Jak wybrać enkoder? Porada ekspertów

Niezależnie od tego, czy dobierasz enkoder do nowej aplikacji, czy stanąłeś przed wyzwaniem doboru zamiennika uszkodzonego przetwornika np. w starej maszynie, warto wiedzieć o kilku ważnych kwestiach. Pomimo iż jest to niewielkie urządzenie potrafi ono przysporzyć sporo stresu, zwłaszcza gdy niesprawna maszyna generuje straty liczone w tysiącach złotych na każdą godzinę czy minutę podczas jej postoju.

Enkoder inkrementalny czy enkoder absolutny?

Enkodery podzielić można na inkrementalne i absolutne. Różnica między nimi polega na tym, że te pierwsze po odłączeniu od nich napięcia zasilania tracą swoją pozycję. Sprawia to, że urządzenie wymaga bazowania i dopiero po tej czynności możemy rozpocząć właściwe pomiary. Drugi typ natomiast jest w stanie wskazać położenie nawet w przypadku odłączenia zasilania i ponownym jego podłączeniu. W tym miejscu warto wspomnieć o enkoderach firmy Posital, które posiadają unikalną cechę – możliwość zapamiętywania pozycji w enkoderach absolutnych wieloobrotowych bez stosowania baterii podtrzymującej pamięć, czy skomplikowanego mechanizmu z zębatkami. Niezależnie od prędkości wału enkodera, jego obrót generuje krótki skok napięcia w niewielkim układzie, który zasila moduł liczenia obrotów. Ten działa niezależnie od zasilania zewnętrznego czujnika. Jest to możliwe dzięki innowacyjnemu systemowi zliczania liczby obrotów, opartemu o efekt Wieganda.

Enkoder magnetyczny czy enkoder optyczny?

Kolejny podział jaki funkcjonuje wśród enkoderów to przetworniki optyczne oraz magnetyczne. Pierwsze, jak sama nazwa wskazuje, wykorzystują układ optyczny, najczęściej ze szklaną tarczą do określania pozycji. Enkodery magnetyczne natomiast mierzą pozycję kątową w oparciu o technologię czujników pola magnetycznego. Warto wspomnieć, iż Posital bazuje na czujnikach nowej generacji, dzięki czemu technologia pozwala podnieść wydajność enkoderów magnetycznych do poziomu enkoderów optycznych. Połączenie czujnika Halla z algorytmami przetwarzania sygnału w 32-bitowym mikrokontrolerze daje w efekcie podwyższoną rozdzielczość i dokładność, przy znikomych opóźnieniach.

Rozdzielczość – podstawowy parametr enkodera

Podstawowym parametrem enkodera, niezależnie od technologii, w której jest on wykonany, rodzaju przyłącza czy wykonania mechanicznego, jest jego rozdzielczość. To ona określa ile impulsów podawać będzie czujnik na pełen obrót do urządzenia zliczającego. Czym więcej impulsów, tym większą precyzję jesteśmy w stanie uzyskać. W przypadku enkoderów absolutnych wieloobrotowych dodatkowo określa się liczbę obrotów, które mają zostać zliczone przez czujnik. Rozdzielczość w enkoderach inkrementalnych określa się w liczbie impulsów / obrót, z czego najpopularniejsze modele cechuje rozdzielczość 500, 1024, 2048, 4096 imp./obr. Programowalne enkodery inkrementalne Posital Fraba pozwalają mierzyć z rozdzielczością do 16384 impulsów / obrót (dot. również modeli w obudowie już od fi 36 mm). W enkoderach absolutnych rozdzielczość i liczba obrotów określana jest w liczbie bitów, np. rozdzielczość 13 bit (8192 pozycji / obrót) + liczba obrotów 12 bit (4096 obrotów). Niektórzy producenci podają rozdzielczość i liczbę obrotów jako jedną wartość, np. 25 bit (czyli 13 bit + 12 bit). Enkodery Posital Fraba dostępne są w wariancie do 16 bit rozdzielczości i 16 bit wieloobrotowości.

Standard wyjścia (interfejs) enkodera

Następny istotny parametr, jaki należy określić przy doborze enkodera, to interfejs wyjściowy. To od niego zależy, czy nasz enkoder będzie mógł współpracować z docelowym wskaźnikiem, licznikiem lub sterownikiem PLC. W przypadku enkoderów inkrementalnych najbardziej popularnymi są HTL (Push Pull) bądź TTL (Nadajnik Linii). Enkoder HTL zazwyczaj zasilany jest napięciem w zakresie 10…30 VDC, z kolei enkoder TTL zasilany jest napięciem 5 VDC. Programowalne enkodery inkrementalne oferowane przez AP Automatyka posiadają uniwersalne zasilanie: 4.75…30 VDC (niezależnie od standardu wyjścia). W przypadku enkoderów absolutnych dostępnych jest zdecydowanie więcej interfejsów. Najczęściej w automatyce spotyka się enkodery absolutne z następującymi interfejsami: Analogowy (zarówno prądowy (np. 4…20 mA) jak i napięciowy (np. 0…10 V)), CANlift, CANopen, DeviceNet, EtherCAT, EtherNet/IP, IO-Link, Modbus RTU, Modbus TCP/IP, Powerlink, Profibus DP, Profinet, Profisafe, Równoległy, SAE J1939 lub SSI.

