باعث خوشحالی و خرسندی است که وب سایت ما را به عنوان مطالعه انتخاب نموده اید. در وبسایت ما می توانید به تمامی سوالات خود در زمینه تجهیزات کنترل حرکت و تعیین موقعیت برسید. پس با ما همراه باشید.
اما در این مقاله تعریفی اولیه از تئوری و فلسفه انکودر می پردازیم. به تمامی سوالات ابتدایی در مورد اینکه انکودر چیست؟ (روتاری انکودر چیست ؟) و چرا به آن شفت انکودر می گویند؟ کاربرد انکودر در کجاست؟، انکودر در چه بخشی از اتوماسیون صنعتی کارخانجات اسفاده می شود؟، عملکرد انکودر چگونه است؟ و در کل آموزش انکودر صفر تا صد را خواهیم پرداخت.
همچنین شما می توانید از لینک زیر این مقاله را دانلود و بعدا در صورت نیاز مطالعه نمایید.
شاید بتوان گفت موقعیت یا جابجایی اولین کمیت فیزیکی است که انسان با آن آشنا شد و این امر خود دلیلی بر اهمیت و فراوانی آن در زندگی ما می باشد. انجام بسیاری از امور وابسته به حرکت و اندازه گیری موقعیت جسم متحرک است که باید با دقت زیادی انجام شود و این دقت از حدود بینایی آدمی فراتر می باشد. باید توجه داشت که بسیاری از کمیت های دیگر را نیز می توان با کمک مبدل ها به جابجایی تبدیل نمود و اندازه کرد. پس وجود ابزار هایی لازم می باشد که این امور بدون حضور مستقیم انسان میسر گردد. امروزه موتور ها و محرکه های دوار به طور گسترده ای در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرند و بسیاری از کاربرد ها اندازه گیری سرعت دورانی و یا موقعیت محور دوران مورد نظر می باشند، همین نیاز سبب شده است که حسگر های اندازه گیری موقعیت و سرعت زاویه ای بیش از گذشته مورد توجه قرار گیرند. این دسته از حسگر ها را به طور کلی می توان به دو دسته دیجیتال و آنالوگ تقسیم بندی نمود. دسته اول انکودر ها و دسته دوم تاکوژنراتور ها می باشند. در واقع انکودر ها نسل بعدی تاکوژنراتور ها یا تاکومتر های صنعتی (به انگلیسی Tacho-Generator که کلمه یونانی – آلمانی است) می باشند. تاکو ژنراتور ها دارای خروجی آنالوگ می باشند که کمیت سنجش و انتخاب آن ها میزان ولتاژ به ازای 1000 دور بر دقیقه یا RPM است . به طور مثال اگر تاکوژنراتوری 1000 بر 60 باشد یعنی اینکه به ازای 1000 دور بر دقیقه، ولتاژ خطی 60 ولت DC را در خروجی منتقل می کند. در مقاله ای دیگر (تاکو ژنوراتور چیست؟ تاکوژنراتور چه کاربردی دارد؟) به طور کامل و مفصل در مورد تاکوژنراتور و نحوه عملکرد و مکانیزم آن ها توضیح داده می شود. فقط در اینجا این نکته قابل ذکر است که تاکو ها به خاطر مکانیزم آنالوگ خود و پیشرفت تکنولوژی و تنوع کنترلر ها، کمتر در صنعت اتوماسیون استفاده می شود. ولی این نیز قابل اشاره است که هنوز در ایران بعضی از کارخانجات به دلیل قدیمی بودن تجهیزات خود، همچنان از تاکوژنراتور ها استفاده می کنند.
می توانید از اینجا مقاله مربوط به تاکو ژنوراتور چیست؟ تاکوژنراتور چه کاربردی دارد؟ را مشاهده نمایید.
البته در دسته تجهیزات کنترل حرکت و تعیین موقعیت دیجیتالی محصول دیگری می باشد که به آن ریزولور (Resolver) می گویند. ما در مقاله های دیگر به تفصیل به بررسی و تحلیل آن می پردازیم.
می توانید از اینجا مقاله مربوط به ریزولور چیست؟ ریزولور چه کاربردی دارد؟ را مشاهده نمایید.
به احتمال زیاد شاید این سوال برای شما پیش آمده باشد که انکودر چیست ؟ و انکودر کجا کاربرد دارد؟ انواع انکودر به چند دسته تقسیم می گردد؟ و سوالاتی مشابه این!!!
در اینجا به تک تک سوالات شده پاسخ خواهیم داد.
به طور کلی انکودر که بعضی ها با نام اینکودر (به انگلیسی Encoder ) نیز آن را می شناسند، به معنای رمزگذار است. انکودر به تجهیزی اطلاق می گردد که یک حرکت مکانیکی (چه به صورت خطی و چه به صورت گردشی یا دورانی) را به سیگنال الکتریکی قابل پردازش تبدیل کند تا بتوان با تحلیل مشخصه های آن سیگنال حرکت، موقعیت و سرعت را آنالیز و کنترل کرد؛ یا به طور ساده تر انکودرها ادواتی هستند که حرکت دورانی یا خطی را به سیگنال دیجیتالی ۰ یا ۱ ) چه به صورت پالس و چه به صورت باینری یا( BCD تبدیل می کنند. البته قابل ذکر است که بعضی از انکودر ها قابلیت ارائه سیگنال آنالوگ ( به طور مثال ۰ تا ۱۰ ولت و یا ۴ تا ۲۰میلی آمپر به ازای هر گردش) در خروجی را دارا می باشند.
انکودر وسیله ای برای اندازه گیری میزان جابجایی از نقطه ای به نقطه ی دیگر است. اندازه گیری این جابجایی می تواند حول یک محور به صورت دوران یا اندازه گیری مسیر در طول ، عرض، ارتفاع و یا تلفیقی از حالات ذکر شده باشد این وسیله به اشکال و با میزان دقتهای متفاوتی ساخته می شود. رایج ترین نوع انکودر ها که برای انداز ه گیری میزان جابجایی در سطح مورد استفاده قرار می گیرد سخت افزار و ادوات موس (Mouse) کامپیوتر های قدیمی (عکس زیر) می باشد. اساس اولیه آن ها گوی داخل آن (شماره 1) می باشد. داخل آن ها دو عدد چرخ دنده (شماره 2 و 3) وجود داشت که با حرکت ماوس گوی داخل آن حرکت و چرخ دنده ها را به حرکت وامی داشت. آن ها نیز از بین یک فتو دیود (شماره 4 و 5) عبور می کرد و باعث ایجاد سیگنال الکتریکی می شود.
