku (kódového disku) s vyrytými štrbinami pozdĺž jeho okraja a prijímača svetla. Keď sa kódový disk otáča spolu s hriadeľom motora, štrbiny rozsekajú nepretržitý zdroj statického svetla na sériu zábleskov. Svetelný prijímač deteguje tieto zmeny medzi svetlom a tmou a prevádza ich na digitálne impulzné signály štvorcovej{2}}vlny, ktoré sú potom výstupom do hlavného ovládača. Ak sa rozlíšenie kódovača zhoduje s rozlíšením krokov motora, kódovač vygeneruje jeden zodpovedajúci impulz pre každý krok pohybu motora.
I. Inkrementálne kódovače
1. Princíp činnosti a výstupné signály
Inkrementálny kódovač funguje tak, že počas pohybu generuje sériu impulzov. Jeho kódový disk má rovnomerne rozdelené sloty. Keď sa hriadeľ otáča, pevný fotoelektrický snímač detekuje zmeny v prechádzajúcom svetle a vydáva nepretržitú sekvenciu impulzov. Štandardný inkrementálny kódovač zvyčajne poskytuje dva štvorcové -signály s fázovým rozdielom 90 stupňov (kanál A a kanál B), známe ako „kvadratúrne signály“. Fázový vzťah medzi týmito dvoma signálmi sa používa na presné určenie smeru otáčania.
2. Relativita informácií o polohe a problém so stratou-vypínania
Výstupom je inkrementálny kódovačrelatívny posuninformácie, nie absolútnu pozíciu. Po zapnutí systému začne enkodér počítať a odosielať impulzy a externé počítadlo alebo ovládač tieto impulzy akumuluje na výpočet aktuálnej polohy. Keď však dôjde k výpadku napájania, impulzný výstup sa zastaví a ak externe uložená načítaná hodnota nemá záložné napájanie, stratí sa. Po obnovení napájania nemôže kódovač automaticky poznať aktuálnu polohu hriadeľa a počítaná hodnota začne znova od nuly.
3. Nevyhnutnosť navádzania (návrat k referencii)
Kvôli vyššie uvedeným charakteristikám musia systémy používajúce inkrementálne kódovače vykonať operáciu „navádzania“ pri každom spustení alebo reštarte po výpadku napájania. Táto operácia zvyčajne poháňa motor do pohybu, kým sa nespustí vopred definovaný fyzický referenčný bod, ako je koncový spínač, magnetický spínač alebo indexový impulz fázy Z- na disku kódovača. Po nájdení tohto bodu systém vynuluje alebo nastaví počítadlo polohy na známu hodnotu, ktorá potom slúži ako absolútna referencia pre všetky nasledujúce pohyby.
4. Výhody, nevýhody a aplikácie
Výhody:Relatívne jednoduchá konštrukcia, nízka cena a vysoká spoľahlivosť.
Nevýhody:Informácie o polohe sa po vypnutí-stratia a závisia od operácie navádzania; Schopnosť proti-rušeniu je relatívne slabá a impulzy šumu môžu byť omylom započítané do polohy.
Riešenie:Pri aplikáciách, ktoré vyžadujú zachovanie polohy po vypnutí-, možno na napájanie počítadla alebo úložnej jednotky použiť záložnú batériu.
II. Absolútne kódovače
1. Základný princíp: Jedinečné kódovanie absolútnej polohy
Základnou charakteristikou absolútneho kódovača je, že každej mechanickej polohe na jeho kódovom disku je priradené ajedinečný digitálny kód. To sa zvyčajne dosahuje výrobou viacerých sústredných kódových stôp na disku (každá stopa predstavuje jeden binárny bit) a použitím viacerých nezávislých fotoelektrických snímačov. Preto, aj keď je stacionárny alebo vypnutý, výstupný signál priamo zodpovedá absolútnej uhlovej polohe hriadeľa.