Sposób montażu enkodera – budowa mechaniczna czujnika

Gdy przyjdzie już czas na montaż enkodera, należy dopasować go do posiadanej przestrzeni montażowej, sposobu połączenia z elementem obracającym osią oraz określić rodzaj przyłącza elektrycznego. Wśród enkoderów Posital Fraba dla aplikacji OEM dostępne są wersje do montażu na oś silnika w obudowie o średnicy zaledwie 22 mm. Wśród standardowych enkoderów, zarówno z wyprowadzoną osią jak i dla wersji z otworem, do dyspozycji mamy średnice od 36 mm do 78 mm, w różnej konfiguracji kołnierza (flanszy). Może to być enkoder z otworem przelotowym lub ślepym, enkoder z kołnierzem synchro lub enkoder kołnierzem zaciskowym (z ang. clamping flange). Producent pozostawia nam do wyboru wiele średnic osi oraz otworów w tych enkoderach.
Ważnym aspektem jest również przyłącze elektryczne enkodera. W enkoderach inkrementalnych zazwyczaj jest to pojedyncze złącze lub zintegrowany przewód o długości 1, 2, 5, 10 m, rzadziej dłuższy. W enkoderach absolutnych zagadnienie jest bardziej złożone – możemy mieć złącze, złącza, przewód, przewody, a także puszki przyłączeniowe (tzw. Connection Cap) z dławnicami kablowymi, w których dodatkowo można ustawić podstawowe parametry transmisji jak adres enkodera w sieci czy prędkość transmisji danych (dot. zwłaszcza enkoderów Profibus, CANopen).

Miejsce pracy enkodera – stopień ochrony czujnika i jego temperatura pracy

W zależności od miejsca, w których przyjdzie nam zainstalować enkoder, należy dopasować odpowiedni jego stopień ochrony IP. W większości aplikacji, gdzie nie mamy do czynienia z wysokim zapyleniem i podwyższoną wilgotnością, wystarczającym będzie IP54. Gdy pojawia się zwiększone zapylenie i istnieje ryzyko zachlapania enkodera cieczą / olejem, zalecany jest stopień ochrony przynajmniej IP65. W bardziej ekstremalnych warunkach, gdzie dojść może również do oblania czy chwilowego zanurzenia enkodera w cieczy, dostępne są przetworniki ze stopniem ochrony nawet IP69K. Warto również zwrócić uwagę na temperaturę otoczenia, gdzie zainstalowany zostanie nasz enkoder. Nie jest problemem, aby pracowały one od -40 °C nawet do +85 °C. Parametr ten jest jednak zawsze określany indywidualnie dla danych serii w kartach katalogowych.

Specjalne wersje enkoderów

Warto również wiedzieć i pamiętać o wersjach specjalnych jak enkodery z ATEX – enkodery do pracy w strefach zagrożonych wybuchem, enkoder z SIL – dedykowane w aplikacjach wymagających sygnału zapewniającego akceptowalny poziom ryzyka bezpieczeństwa urządzeń lub enkodery redundantne – czyli połączenie dwóch enkoderów w jednej obudowie, oparte o dwie różne technologie pomiarowe.

Podsumowanie – dobór enkodera

Kroki postępowania w przypadku doboru enkodera:
1. Określ, czy wystarczy enkoder inkrementalny, czy jednak wymagany jest enkoder absolutny.
2. Sprecyzuj wymagania co do rozdzielczości enkodera i liczby obrotów (dot. enkoderów absolutnych wieloobrotowych).
3. Określ interfejs wyjściowy do komunikacji z urządzeniem nadrzędnym.
4. Dobierz parametry mechaniczne, w tym wymiary enkodera, średnica osi lub otworu, typ kołnierza (flanszy), rodzaj i wyprowadzenie przyłącza elektrycznego.
5. Sprawdź warunki otoczenia, w których enkoder ma pracować.
6. Zweryfikuj, czy potrzebne są specjalne (dodatkowe) certyfikaty dla wybranego enkodera.

Zapraszamy do kontaktu

Jeśli potrzebujesz wybrać enkoder zapraszamy do kontaktu z doświadczonym specjalistą. Przejdź do kontaktu lub zadzwoń 67 357 10 80 napisz na biuro@apautomatyka.pl