در قدیم انکودر ها به تجهیز دیگری به نام دیکودر (به انگلیسی Decoder) متصل می شدند که آن نقش رمز گشایی کد های انکودر را داشت. ولی در حال حاضر این تجهیز در خود درایو ها یا اینورتر ها، برد های صنعتی، AVR و غیره موجود می باشد.
می توانید از اینجا مقاله مربوط به بخش های مختلف انکودر ها را مشاهده نمایید.
انکودر ها غالبا در سیستم های اتوماسیون و کنترلی در قسمتی نصب می شوند که بخواهند از خروجی، فیدبکی را برای کنترلر ارسال نمایند و پارارمترهای زیر را مشخص کند:
می توانید از اینجا مقاله مربوط به انواع انکودر چیست؟ انکودر ها از نظر عملکرد و تکنولوژی ساختمان به چند گروه تقسیم بندی می گردند؟ را مشاهده نمایید.
در تصویر زیر می توانید پارامتر های قابل سنجش توسط انکودر را مشاهده نمایید:
یک مثال ساده از کاربرد انکودر چیست؟ کاربرد انکودرها در سرو موتور می باشد که در این کاربرد خروجی انکودر به اینورتر یا همان سرو درایو مخصوص سرو منتقل می گردد. در واقع اصلی ترین زمینه ای که می توان گفت انکودر ها در آن جا مورد استفاده هستند اتوماسیون صنعتی می باشد.
شما تصور کنید که قصد کنترل سرعت یک موتور الکتریکی یا هر تجهیز گردنده را دارید. اگر شما خروجی گردش شفت موتور را به اینورتر اعمال نمایید و سرعت را کم و یا زیاد نمایید توانسته اید عنان سرعت موتور را در اختیار بگیرید. ولی مشکل اصلی زمانی پیش می آید که شما قصد داشته باشید تا سرعت موتور را روی سرعت خاص به صورت دقیق و ثابت نگه دارید. در این حالت شما نیاز به گرفتن فیدبک (Feedback) از موتور هستید. اگر بخواهیم فیدبک را تعریف نماییم، در اتوماسیون در خلاصه ترین حالت به مدار تک خطی ابلاغ می گردد که از خروجی یک سیستم نمونه برداری شود و آن سیگنال براساس کمیتی آنالیز شده و تا مقدار مطلوب که مورد نیاز ما است ، ورودی تغییر نماید تا زمانی که میزان خطا یا همان اختلاف سیگنال فیدبک صفر گردد.
اگر بخواهیم به طور خلاصه روند یک سیستم اتوماسیون را توضیح دهیم به دو وضعیت حلقه باز (Open Loop) و حلقه بسته (Close Loop) تقسیم می شوند. لازم به ذکر می باشد که مقاله پیش رو برای اولین بار در ایران به طور کامل و مفصل در حال تحلیل و بررسی می باشد.
سوالات زیادی در مورد ماهیت انکودر ها وجود دارد. می توانید از اینجا مقاله مربوط به راهنما و نحوه انتخاب انکودر مورد نیاز خود در صنعت را مشاهده نمایید.
در مدل حلقه باز، زمانیکه به یک سیستم، ورودی اعمال می گردد، رفتاری از خود نشان می دهد که در نهایت آن سیستم روندی که خواسته ما می باشد را انجام می دهد. برای اینکه بتوانید این مثال را بهتر درک نمایید یک سالن بولینگ را تصور نمایید. وقتی که شما توپ بولینگ را در خط بولینگ رها می کنید تا به خود بولینگ ها برخورد نماید، هیچ کنترلی روی ادامه آن ندارید و هدف فقط برخورد و انداختن آن ها می باشد. حال اگر شما توپ را به گونه نادرست رها نمایید، نمی توانید تمامی بولینگ ها را بیاندازید و باید دوباره و دوباره تا انداختن تمامی آن ها این کار را تکرار نمایید. این دقیقا مثالی از یک سیستم حلقه باز می باشد که شما از خروجی هیچ بازخورد (Feedback) را ندارید. اگر بخواهیم یک سیستم حلقه باز را به صورت نمای خطی ترسیم نمایید، شکلی از تصویر زیر قابل ارائه می باشد. همانطور که مشخص می باشد، در این سیستم اغتشاش یا عواملی درونی و بیرونی می تواند روی متغییر خروجی ما تاثیر بگذارد.
اما در سیستم حلقه بسته برعکس نمونه قبلی ما روند طی شده را رصد می کنیم و در صورتی که هر عاملی باعث به هم خوردن متغیر مورد نیاز خروجی ما گردد را بررسی می کنیم و ورودی را تا خروجی مطلوب تغییر می دهیم. مثلا شما همان مثال بولینگ ها را در نظر بگیرید. اگر ما سنسور هایی را در خط بولینگ تعبیه می کردیم که لحظه به لحظه مسیر توپ را به ما اعلام نماید و امکان کنترل آن را داشتیم، بدون هیچ خطایی و در اولین بار بعد از پرتاب، توپ به تمامی بولینگ ها برخورد می کرد و تمامی آن ها می افتادند. انکودر در یک خط تولید دقیقا همین روند را دارد. می توانید در عکس زیر، محل قرار گیری انکودر را در سیستم کنترلی مشاهده نمایید.
اگر بخواهیم بلوک دیاگرام های بالا را به گونه ای ساده تر بیان نماییم، در سیستم کنترل حلقه باز، بدون آنکه از وضعیت چرخش محور موتور (محور بار) بازخوردی داشته باشیم آن را کنترل می کنیم ( شکل شماره 1)
و در سیستم کنترل حلقه بسته، انکودر وضعیت چرخش محور موتور (محور بار) را به کنترلر به عنوان باز خوردی از خروجی گزارش می کند. (شکل شماره 2)
می توانید از اینجا مقاله مربوط به فرق انکودر نوری و مغناطیسی در چیست؟ را مشاهده نمایید.
