Как выбрать энкодер?

Если ваш проект требует использования кодировщика, вам нужно выбрать тот, который соответствует вашим потребностям. Сегодня потребителю предоставляется невероятный выбор кодировщиков, но если вы не знаете, что ищете, велика вероятность, что в итоге вы получите что-то неоптимальное. Давайте посмотрим, что сегодня есть на рынке таких компонентов, и, возможно, познакомим вас с некоторыми новыми вариантами.

Типы энкодеров или как выбрать правильный энкодер

Типы энкодеров

Существует два наиболее распространенных типа поворотных энкодеров: инкрементальные и абсолютные.

Инкрементный (квадратурный) энкодер

Инкрементные энкодеры генерируют импульсные сигналы, когда колесо или вал поворачивается на определенное угловое расстояние. Этот тип выдает два отдельных сигнала в квадратурном порядке, поэтому он может указывать как расстояние, так и направление вращения вала.

Помимо указания направления и расстояния, некоторые инкрементальные энкодеры также имеют функцию индексации в одной точке вращения. Функция индексации позволяет валу вернуться в известную точку. Другие кодировщики имеют кнопку ввода, добавляющую новый пользовательский интерфейс.

Основными преимуществами инкрементальных энкодеров являются:

1. надежность,
2. простота установки,
3. относительно невысокая стоимость.

Для того чтобы выбрать инкрементальный энкодер, необходимо определиться со следующими основными моментами:

• требуемая точность измерений,
• диаметр вала и его модельная разновидность,
• тип выходного разъема кабеля и его длина,
• Электрические характеристики.

Инкрементальные энкодеры являются одними из наиболее распространенных датчиков в современных сложных технических системах. Их использование целесообразно в любых мощных электроприводах систем точного перемещения или системах, критичных к скоростным и пуско-тормозным режимам.

Вот лишь несколько примеров их использования:

• Медицинское оборудование
• Автоматизированное испытательное и диагностическое оборудование
• Самоходные роботизированные устройства
• Системы контроля доступа

Абсолютный энкодер

По большей части инкрементные энкодеры по своей сути «не знают» положения вала (кроме индексной точки). С другой стороны, абсолютные энкодеры используют внутреннее считывание для непосредственного измерения углового положения и сохраняют возможность измерения даже при отключении питания.

Помимо определения положения вала, многооборотные абсолютные энкодеры также могут определять, сколько оборотов сделал энкодер в том или ином направлении.

Абсолютные энкодеры являются важным связующим звеном между механической частью машины и ее блоком управления благодаря своим точным и однозначным измерениям, которые они могут передавать мгновенно. Это качество успешно используется на современных предприятиях машиностроения и робототехники.

Абсолютные энкодеры разделяются по следующим параметрам:

• Однооборотный или многооборотный
• Количество импульсов на оборот или количество битов
• С валом, с полым ротором или со сквозным полым ротором
• Диаметр вала или отверстия вала

При выборе абсолютного энкодера следует обратить внимание на следующие параметры:

• Количество бит на оборот. От этого показателя зависит точность системы.
• Тип соединения вала с энкодером.
• Тип выхода энкодера (Наиболее распространенными типами выходных сигналов являются интерфейсы параллельного кода, SSI, DeviceNet, Profibus-DP, CANopen, LWL).
• Электрические характеристики. От этого показателя зависит работа системы и точность снятия сигнала.
• Степень защиты энкодера от проникновения пыли и влаги.

Абсолютный энкодер спроектирован как универсальный настраиваемый датчик для широкого спектра применений. Выделяют следующие сферы использования: медицинская сфера, альтернативная энергетика, телекоммуникационные системы, упаковочная и пищевая промышленность и многие другие.

Оптические и магнитные энкодеры

В зависимости от применения важен принцип определения вращения. Это может повлиять на цену или на то, насколько хорошо кодировщик справляется с внешними помехами или загрязнениями.

Основные типы:

1. Оптический энкодер . Для оптического считывания энкодеры имеют источник света, который постепенно прерывается диском или другим средством, прикрепленным к валу. Этот индикатор передает импульсы для инкрементальных энкодеров и данные о положении для абсолютных энкодеров.
2. Магнитный энкодер . Они значительно дешевле оптических и более компактны. В большинстве из них используются аналоговые устройства на эффекте Холла, установленные на печатной плате. Датчики Холла приводятся в движение двухполюсным магнитом, установленным на конце вала. Он выдает два сигнала переменного тока в противофазе с одним циклом на оборот вала.

