Αυτό το άρθρο εξετάζει διαφορετικούς τύπους κωδικοποιητών κινητήρα στον αυτοματισμό, ειδικά γραμμικούς και περιστροφικούς κωδικοποιητές και τις εφαρμογές τους.
I. Τι είναι ο Κωδικοποιητής κινητήρα;
Ο κωδικοποιητής κινητήρα είναι μια συσκευή που καταγράφει δεδομένα θέσης για συστήματα ελέγχου αυτοματισμού ή οποιοδήποτε μηχάνημα που περιέχει κινητήρες που απαιτούν πληροφορίες θέσης. Από ρομποτικούς βραχίονες έως τρισδιάστατους εκτυπωτές, είναι πανταχού παρόντες. Οι κωδικοποιητές διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στο να επιτρέπουν στις αυτόνομες μηχανές να λειτουργούν σωστά. Επιτρέπουν την ακριβή μέτρηση των κινούμενων εξαρτημάτων μέσα σε ένα σύστημα.
Οι κωδικοποιητές κινητήρα προσφέρουν πλεονεκτήματα σε διάφορους τομείς. Για παράδειγμα, οι γραμμικοί κωδικοποιητές χρησιμοποιούνται συνήθως σε σιδηροδρομικές εφαρμογές και επιτρέπουν σε μηχανές CNC και τρισδιάστατους εκτυπωτές να δημιουργούν εξαρτήματα με ακρίβεια, ενώ οι περιστροφικοί κωδικοποιητές καθιστούν δυνατούς τους ρομποτικούς βραχίονες στην κατασκευή. Τα σήματα που μεταδίδουν ενεργοποιούν διαφορετικές εξόδους σε ελεγκτές ή PLC την ακριβή στιγμή που απαιτείται.
II. Πώς λειτουργούν οι κωδικοποιητές κινητήρα;
Οι κωδικοποιητές λειτουργούν παρέχοντας ηλεκτρικές πληροφορίες σε συσκευές ελέγχου που βασίζονται σε ένα από δύο διαφορετικά συστήματα: περιστροφικό ή γραμμικό. Υπάρχουν διάφοροι μηχανισμοί στους κωδικοποιητές για τη μετατροπή των φυσικών αλλαγών σε ηλεκτρικά δεδομένα: ωμικοί, μηχανικοί, μαγνητικές και οπτικές. Οι οπτικοί κωδικοποιητές είναι οι πιο συνηθισμένοι στην κατασκευή. Περιέχουν τουλάχιστον έναν πομπό φωτός και έναν δέκτη φωτός για τη μετατροπή της φυσικής κίνησης σε ηλεκτρικά σήματα για επεξεργασία ελεγκτή. Ανεξάρτητα από τη μέθοδο μετατροπής που χρησιμοποιείται, οι κωδικοποιητές κατηγοριοποιούνται πάντα ως γραμμικοί ή περιστροφικοί κωδικοποιητές.
Στους οπτικούς κωδικοποιητές, τόσο οι περιστροφικοί όσο και οι γραμμικοί τύποι χρησιμοποιούν "παράθυρα" κομμένα σε συμπαγή επιφάνεια, επιτρέποντας στο φως να εισέρχεται στη μονάδα λήψης μόνο σταδιακά. Οι γραμμικοί κωδικοποιητές χρησιμοποιούν αισθητήρες για να ανιχνεύουν διαφορετικά μοτίβα μέσα σε μια λωρίδα κατά μήκος της διαδρομής, ενώ οι περιστροφικοί κωδικοποιητές αποτελούνται από έναν δίσκο με υποδοχές που μεταδίδουν σήματα πίσω στο σύστημα ελέγχου.