اما این سوال پیش می آید که آیا سرعت گردش موتور دقیقا همان دوری است که ما به آن اعمال کرده ایم یا خیر؟ پس اینجاست که وجود انکودر و دلیل استفاده از آن معنای واقعی می یابد. مواردی پیش می آید که شما می خواهید نوار نقاله مورد نظرتان به اندازه ای مشخص حرکت و جا به جایی داشته باشد و در نقطه مشخصی توقف نمایند. برای این امر لازم است که خروجی انکودر را بدانید و آن را اندازه گیری نمایید و با در نظر گرفتن عواملی چون ضرایب گیربکس و نوع کوپلینگ ها و غیره، مسافت طی شده را به دست آورید، این کار به اصطلاح کنترل حرکت و تعیین موقعیت (Motion Control) نامیده می شود. شرایط و محل استفاده انکودر ها مفصل و متنوع است. این موضوع یکی از پرکاربردترین و واضح ترین نوع استفاده از انکودر در صنعت است. انکودر ها در کلی ترین حالت از نظر تکنولوژی ساخت به دو دسته کلی افزایشی (Incremental Encoder) و مطلق (Absolute Encoder) تقسیم بندی می شوند. ما در مقاله ای دیگر به طور مفصل و کامل انواع انکودر ها را به طور موشکافانه بررسی می کنیم.
می توانید از اینجا مقاله مربوط به انکودر افزایشی (Incremental Encoder) چیست؟ و انکودر مطلق (Absolute Encoder) چیست؟ را مشاهده نمایید.
از دیگر کاربرد ها و تکنیک هایی که می توان آن را با انکودر به نتیجه رساند، سنکرون کردند دو و یا چند عدد موتور می باشد. تصور نمایید که در یک خط تولید دو موتور وجود دارد که لازم می باشد هر دو با یک سرعت و با یک ضریب چرخش حرکت کنند. اگر درایو های موجود قابلیت این امر را دارا باشند، سیگنال مورد پردازش خود را از انکودر هایی می گیرند که دو سر شفت موتور ها می باشند. البته این نکته نیز قابل توجه می باشد که باید انکودر ها نیز دارای یک ویژگی الکتریکی باشند. در مورد این موضوع مقاله ای می باشد که می توانید در زیر آن را مطالعه نمایید.
می توانید از اینجا مقاله مربوط به نحوه سنکرون کردن دوعدد موتور با استفاده از انکودر و درایو را مشاهده نمایید.
انکودر ها در انواع متنوع با تکنولوژی های خاص و منحصر به فرد خود به اقتضای نیاز مشتریان در صنایع مختلف تولید می شوند. هر کدام از فیلتر هایی که گفته شد می تواند در قیمت گذاری آن ها تاثیر گذار باشد. نوع انکودر، جنس بدنه، نوع شفت دار (Solid Shaft) یا بدون شفت (Hollow Shaft) ، درجه حفاظت انکودر (IP) ، دمای کاری، قابل برنامه ریزی بودن یا پالس ثابت و … همگی در قیمت نهایی نقش بسزایی را ایفا می نمایند.
می توانید از اینجا مقاله مربوط به نحوه قیمت گذاری انکودر ها را مشاهده نمایید.
لیستی از انواع صنایع که انکودر ها به طور معمول در آن ها کاربر دارند شامل موارد زیر می باشد:
– صنعت نفت،گاز و پتروشیمی
– صنایع فولاد و ذوب و ریخته گری
– توربین های بادی
– صنایع کاغذ و چوب
– جرثقیل های صنعتی و سقفی
– صنعت سیمان
– صنعت مس
– حمل و نقل ریلی
– روباتهای صنعتی
– تزریق پلاستیک و لاستیک سازی
– صنایع غذایی
– صنعت آسانسور
– تولید دارویی
– شیشه و چوب
– آب و فاضلاب
– کارخانجات کابل و سیم
– صنعت خودرو
– خطوط مونتاژ
– لاستیک سازی
– پالایشگاه ها و حفاری
– توربین بادی
– پژوهشگاه ها
– صنایع هوانوردی و فضایی
– تجهیزات پزشکی مانند دستگاه های عکس برداری (MRI ، X-Ray Imaging )
– صنایع رباتیک و واحد تولید کارخانجات نیمه هادی ها
– موکت سازی
– کاشی و سرامیک
– کشتیرانی
– ماشین های سنگین
– نیروگاه های خورشیدی
– تلسکوپ و آنتن های مخابراتی بزرگ
– مخابرات و ارتباطات ماهواره ای و تجهیزات نقشه برداری
– چاپ و بسته بندی
– ماشین آلات صنعتی و CNC
– ماشین آلات نساجی (ریسندگی و بافندگی)
عکس های زیر مواردی از کاربرد انکودر در صنایع را به تصویر کشیده است:
انکودر چیست pdf انکودر چیست فیلم انکودر مغناطیسی انکودر صنعتی چیست انکودر آسانسور چیست انکودر چرخشی قیمت انکودر سنسور انکودر چیست
تشخیص مسافت طی شده دستگاه های برش و محل برش ورق
تشخیص مسافت طی شده پیستون و سیلندر ها
تشخیص موقعیت، سرعت و سو یک میز کار از طریق حرکت بال اسکرو
تشخیص موقعیت، سرعت و سو یک تسمه نقاله
همچنین از کاربرد های دیگر می توان به موارد زیر اشاره نمود:
تشخیص محل برش ورق های فولادی یا کاغذی و ارسال موقعیت آن با انواع کنترلر
کاربرد انکودر در رول باز کن کاغذ و مقوا و …
کاربرد انکودر در صنعت ماشین های Cutting
کاربرد انکودر در ماشین های پرکن بطری
امیدواریم مقاله بالا را مفید یافته باشید. جهت کسب اطلاعات بیشتر و مشاوه فنی و تخصصی در مورد انکودر ها و نحوه انتخاب انکودر مناسب با مشاوران و مهندسین ما تماس حاصل نمایید.
مهندس پدرام
به طور حتم شما نیز در فرآیند اتوماسیون کارخانجات و ماشین آلات صنعتی به این دسته سوالات مواجه شده اید که:
• چگونه می توانم از انکودر در کار خود استفاده کنم و آن را به مرحله بهره برداری برسانم؟
• چه کنترلری را برای فرآیند کار انتخاب کنم و نحوه اتصال آن به انکودر چگونه می باشد؟
• بهترین و کاربردی ترین مدل انکوری که می توانم انتخاب کنم چیست؟
• آیا مشخصات انکودر انتخاب شده با شرایط محیطی محل نصب سازگار است?