Дополнительные функции, возможности и характеристики энкодеров

Среди кодеров, имеющих одинаковый класс и определение вращения, может быть большое расхождение между возможностями. Цены на кодеры часто отражают эти различия. В результате необходимо учитывать следующие параметры:

Разрешение энкодера .

Количество импульсов или позиций энкодера на оборот.

Разрешение датчика вращения соответствует максимальному количеству точек, которые он может измерить за один оборот.

В случае инкрементального энкодера разрешение напрямую связано с количеством импульсов, которые он выдает за один оборот.

В случае абсолютного энкодера разрешение измеряет количество оборотов, которое устройство может записать, прежде чем «перекатиться» в нулевое положение. Например, 16-битный энкодер будет иметь разрешение 65 536 точек на оборот.

Энкодер PPR следует выбирать в соответствии с ожидаемым разрешением, которое должно соответствовать применению и точности механических компонентов измерительной схемы.

Датчик подключается к электронному устройству, контроллеру или счетчику, который позволяет учитывать максимальную входную частоту. Действительно, инкрементальный энкодер с высоким разрешением генерирует больше импульсов за оборот, чем инкрементальный энкодер с низким разрешением. В зависимости от скорости, установленной приложением, выходной сигнал энкодера может иметь более высокую частоту, чем может выдержать устройство, подключенное к энкодеру. В этом случае вам придется использовать кодировщик с более низким разрешением.

Скорость

Энкодеры имеют максимальную механическую скорость в об/мин, а также максимальную частотную характеристику. Необходимо учитывать оба фактора, а также возможности частотной характеристики считывающей электроники.

Надежность

Хотя многим энкодерам требуется относительно чистая окружающая среда, другие предназначены для промышленного использования. Эта характеристика может быть связана со способом обнаружения вращения или типом корпуса устройства. Таким образом, при выборе нужно учитывать рабочую среду.

Eltra предлагает широкий ассортимент энкодеров для тяжелых условий эксплуатации. Также в некоторых сериях можно заказать усиленный металлический корпус.

Типы электронных выходов энкодера

Здесь приведены некоторые наиболее распространенные типы выходных сигналов энкодера Eltra.

1. Линейный драйвер и RS422 (дифференциальный выход). Линейный драйвер может активно повышать и понижать выходной сигнал, позволяя ему получать и потреблять ток от нагрузки. В результате генерируется более высокий ток при сохранении больших расстояний передачи. Как следует из названия, этот тип выхода энкодера популярен для ряда промышленных применений, особенно там, где уровень шума довольно высок.

Выход RS-422 (TTL) обеспечивает постоянный уровень сигнала 5 В независимо от напряжения питания.

2. Выход открытого коллектора. Данный тип выхода позволяет получать сигнал с уровнем напряжения, определяемым не напряжением питания энкодера, а напряжением дополнительного источника питания. Для этого необходимо между силовыми цепями и выходом подключить внешний резистор, величина сопротивления которого определяется величиной напряжения дополнительного источника питания.

Eltra использует в своих моделях открытый коллектор NPN и открытый коллектор PNP.

3. Двухтактный (HTL) . Этот тип выхода построен на транзисторах RPP и PPP и имеет низкое выходное сопротивление, что позволяет увеличить ток, отдаваемый в нагрузку. Таким образом, увеличивается грузоподъемность и ускоряются процессы зарядки и разрядки нагрузки, а следовательно, увеличивается и скорость.
4. Аналоговый кодер . Это датчик абсолютного положения, имеющий на выходе сигнал 0-10 В; 4 – 20 мА; 0 – 5 В; 0,5 – 4,5 В; 0–20 мА. Устройство используется для измерения угла, наклона, линейного положения и смещения. Они завоевали популярность в промышленной автоматизации, сейчас их активно заменяют энкодеры с цифровыми сигналами. Но аналоговые датчики продолжают удерживать свою нишу благодаря высокой надежности, простоте обработки сигнала и унифицированным размерам.
5. SSI (синхронный последовательный интерфейс). Он позволяет передавать данные о положении абсолютного энкодера по последовательной линии, синхронизированной по тактовому сигналу. Принцип работы энкодера с интерфейсом SSI очень похож на стандартный. Его основными частями являются источник света, диск с прозрачными и непрозрачными окнами, схемы сравнения/запуска, фотоэлектрические приемники, параллельный/последовательный преобразователь, моностабильная схема, входная схема для тактового сигнала и выходной драйвер для сигнала данных.