Στα οπτικά συστήματα, ο πομπός εκπέμπει μια σταθερή δέσμη φωτός που διακόπτεται προοδευτικά καθώς το σύστημα κινείται. Κάθε φορά που ο δέκτης ανιχνεύει φως από τον πομπό, στέλνει ένα ηλεκτρικό σήμα στον ελεγκτή. Υπάρχουν διάφορες διαμορφώσεις δίσκου ή κομματιού για μπλοκ/λήψη φωτός ανάλογα με την εφαρμογή. Αυτά περιλαμβάνουν κωδικοποιητές απόλυτης θέσης και αυξητικούς κωδικοποιητές.
III. Απόλυτοι Κωδικοποιητές και Αυξητικοί Κωδικοποιητές: Ποια είναι η διαφορά;
Οι απόλυτοι κωδικοποιητές χρησιμοποιούν πολλαπλούς αισθητήρες φωτός για να στείλουν δυαδικούς κωδικούς στον ελεγκτή. Διαθέτουν διακριτές υποδοχές που αντιστοιχούν σε ζεύγη πομπών/δεκτών φωτός. Για κωδικοποιητές απολύτων μονής-στροφής, αυτές οι υποδοχές δημιουργούν έναν δυαδικό κώδικα που υποδεικνύει τη γωνιακή θέση σε μία περιστροφή του κινητήρα.
Σε εφαρμογές που απαιτούν μεγαλύτερη ακρίβεια και μεγαλύτερη εμβέλεια, οι κωδικοποιητές πολλαπλών-περιστροφών χρησιμοποιούν μειωτήρες γραναζιών και δύο δίσκους κωδικοποιητή για να επιτύχουν μεγαλύτερο εύρος γνωστών θέσεων. Οι απόλυτοι κωδικοποιητές είναι πιο κατάλληλοι για σενάρια που απαιτούν δεδομένα θέσης μετά από απώλεια ισχύος, συνήθως σε κυκλώματα ασφαλείας. Οι επαυξητικοί κωδικοποιητές διαθέτουν ομοιόμορφα απέχουσες υποδοχές για αποστολή παλμών στον ελεγκτή. Αυτοί οι κωδικοποιητές βασίζονται σε παλμούς που μετρώνται από μια μηδενική θέση, καθιστώντας ζωτικής σημασίας την ύπαρξη μιας γνωστής θέσης για την επανεκκίνηση της μέτρησης εάν το σύστημα χάσει την ισχύ για οποιονδήποτε λόγο.
Όταν απαιτείται μόνο η ταχύτητα του κινητήρα, μπορεί να σταλεί ένα αναλογικό σήμα στον ελεγκτή, επιτρέποντάς του να επεξεργάζεται αυτά τα δεδομένα για χρήσιμες εφαρμογές. Εάν η διαδικασία απαιτεί δεδομένα θέσης, ο κωδικοποιητής μπορεί να στείλει ηλεκτρικούς παλμούς στον ελεγκτή για να αποκρυπτογραφήσει τη θέση του κινητήρα εντός της οριακής του περιοχής.
IV. Πού χρησιμοποιούνται οι γραμμικοί κωδικοποιητές;
Οι γραμμικοί κωδικοποιητές μεταδίδουν ηλεκτρικά σήματα παλμών στους ελεγκτές μέσω αισθητήρων ή «εγκοπών» σε μια κλίμακα. Αυτά τα σήματα παλμών μπορούν να αποκωδικοποιηθούν από ένα PLC και να μετατραπούν σε οδηγίες που πρέπει να ακολουθήσει η συσκευή.
Οι γραμμικοί κωδικοποιητές είναι πιο κατάλληλοι για εφαρμογές με συρόμενους ρυθμιστές θέσης, όπως εκτυπωτές 3D ή μηχανές CNC. Διαπρέπουν σε διαδικασίες που απαιτούν ακριβή-μετάδοση δεδομένων υψηλής ταχύτητας στους ελεγκτές. Ορισμένοι γραμμικοί κωδικοποιητές, αν όχι κωδικοποιητές απόλυτων, απαιτούν μια θέση αναφοράς για να βρουν το μηδέν μετά την απώλεια ισχύος ή την επανεκκίνηση του PLC/ελεγκτή.