• …
سوالاتی متعدد و مشابه این چالش هایی است که مهندسین در زمان طراحی خطوط کارخانجات و پروسه اتوماسیون خود با آن برمی خورند و باید بهترین راه را برای عدم مواجه مشکل، انتخاب کنند. در این مقاله ما به تمامی سوالات و نگرانی شما پاسخ خواهیم داد. اینکه چگونه یک انکودر مناسب خود را انتخاب نمایید یا فاکتور های مهم برای نحوه انتخاب انکودر چیست؟
همچنین شما می توانید از لینک زیر این مقاله را دانلود و بعدا در صورت نیاز مطالعه نمایید.
بازخورد یا همان فیدبک (Feedback) نقشی اساسی در کنترل حرکت دارد. تجهیزات اتوماسیونی همانند سرو موتورها و موتورهای پله ای برای کنترل دقیق سرعت و موقعیت از بازخورد انکودر استفاده می کنند. انکودر مبدلی است که حرکت جسمی را که مورد نظر ما است، مانند شفت موتور یا بال اسکرول و … را به خروجی آنالوگ یا دیجیتال متناسب با سرعت یا موقعیت آن ها تبدیل می کند. انکودرها ابزار موثری و در واقع قلب اصلی یک پروسه اتوماسیونی هستند. اما فقط درصورتی که برای پروژه و شرایط تعیین شده به درستی مشخص شوند. در اینجا، مرحله به مرحله نحوه انتخاب انکودر بهینه را مرور می کنیم. البته لازم می باشد در هر مرحله برای مشخص شدن مسیر فکری ما توضیحاتی را نیز خدمت شما اعلام نماییم تا شما با دید وسیع تر با این روند روبه رو شوید.
همچنین شما می توانید جهت مشاوره تخصصی تر با مهندسی زبده ما تماس حاصل نمایید.
ما در اینجا تعریف کلی از انکودر ها خواهیم داشت تا شما با اطلاعات کافی بتوانید بهترین انکودر مورد نیاز خود را انتخاب نمایید. نکاتی اولیه ای که باید در ابتدای این روند بدانید شامل موارد زیر می باشد:
در اولین مرحله باید مشخص شود انکودر با شرایط محیطی و ادوات موجود، تطابق دارد یا نه. عوامل کلیدی مورد نظر عبارتند از:
شرایط محیطی از جمله دما ، رطوبت ، شوک و لرزش ، آلودگی محل مورد نصب انکودر
قبل از بررسی مدل ها با تماس با ما، تا آنجا که ممکن است اطلاعات دقیق جمع آوری نمایید تا آگاهانه تصمیم بگیرید.
شرایط محیطی بهره برداری و عملکرد تجهیزات کنترلی، اساسی ترین فاکتور انتخاب انکودر را دارد. چرا که این شرایط بر نوع سنسینگ یا همان نوع ساختمان حسگر انکودر ها تاثیر بسزایی دارد. در زیر به بررسی اجمالی انواع انکودر براساس ساختمان آن ها و دسته بندی انکودر ها خواهیم پرداخت که از جمله متداول ترین آن ها انکودر نوری ، مغناطیسی، القایی و خازنی هستند.
البته این توضیحات به صورت خلاصه می باشد و شما می توانید مقاله کامل تر را از اینجا با موضوع انواع انکودر چیست؟ انکودر ها از نظر عملکرد و تکنولوژی ساختمان به چند گروه تقسیم بندی می گردند؟ مطالعه نمایید.
نحوه کارکرد یک انکودر نوری، شامل یک دیسک طرح دار یا مشبک که متصل به جسمی که تحت حرکت عامل پیش رو است (معمولا عامل پیش رو شفت موتور یا بار است). دیسک انکودر از بین یک منبع نوری (به طور معمول یک (LED و یک ردیاب نوری ثابت شده بر روی بدنه انکودر، عبور می کند. الگوی یا پترن دیسک شیشه ای با پرتو نوری برخورد و آن را قطع می کند تا قطاری از پالس های موج مربعی مطابق با تعداد قطاع روی دیسک ایجاد کند. البته براساس نوع انکودر ممکن است این سیگنال یک رشته صفر و یک از نوع باینری تولید کند. منظور از نوع ، نوع انکودر افزایشی (Incremental Encoder) و نوع مطلق (Absolute Encoder) می باشد. در هر صورت، داده های خروجی انکودر برای کنترل حرکت، سرعت و تعیین موقعیت استفاده می شود. معمولا انکودر های نوری به صورت روتاری انکودر (Rotary Encoder Optical) ساخته و ارائه می شوند. در یک انکودر نوری خطی (Linear Encoder Optical) ، هر دو منبع و آشکارساز به صورت خطی با بار حرکت می کنند؛ در حالی که مقیاس خطی تولید کننده بر روی قاب دستگاه ثابت می شود. شکل زیر تصویر کلی نمای انکودر خطی و نحوه آشکار سازی آن را نمایش می دهد.
در شکل بالا، یک دیسک مشبک به صورت قطاع های مساوی وجود دارد که از یک منبع نوری فرستنده و گیرنده عبور می کند تا پرتو را تعدیل نماید. برد الکترونیکی موجود در انکودر، سیگنال دریافتی فوتودیودها را پردازش کرده تا یک قطار پالس موج مربعی را ایجاد کند، این سیگنال پردازش شده، می تواند اطلاعات مهمی از جمله موقعیت و سرعت را به ما نشان دهد.
انکودر های نوری بالاترین وضوح و رزولوشن (Resolution Encoder) را در انکودر ها دارا می باشند. بدین ترتیب ، آنها می توانند برای کاربردهای صنعتی، علمی و پژوهشی که دارای شرایط سخت کار بوده و نیاز به ردیابی موقعیت زاویه ای است، بسیار مناسب باشند.