2. Zachovanie polohy po zapnutí-vypnutie a okamžitá dostupnosť po zapnutí-
Keďže informácie o polohe sú jednoznačne určené fyzickým vzorom kódového disku, absolútny kódovač po vypnutí-nestratí polohu. Po opätovnom zapnutí systému môže ovládač okamžite prečítať aktuálny kód absolútnej polohy bez vykonania akejkoľvek operácie navádzania, čím dosiahne „zapnutie-a pripravený{3}}na{4}}použitie, čo výrazne zvyšuje efektivitu a bezpečnosť spustenia.
3. Typy s jedným-zákrutom a viacerými{2}}zákrutami
Jednootáčkové absolútne kódovačeposkytujú jedinečnú hodnotu polohy v rámci jednej rotácie o 360 stupňov a sú vhodné pre aplikácie, kde je rozsah pohybu menší ako jedna otáčka.
Viac{0}}otáčkové absolútne kódovačeposkytujú nielen jedinečnú hodnotu v rámci jednej otáčky, ale tiež zaznamenávajú počet otáčok prostredníctvom vnútornej prevodovky alebo elektronického počítacieho mechanizmu. Dokážu poskytnúť globálnu absolútnu polohu vo viacerých zákrutách (napríklad až 4 096 zákrut) a sú vhodné pre aplikácie na určovanie polohy na dlhé -cesty.
4. Signály a výhody
Výstupný kód:Bežne sa používa šedý kód, v ktorom sa medzi susednými pozíciami mení iba jeden bit, čím sa účinne predchádza chybám pri čítaní.
Schopnosť proti-rušeniu:Poloha je určená okamžitým čítaním vzoru kódového disku, takže sa nehromadia príležitostné impulzy elektrického šumu, čo vedie k vysokej odolnosti voči šumu.
Vysoká bezpečnosť a flexibilita:Pozíciu je možné overiť ihneď po zapnutí-, čím sa vyhnete rizikám spôsobeným štartom z neznámej pozície; akýkoľvek bod môže byť použitý ako programovateľná referencia, vďaka čomu je návrh systému flexibilnejší.
III. Mechanické absolútne kódovače (magnetický typ)
Ide o nový typ riešenia absolútneho snímania polohy založeného na princípoch magnetického snímania, ktoré kombinuje pamäť-vypínania s vysokou toleranciou prostredia.
1. Princíp zisťovania polohy jedného otočenia-
Jeho jadro pozostáva zo špeciálneho kompozitného magnetu namontovaného v strede hriadeľa motora (s bipolárnou magnetizáciou v strede a multipólovou magnetizáciou na periférii) a zodpovedajúcimi magnetorezistívnymi snímačmi. Senzor čítasmercentrálneho magnetického poľa, aby sa získal hrubý absolútny uhol (napríklad rozlíšený na 180 stupňov), a zároveň detekujefázové zmenyperiférneho magnetického poľa s vysokou{0}}hustotou na získanie uhlového rozdelenia s vysokým-rozlíšením. Kombináciou týchto dvoch možností je možné vypočítať presnú-absolútnu polohu jedného otočenia.
2. Princíp zisťovania polohy viacerých{1}}otočení
Na dosiahnutie viac{0}}otáčkovej detekcie absolútnej polohy systém zavádza presné ozubené koleso. Hlavné ozubené koleso je namontované na hriadeli motora a za ním nasleduje séria redukčných ozubených kolies so špecifickými ozubenými pomermi. Každý prevod je vybavený vlastným magnetom a snímačom.
Pracovný princíp:Keď sa hriadeľ motora otáča, každý prevod sa otáča inou rýchlosťou. Magnety na týchto prevodoch vytvárajú jedinečnú kombináciufázové rozdielyv súvislosti s ich pozíciami. Systém detekuje fázu magnetického toku každého prevodového stupňa a dekódovaním tejto sady fázových rozdielov dokáže jednoznačne určiť absolútnu mechanickú polohu hriadeľa motora v rozsahu až niekoľkých tisíc otáčok.