Οι απόλυτοι κωδικοποιητές χρησιμοποιούν δυαδική αναπαράσταση για τη θέση, ενώ οι επαυξητικοί κωδικοποιητές στέλνουν μόνο παλμούς που μετρώνται από τον ελεγκτή μετά την εκκίνηση. Οι οριακές διακόπτες ή οι αισθητήρες μπορούν να παρέχουν ένα σημείο αναφοράς όταν τα δεδομένα θέσης πρέπει να επαναφέρονται.
Οι γραμμικοί κωδικοποιητές που βασίζονται σε απόλυτο-κώδικα-μπορούν να καθορίσουν τη θέση τους χωρίς κίνηση ή σημεία αναφοράς. Χρησιμοποιούν δυαδικούς κώδικες από πολλαπλές κλίμακες για να καθορίσουν τη θέση τους. Αυτό προσφέρει μεγαλύτερη ευελιξία για τις διαδικασίες εφαρμογής και ανοίγει περισσότερες ευκαιρίες σε τομείς που απαιτούν ασφάλεια επανεκκίνησης.
V. Εφαρμογές Περιστροφικών Κωδικοποιητών
Οι περιστροφικοί κωδικοποιητές αποτελούνται από μια κυκλική κλίμακα προσαρτημένη στον άξονα του κινητήρα. Καθώς ο κινητήρας περιστρέφεται, αισθητήρες φωτός που διαβάζουν μοτίβα στην κλίμακα στέλνουν μετρήσεις παλμών ή δυαδικούς κωδικούς στο PLC. Οι περιστροφικοί κωδικοποιητές είναι ιδιαίτερα χρήσιμοι σε εφαρμογές που απαιτούν μέτρηση ταχύτητας κινητήρα ή όπου η απόσταση είναι δύσκολο να μετρηθεί χωρίς περιστροφή του κινητήρα, όπως οι σερβοκινητήρες σε ρομποτικούς βραχίονες. Οι εφαρμογές που χρειάζονται έλεγχο ταχύτητας κινητήρα χρησιμοποιούν αυξητικούς κωδικοποιητές που δημιουργούν μετρήσεις παλμών για τη μέτρηση της ταχύτητας του κινητήρα.
Η κλίμακα κωδικοποιητή έχει συγκεκριμένο αριθμό υποδοχών και το PLC μετράει αυτές τις υποδοχές καθώς περιστρέφεται ο κινητήρας. Αυτή η μέτρηση μπορεί στη συνέχεια να μετατραπεί σε RPM. Ένα παράδειγμα όπου αυτό είναι χρήσιμο είναι σε έναν κινητήρα μεταφορικής ταινίας. Ορισμένες παράμετροι ενδέχεται να απαιτούν διαφορετικές ταχύτητες ιμάντα και το PLC μπορεί να ρυθμιστεί ανάλογα με βάση τις στροφές του κινητήρα. Είναι επίσης χρήσιμα σε εφαρμογές όπου η ακρίβεια είναι κρίσιμη, καθώς παράγουν πιο ακριβή δεδομένα από τους απόλυτους περιστροφικούς κωδικοποιητές. Παρά τη μεγαλύτερη ακρίβειά τους, δεν μπορούν να διαβάσουν τη θέση χωρίς κίνηση και μπορεί να χρειαστούν μια θέση αναφοράς αφού χάσουν την επικοινωνία με το PLC.
Οι απόλυτοι κωδικοποιητές μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως κωδικοποιητές περιστροφικού κινητήρα. Αυτά είναι πιο κατάλληλα για καταστάσεις που απαιτούν γωνιακά δεδομένα. Διατηρούν επίσης τη δυνατότητα ανάκλησης της θέσης μετά από επικοινωνία ή απώλεια ισχύος μεταξύ του κωδικοποιητή και του ελεγκτή, σε αντίθεση με τους αυξητικούς περιστροφικούς κωδικοποιητές που απαιτούν κίνηση για τη μετάδοση δεδομένων.