انکودر های نوری به آلودگی حساس هستند و نباید از آنها برای محیط هایی که در معرض گرد و غبار، رطوبت یا مواد شیمیایی خورنده می باشند، استفاده گردند. چرا که اگر محیط دارای رطوبت باشد، بخار روی دیسک انکودر را گرفته و بر عملکرد آن تاثیر منفی می گذارد. همچنین انکودر های نوری با دیسک شیشه ای، در برابر ضربه و لرزش آسیب پذیر هستند. در حال حاضر به روی جنس های پلاستیکی آزمایش های مختلفی می شود که جایگزین دیسک های شیشه ای شوند که در برابر ضربه و لرزش مقاومت بیشتری دارند.
بهترین کاربرد انکودر نوری شامل موارد زیر می شود:
پروژه های علمی و کاربردهای صنعتی با عملکرد خروجی بسیار طاقت فرسا و سخت کار
نحوه عملکرد انکودر مغناطیسی همانند انکودر نوری می باشد با این تفاوت که در انکودر دوار مغناطیسی به جای دیسک کد نوری، از ساختار دیگری براساس میدان مغناطیسی استفاده می شود. ساختار اصلی انکودر مغناطیسی شامل چرخ دنده فلزی دندانه دار، یا درامز یا دیسک با دامنه مغناطیسی متناوب است. البته این برای انکودر های دورانی می باشد و برای مدل های خطی از مقیاسی مشابه ولی خطی استفاده می کنند. اساس کار بر پایه تناوب دامنه در یک میدان مغناطیسی است. سنسور تشخیص میدان متناوب بر پایه اثر هال ( Hall-Effect ) می باشد که از یک آرایه آشکارساز حالت جامد استفاده می کند. لذا این آشکار سازی دارای حساسیت و وضوح بالایی می باشد که در مقابل تنش و لرزش دستگاه، ایمنی بالایی را به همراه دارد. به ازای حرکت انکودر و به طبع سنسور هال افکت در میدان مغناطیسی، خروجی به دست آمده تبدیل به رشته پالس یا بیت های دیجیتالی می شود که می توان از آن ها سیگنال الکتریکی دریافت نمود.
انکودرهای مغناطیسی می توانند شرایط بسیار سختی را تحمل کنند لذا آن ها را برای کاربردهای صنعتی مناسب تر هستند. حتی این انکودر ها می توانند در زیر آب نیز به کارایی خود بپردازند. محیط هایی که پوشیده از گرد و غبار است و یا در معرض لرزش بسیار زیاد قرار دارند نیز تاثیری روی عملکرد این انکودر ها نمی گذارد. انکودر های مغناطیسی از نظر اقتصادی کاملاً مقرون به صرفه بوده و جهت بهینه نمودن هزینه یک پروژه مناسب هستند.
این انکودر ها به میدان مغناطیسی زیاد حساس هستند و ممکن است جهت عدم اختلال در عملکرد آن ها از پوشش های محافظ استفاده شوند. همچنین اگر محیط دارای دمای بسیار بالایی باشد ممکن است روی خاصیت مغناطیسی آن ها تاثیر بگذارد. همانطور که گفته شد، حسگرهای اثر هال در برابر شوک یا تنش آسیب پذیر نیستند. البته این تفکر سنتی وجود دارد که انکودرهای مغناطیسی دارای وضوح کمتری می باشند. لازم به توضیح می باشد که با پیشرفت تکنولوژی در ساخت سنسورهای اثر هال عملکرد آن ها از قبل بهتر شده و رزولوشن آن ها نزدیک به انکودر های نوری می باشد. برای محیط های سخت کار که دارای آلودگی و گرد و غبار و حتی بخار آب می باشد، سنسور اثر هال (هال افکت) ممکن است گزینه بهتری باشد.
نحوه عملکرد انکودرهای القایی مشابه یک ریزولور یا رزولور (Resolver) است. این مدل انکودر ها در واقع دارای ترانسفورماتور دیفرانسیلی هستند که با ردیابی ولتاژهای القایی موجود در یک جفت سیم پیچ الکترونیکی، موقعیت زاویه ی مطلق را تعیین می کنند. سیم پیچ اولیه به روتور متصل می شود و با حرکت انکودر انرژی می گیرد، در حالی که سیم پیچ ثانویه به استاتور و با اختلاف فاز مکانیکی 90 درجه (به صورت سینوس و کسینوس) متصل می شود. چرخش سیم پیچ اولیه باعث ایجاد جریان در سیم پیچ های ثانویه می شود. همانطور که در شکل زیر مشخص می باشد، این دو سیم پیچ به ترتیب سیگنال سینوسی و کسینوسی ایجاد می کنند. این مدل انکودر ها که به تازگی وارد عرصه شده اند جایگزین رزولور ها گردیده اند. در انکودر القایی به جای سیم پیچ های معمولی، از سیم پیچ ها عناصر مسطحی استفاده شده است که از نظر علم سنگ شناسی (lithographically) روی PCB قرار گرفته اند. هر دو سیم پیچ روی PCB یکسان و یک شکل هستند. یک دیسک رسانا نصب شده بر روی روتور یا شفت ، سیم پیچ ها را تحریک می کند .در شکل زیر توضیحات بالا قابل مشاهده می باشد.
از جمله مزایای انکودر القایی ، وضوح بسیار بالا، مقاوم در برابر آلودگی، مصون از نفوذ مایعات، عدم تاثیر پذیری در مقابل دمای شدید و ضربه و لرزش است. استفاده راحت تر نسبت به رزولور ها از بالاترین ویژگی این انکودر ها است به گونه ای که بعضی از سازندگان، در محصولات خود، انکودر های القایی را جایگزین ریزولور ها (Resolver) می دانند.
گرچه این انکودر ها دارای خاصیت سلفی قوی می باشد، دیسک رسانایی داخل آن می تواند مشکلاتی در عملکرد خود ایجاد کند. انتخاب صحیح دیسک رسانا جزء چالش های سازندگان است. در مواردی که حرارت بسیار بالا است، نباید از دیسک هایی با خاصیت آهن نرم استفاده شود. دیسک های آهنی یا فریتی ممکن است در میدان های مغناطیسی بالا استفاده شوند، اما ممکن است به محفظه و پوشش نیاز داشته باشند.
اما حال که انکودر ها را از نظر ساختمانی بررسی کردیم باید از نظر ویژگی خروجی نیز صحبتی کوتاه داشته باشیم. چرا که این ویژگی مربوط به رزولوشن و کارایی انکودر انتخابی می باشد.