Vlastnosti dizajnu:Počty zubov ozubeného kolesa sú špeciálne navrhnuté tak, aby sa kombinácia fázového rozdielu opakovala až po dosiahnutí maximálneho detekovateľného počtu otáčok (napríklad 1800 otáčok), čím sa zabezpečí jedinečnosť kódu polohy. Ozubené kolesá sa používajú iba na detekciu a nenesú žiadne energetické zaťaženie. Sú vyrobené zo samomazných živicových materiálov, ktoré zaisťujú dlhú životnosť.
3. Hlavné výhody a aplikačné scenáre
Bez batérie, permanentná pamäť:Informácie o polohe sú určené fyzickými polohami mechanických ozubených kolies a vzormi magnetov a nikdy sa nestratia ani po úplnom výpadku výkonu.
Vysoká environmentálna tolerancia:Bez presných optických komponentov a plne uzavretého dizajnu magnetického snímania ponúka oveľa lepšiu odolnosť voči prachu, olejovej kontaminácii, kondenzácii, vibráciám a určitým teplotným šokom ako optické kódovače.
Rovnováha medzi cenou a spoľahlivosťou:Hoci sa rozlíšenie nemusí zhodovať s rozlíšením špičkových{0}}optických kódovačov, jeho robustná konštrukcia, vysoká spoľahlivosť a bezúdržbový-bezbatériový-dizajn z neho robia ideálnu voľbu pre priemyselné aplikácie, ktoré vyžadujú odolnosť, bezpečnosť a elimináciu údržby batérie.
IV. Súhrn a referencia výberu
| Funkcia | Inkrementálny kódovač | Optický absolútny kódovač | Mechanický (magnetický) absolútny kódovač |
|---|---|---|---|
| Informácie o polohe | Relatívne posunutie | Absolútna poloha dostupná pri zapnutí- | Trvalá absolútna poloha (bez batérie) |
| Po vypnutí- | Pozícia stratená, vyžaduje sa navádzanie | Pozícia zachovaná (závisí od batérie alebo -nezávislej pamäte) | Poloha je trvalo zachovaná, nie je potrebné žiadne napájanie |
| Imunita proti hluku | Priemer (hlukové impulzy môžu byť započítané nesprávne) | Dobré (okamžite prečítaná poloha, hluk sa nehromadí) | Dobre |
| Tolerancia prostredia | Dobre | Priemerná (citlivá na prach a kondenzáciu) | Vynikajúce (odolné voči oleju, vibráciám, teplotným zmenám) |
| náklady | Nízka | Stredná až vysoká | Stredná |
| Typické aplikácie | Systémy citlivé na náklady-, v ktorých je prijateľné navádzanie, ovládanie s otvorenou-slučkou alebo jednoduchou uzavretou-slučkou | Vysoko{0}}presné CNC, robotika, čisté prostredia vyžadujúce výkon-na pohotovosť | Vonkajšie zariadenia, ťažké stroje, logistické zariadenia a drsné priemyselné prostredia alebo aplikácie týkajúce sa údržby batérií |
Záver
V prípade krokových motorov-s otvorenou slučkou alebo štandardných servosystémov,inkrementálne kódovačezostávajú bežnou voľbou vzhľadom na ich vysokú-nákladovú efektívnosť. V aplikáciách, ktoré vyžadujú „napájanie-zapnuté a pripravené-na-použitie“, vysokú bezpečnosť alebo zložité funkcie určovania polohy,absolútnych kódovačovsú nevyhnutné. Medzi absolútne riešenia patrímechanické absolútne kódovačeposkytnúť inžinierom výkonnú alternatívu, ktorá môže zjednodušiť návrh systému a zlepšiť{0}}dlhodobú spoľahlivosť vďakatrvalá pamäť-voľná batériaavynikajúca priemyselná odolnosť.
