Enkodery

Enkoder – czym jest i jakie ma zastosowanie?

Enkoder to czujnik ruchu stosowany w automatyce przemysłowej, którego zadaniem jest zamiana ruchu mechanicznego (obrotowego lub liniowego) na sygnał elektryczny. Informacja ta przekazywana jest do układu sterowania, np. sterownika PLC lub licznika impulsów. Dzięki temu możliwe jest dokładne określenie położenia, kąta obrotu, prędkości oraz kierunku ruchu elementów maszyn.

Podział enkoderów

Ze względu na zasadę działania oraz rodzaj sygnału wyjściowego wyróżnia się enkodery inkrementalne oraz absolutne. Dodatkowo dzieli się je na enkodery obrotowe i liniowe. Każdy z tych typów może występować zarówno w wersji inkrementalnej,
jak i absolutnej.

Enkodery obrotowe – zasada działania

Enkoder inkrementalny

Enkoder inkrementalny generuje impulsy elektryczne w trakcie obrotu wału. Liczba impulsów przypadających na jeden obrót określa jego rozdzielczość. Pozycja wału wyznaczana jest poprzez zliczanie impulsów od punktu początkowego, dlatego po zaniku zasilania informacja o położeniu zostaje utracona.

Najczęściej enkoder inkrementalny posiada dwa kanały sygnałowe A i B, przesunięte względem siebie o 90°, co umożliwia określenie kierunku obrotu. Dodatkowy sygnał Z pojawia się raz na obrót i służy jako punkt odniesienia.

Enkoder optyczny

W enkoderze optycznym wykorzystywana jest tarcza z polami przezroczystymi i nieprzezroczystymi. Światło emitowane przez diodę LED przechodzi przez tarczę i trafia na element fotoelektryczny, który przekształca je w sygnał elektryczny, najczęściej cyfrowy.

Enkoder magnetyczny

Enkoder magnetyczny wykorzystuje zmiany pola magnetycznego do określenia położenia kątowego. Na wale zamocowany jest magnes, a pomiar realizowany jest za pomocą czujnika Halla. Rozwiązanie to charakteryzuje się dużą odpornością na zabrudzenia, wibracje oraz brak konieczności bezpośredniego kontaktu mechanicznego.

Enkoder absolutny

Enkoder absolutny przypisuje każdej pozycji wału unikalny kod binarny lub kod Gray’a. Dzięki temu położenie jest znane natychmiast po włączeniu zasilania, a także po jego zaniku. Enkodery absolutne mogą być jednoobrotowe lub wieloobrotowe.

Podtrzymywanie pozycji

W celu zachowania informacji o położeniu przy braku zasilania stosuje się przekładnie mechaniczne, podtrzymanie bateryjne lub zintegrowane prądnice. Rozwiązania te umożliwiają zachowanie aktualnej pozycji nawet po wyłączeniu zasilania.

Enkodery liniowe – zasada działania

Enkodery liniowe działają na podobnej zasadzie jak obrotowe, jednak zamiast tarczy stosowany jest liniał z podziałką. Odczyt przesuwających się kresek pozwala określić przemieszczenie liniowe elementów maszyny.

Enkodery liniowe w maszynach CNC

W obrabiarkach CNC enkodery liniowe i obrotowe realizują pętlę sprzężenia zwrotnego położenia stołu oraz wrzeciona. Zastosowanie enkoderów absolutnych pozwala uniknąć konieczności ponownego bazowania po zaniku zasilania.

Połączenia mechaniczne enkoderów

Enkodery montowane są za pomocą wałków, otworów przelotowych, kołnierzy oraz uchwytów montażowych. Enkodery z wałkiem łączone są ze sprzęgłem, natomiast enkodery z otworem mogą być montowane bezpośrednio na wale napędu.

Typy sygnałów wyjściowych enkoderów inkrementalnych

Do najczęściej spotykanych wyjść należą TTL, HTL, Open Collector oraz SIN/COS. Wyjścia TTL zapewniają dużą szybkość transmisji i odporność na zakłócenia, natomiast SIN/COS umożliwia bardzo precyzyjne pozycjonowanie.

Interfejsy enkoderów absolutnych

Enkodery absolutne przesyłają dane o położeniu za pomocą interfejsów równoległych, szeregowych, analogowych lub poprzez magistrale komunikacyjne takie jak SSI, BiSS, EnDat, PROFIBUS czy PROFINET.

Dobór enkodera do aplikacji

Wybór odpowiedniego enkodera zależy od warunków pracy, wymaganej dokładności, prędkości transmisji oraz odporności na zabrudzenia i drgania. Enkodery magnetyczne sprawdzają się w trudnych warunkach, natomiast optyczne oferują najwyższą precyzję pomiaru.

Zastosowanie enkoderów

Enkodery wykorzystywane są m.in. w windach, drukarkach, serwonapędach, liniach montażowych, dźwigach oraz maszynach pakujących. We wszystkich tych aplikacjach dostarczają informacji zwrotnej do układu sterowania.

Akcesoria do enkoderów

Do najczęściej stosowanych akcesoriów należą sprzęgła elastyczne, uchwyty montażowe, ramiona sprężynowe oraz koła pomiarowe. Pozwalają one zwiększyć funkcjonalność enkoderów i dostosować je do konkretnych aplikacji przemysłowych.