انکودرها را می توان بصورت انکدر افزایشی (Incremental Encoder) و یا انکدر مطلق (َAbsolute Encoder) طبقه بندی کرد. انکودر افزایشی مبدلی الکترومکانیکی هستند که با روشن شدن قطعات الکتریکی آن از ابتدا شروع به پالس اندازی می نماید. در نتیجه، اگر خاموش گردد یا برق تغذیه آن قطع شوند یا از کار بیفتند ، شمارش از ابتدا آغاز می گردد. اما کنترلر این این نوع انکودر شیوه ساده ای دارد و حتی یک شمارنده ساده (Counter) نیز امکان کنترلر آن را دارد. لذا به دلیل ساده بود ساختمان انکودر افزایشی می تواند یک راه حل اقتصادی برای خرید باشد.
اما انکودر مطلق برعکس انکودر افزایشی، در هر موقعیت زاویه ای یک کلمه دیجیتالی منحصر به فرد در خروجی تحویل می دهد. به همین دلیل ، انکودر مطلق می تواند در هنگام قطعی و وصلی تغذیه، یا حتی هنگام راه اندازی، موقعیت زاویه ای خود را ارائه دهد. بهترین زمان استفاده از انکودر مطلق برای دستگاه هایی است که باید در هر زمان موقعیت خود را در حافظه نگه داشته داشند. به عنوان مثال می توان به ربات های جراحی، ربات های اتومبیل سازی یا محورهای به هم پیوسته ای اشاره کرد که از دست دادن موقعیت آن ها خسارت جبران ناپذیری به عمل می آورد. لذا این انکودر ها به دلیل ساختار پیچیده ای که دارند دارای قیمت بالاتری نسبت به انکودر افزایشی هستند. قیمت انکودر مطلق حدودا 1.5 الی 2 برابر قیمت انکودر افزایشی با مشخصات رزولوشنی یکسان می باشد.
در شکل بالا دیسک کد برای یک انکودر افزایشی (سمت چپ) را مشاهده می نمایید. همانطور که از عکس پیدا می باشد این دیسک شامل مناطق متحدالمرکز شفاف و تیره متناوب می باشد که این الگو یا پترن (Pattern) باعث به وجود آمدن پالس های موج مربع به اقتضای تعداد این همبستگی ها می باشد. در سمت راست نیز دیسک انکودر مطلق را مشاهده می نمایید که برای ایجاد یک کلمه دیجیتالی منحصر به فرد در هر موقعیت زاویه ای طراحی شده است.
خب !!! بعد از این تعریف ها سوال اصلی برای انتخاب انکودر پا برجاست. شما نیاز دارید چه چیزی را اندازه گیری کنید؟ موقعیت؟ سرعت؟ جهت؟
برای پاسخ به این سوال، ما با روتاری انکودر نوری افزایشی (Incremental Optical Rotary Encoder) شروع خواهیم کرد. البته از همین ابتدا توجه داشته باشید، انکودرهای نوری خطی افزایشی (Incremental Optical Linear Encoder) با این انکودر ها عملکرد یکسانی را دارند، همانطور که انکودرهای مغناطیسی افزایشی به صورت خطی و چرخشی کار می کنند. با عبور دیسک کد یک انکودر افزایشی با مناطق متحدالمرکز یکسان شفاف و تیره، از روبروی پرتو نوری، پالس های مربعی ایجاد می گردد که به ازای زاویه این قطاع ها، کانال های منحصر به فردی ایجاد می گردد. در نتیجه، این کانال ها بر روی آشکارسازهای الکترونیکی (Decoder) می تواند پالس را به تعداد شمارش کنترل کند. منظور از کنترل، کنترل موقعیت و یا سرعت می باشد.
اگر سیستم فقط نیاز به چرخش یک جهته یا مانیتور نمودن سرعت باشد، یک دیسک کد با یک کانال (کانال A) کافی است. مشکل تک کانال بودن یک انکودر در اینست که انکودر چه در جهت عقربه های ساعت (CW) بچرخد و چه در خلاف جهت عقربه های ساعت (CCW) ، در خروجی فقط رشته قطار صفر و یک را مشاهده می نماییم و امکان دسترسی به جهت چرخش میسر نیست. لذا در کاربرد هایی که تشخیص جهت مورد نیاز باشد از انکودر تک کاناله استفاده نمی شود.
انکودر دو کاناله شامل دو کانال A و کانال B می باشد. این دو کانال با همدیگر دارای 90 درجه اختلاف فاز هستند. به این روش که با چرخش انکودر دو سیگنالی که از نظر الکتریکی 90 درجه اختلاف فاز دارند تولید می شوند. اگر در آشکارسازی ابتدا کانال A و بعد کانال B ظاهر گردد می توان گفت که انکودر در جهت عقربه های ساعت (CW) در حال گردش می باشد. اما اگر ابتدا B و سپس A ظاهر گردد لذا انکودر در جهت خلاف عقربه های ساعت (CCW) در حال گردش می باشد. پس این آرایش دیسک انکودر به ازای کانال A و کانال B و تقدم و تاخر نسبت به همدیگر، جهت چرخش انکودر را به ما نشان می دهد.
انکودرهای افزایشی همچنین می توانند شامل کانال هایی برای نمایش موقعیت موتور های ACباشند، که به طور معمول این مدل انکودر ها دارای کانال هایی با نام U و V و W می باشند. این مدل انکودر ها اکثرا در آسیا تولید و عرضه می گردند.
انکودرها معمولاً شامل یک کانال دیگر به نام Z نیز می باشند که این کانال دارای یک پالس در هر دور می باشد. از کانال Z می توان برای شروع پالس اندازی و مرجه (Reference Pulse) استفاده کرد. همچنین هر بار که سیستم، پالس شاخص یا همان Zرا می خواند از آن برای شمارش تعداد دور های زده شده نیز می تواند استفاده کند.
ساختمان انکودر بعدی مربوط به انکودر مطلق (َAbsolute Encoder) است. در انکودر مطلق برای ردیابی مسیر و جهت حرکت نیاز به کانال یا معیار دیگرل نیست؛ چرا که هر موقعیت زاویه ای یا خطی در انکودر مطلق با یک کلمه یا رشته صفر و یک دیجیتالی منحصر به فرد اختصاص داده شده است. این بدان معناست که از موقعیت زاویه ای شفت انکودر (Shahft Encoder) با یک عدد منحصر به فرد پوشش داده شده است که این عدد در یک زاویه دیگر مختلف است. با این وجود، آنها برای کنترل عملکرد چند چرخشی یا همان تعداد دور به یک دیسک جداگانه نیاز دارند. این دیسک با استفاده از مکانیزم چرخ دنده با دیسک اصلی وصل می شود و تعداد دور های چرخیده شده انکودر را همانند دیسک اصلی با یک رشته عدد صفر و یک نشان می دهد. هر کدام از این چرخ دنده ها با دیسک شیشه ای خود کوپل هستند که به دیسک اصلی تک دور یا ST (Single Turn) و به دیسک دوم چند دور یا MT (Multi Turn) می گویند. لطفا به عکس زیر توجه نمایید. در عکس زیر ساختمان انکودر مطلق به صورت ST و MT را مشاهده می نمایید.
سوال بعدی که در فرآیند انتخاب انکودر مناسب باید بررسی گردد، مقدار دقت انکودر یا رزولوشن انکودر (Encoder Resolution) می باشد. انتخاب وضوح احتمالاً بزرگترین مشکل در تعیین انکودر است. این فرضیه گسترده وجود دارد که انکودر با وضوح بالاتر به طور خودکار باعث افزایش دقت موقعیت یابی می شود. اما لزوماً اینگونه نیست. دقت در هر سیستم موقعیت یابی محدود به شرایط مکانیکی آن می شود. پیرو صحبت با مشاور ارشد شرکت IDEncoder سازنده انکودر های صنعتی، این پاسخ برای کارشناسان ما ارسال شد: “من فکر می کنم مشتریان گاهی اوقات مفاهیم را اشتباه می گیرند، زیرا تصور می کنند که وضوح بالاتر به این معنی است که سیستم آنها دقیق تر است، در حقیقت فقط به این معنی است که شما می توانید اطلاعات بیشتری را ببینید.”
در بهترین حالت انتخاب رزولوشن بالا برای انکودر، هزینه اضافی برای پروژه شما به عمل می آورد و اگر سیستم شما نتواند اهداف موقعیت یابی را برآورده سازد کاری بیهوده انجام شده است.
برای تعیین وضوح با تعیین کمترین دقت مورد نیاز باید شروع کنیم. انتخاب رزولوشن واقعی مورد نیاز با 4 برابر کردن این عدد می تواند به مقدار مناسب ما نزدیک تر شود. اما ما باید به دنبال فرمول عملی باشیم که این عدد را محاسبه و به ما اعلام کند. برای انکودر های افزایشی چرخشی (روتاری انکودر افزایشی) میزان رزولوشن براساس مبنای PPR (Pulse Rer Revolution) محاسبه می شود که مستقیما به تعداد خطوط روی الگو دیسک نوری اشاره دارد. در انکودر خطی افزایشی این عدد براساس طول متراژ سنجیده می شود.
تفاوت زیادی بین رزولوشن مورد نیاز پروژه و وضوح در سیستم واقعی وجود دارد. اما فرمول محاسبه رزولوشن روتاری انکودر افزایشی دوار به صورت زیر می باشد:
در این فرمول مخرج سرعت زاویه ای موتور مبنا بر حسب دور بر دقیقه (RPM) و صورت پهنای باند الکترونیکی یا فرکانس کار بر حسب هرتز (Hz) ضربدر عدد 60 می باشد که از این طریق می توانید تعداد حداکثر شمارش موجود در پروژه خود را به دست آورید. همچنین شما می توانید از این طریق در نهایت رزولوشن انکودر افزایشی چرخشی را برای انکودر محاسبه نمایید.
فرکانس کاری این فرمول توسط سازنده انکودر مشخص می شود و معمولاً عدد آن در حالت عادی به صورت کیلوهرتز یا مگاهرتز است. اگر برای یک سیستم با سرعت بالا به طبع نیاز به پالس و رزولوشن بالا می باشد واضح می باشد که این فرکانس کاری نیز باید بالا انتخاب گردد.
برای ساده سازی روند انتخاب انکودر مناسب، تولیدکنندگان و سازندگان انکودر، نمودارهای تفکیک داده را به عنوان تابعی از سرعت به همراه محصولات خود ارائه می دهند. به طور مثال نمودار داده خروجی زیر مربوط به یک انکودری است که ایجاد تعادل بین سرعت و عملکرد را ممکن ساخته است. براساس نمودار زیر در هر دور به عنوان تابعی از سرعت برای یک انکودر خاص ایجاد توازن بین شرایط عملیاتی و عملکرد را فراهم می کند.
افزایش تعداد پالس تنها راه بالا بردن دقت یا وضوح کار نیست. اولین تابع رزولوشن انکودر وابسته به ساختمان انکودر است که آن براساس نحوه آشکار سازی و قرائت انکودر نوری سنجیده و با PPR (Pulse Per Revolution) مشخص می شود. دومین تابع بستگی به این دارد که سیستم دیکود کننده (که همان درایو، PLC ، AVR و … است) برای خواندن کد های دیجیتالی از چه بخش هایی استفاده نماید.
در انتهای این بخش می بینید که می توان از یک انکودر معمولی با رزولوشن پایین، دقت بسیار بالایی را استخراج نمایید. البته این نکته نیز قابل ذکر می باشد که کنترلر پشت انکودر باید قابلیت برنامه پذیری (همانند نرم افزار Step7 در PLC های زیمنس یا نرم افزار CX-Programmer در PLC های Omron یا ARV های شرکت Atmel و … ) را داشته باشد.
سه الگو جهت خواندن پالس انکودر و قابلیت بهره برداری روی رزولوشن های بالاتر وجود دارد که به طور معمول استفاده می شود.
• الگو اول تریگ نمودن یا فعال کردن مثبت کنترلر با لبه بالارونده پالس A (رمز گشایی یک برابری) که در این حالت رزولوشن با PPR یکی می باشد. (شکل زیر بخش اول)
• الگو دوم تریگ نمودن از لبه های بالا و پایین رونده A (رمز گشایی دو برابری) که در این حالت رزولوشن دو برابر PPR گردیده است. (شکل زیر بخش دوم)
• و الگو سوم ، تریگ نمودن براساس لبه های بالا و پایین رونده کانال A و B (رمزگشایی 4 برابری) که در این حالت رزولوشن چهار برابر PPR گردیده است. (شکل زیر بخش سوم)
لذا بسته با کاربرد انکودر در صنعت و محیط این سه الگو می تواند با حداقل هزینه به رزولوشن انکودر مورد نیاز رسید.
روش توضیح داد شده براساس الگو های افزایشی پالس، روش قابل اطمینانی می باشد. از طریق این روش ها می توانید به طور حدودی به رزولوشن بالاتری دست بیابید. البته این نکته رو فراموش نکنید، مثلا اگر انکودر 1024 پالس دارید و می خواهید رزولوشن آن را با این الگو ها تغییر دهید، پالس هایی که می توانید اسخهراج نمایید، 2048 پالس و 4096 پالس می باشد و شما نمی توانید هر پالس بیشتری را داشته باشید. اکثر تولید کنندگان تجهیزات اصلی یا همان OEM ها (Original Equipment Manufacturers) به این قضیه واقف می باشند که به دست آوردن رزولوشن بالا از این طریق ممکن است در معرض حطا باشد. چرا که شاید استفاده از شمارش پالس درون یابی با شمارش لبه های بالا و پایین می تواند به طور کلی کارساز باشد اما این روش تابع کیفیت لبه های موج مربعی کانال های Aو B می باشد و اگر در این فرآیند این لبه ها ظاهر نشود ممکن است کل پروسه دچار مشکل شود. به طور مثال اگر کابل طولانی تر شود ( به طور مثال 50 فوت یا بیشتر) ممکن است در انتهای کابل که خروجی انکودر وارد درایو می شود، سطح ولتاژ پالس انکودر کاهش یافته و از این طریق دیگر نتوان استفاده کرد. البته تکنیک و روش هایی وجود دارد که باعث برطرف شدن نویز یا کاهش سطح ولتاژ خروجی انکودر در انتهای خط انتقال داده شود. این روش ها باعث می شوند کنترلر یه سیگنال بدون نویز و سالم را دریافت نماید که در ادامه به این منطق ها خواهیم پرداخت.
اگر در سیستم انکودری شما کنترلی انجام نشده باشد، به مصداق آنست که انگار هیچ نظارتی روی آن انجام نشده و آن سیستم در واقع بدون فایده می باشد. انکودر های افزایشی و انکودر های مطلق ذاتا دارای خروجی های متفاوتی می باشند. لذا طرح سیم بندی و انتقال داده آنها نیز متفاوت است.خروجی های انکودر افزایشی نیاز دارند که هر کانال مستقیماً به دستگاه کنترلر یا شمارنده مربوط به خود متصل شود.
دو رویکرد اصلی برای سیم بندی انکودر افزایشی وجود دارد:
به ازای هر کانال یک سیم به همراه تغذیه ولتاژ مثبت Vcc و زمین به کنترلر موجود متصل می شود.
از محاسن این روش به رشته سیم های کمتر ، هزینه کمتر، پیچیدگی کمتر، عیب یابی راحت تر می توان اشاره نمود.
در برابر نویز و افت ولتاژ آسیب پذیرتر هستند.
بهترین محل برای کاربرد این روش برای محیط هایی که دارای کابل بسیار کوتاه (فاصله بین انکودر و کنترلر بسیار کم) می باشد، است.
دو رشته سیم به هم تابیده شده از هر کانال به همراه تغذیه ولتاژ مثبت Vcc و زمین به کنترلر موجود متصل می شود.
عدم تداخل نویز در فواصل زیاد ، افزایشی اثر بخشی سیگنال انکودر به روی کنترلر
رشته سیم های بیشتر، افزایشی هزینه، پیچیدگی در سیم بندی، دسترسی سخت تر در صورت بروز مشکل
بهترین محل برای کاربرد این روش برای محیط هایی که دارای کابل های طویل و فاصله زیاد بین انکودر و کنترلر می باشد.
انکودر افزایشی برای انتقال سیگنال به دستگاه کنترلر به درایورهای خروجی در داخل انکودر یا روی برد خود نیاز دارند. انتخاب درایور خروجی باید با توجه به نیاز دستگاه گیرنده انجام شود. باید قبل از انتخاب بهترین انکودر به این سوال پاسخ دهید که سطح ولتاژ کنترل کننده یا نوع درایو شما چیست؟ برای جلوگیری از آسیب دیدن به انکودر لازم می باشد که با سایر دستگاههای مدار سازگار باشند. ولتاژ باید به اندازه کافی بالا باشد تا درایو آن را در محدوده ولتاژ ورودی خود تشخیص داده و به اندازه ای کافی قوی باشد در مسیر انتقال افت نداشته باشد.
درایورهای خروجی انکودر ها را می توان به سه کلاس تقسیم کرد:
درایورهای خروجی Open-Collector به صرفه ترین نوع خروجی در انکودر ها هستند. خروجی آن ها به صورت sinking می باشد، به این معنی که آنها زمین را برای مسیر مدار سیم بندی فراهم می کنند. آنها باید با کنترل کننده ها و درایوهای منبع، که جریان را برای آنها تأمین می کنند، مسیر خود را ببندند. وقتی مدار خاموش است، سطح سیگنال به صورت شناور تابع ولتاژ ورودی باقی می ماند. اما وقتی روشن می گردد، سیگنال کم می شود. درایورهای خروجی Open-Collectorبرای تأمین ولتاژ خروجی صحیح انکودر به کنترلر ، به یک مقاومت کششی با اندازه مناسب نیاز دارند.
از مزایای استفاده از این مدار اینست که درایورهای خروجی Open-Collector ساده هستند و دامنه ولتاژ مورد آن ها وابسته به ورودی می باشد. اما عیب آن ها اینست که در برابر نویز آسیب پذیر هستند و فقط می توانند جریان های کم را کنترل کنند، که فاصله آنها را محدود می کند. بهترین شرایط استفاده از مدار درایور خروجی Open-Collector برای مسیر های با فاصله کم می باشد. البته باید در مورد این مدار درایور توضیح داد که منطق HTL جایگزین این مدل درایور خروجی شده است. در شکل زیر مدار خروجی این درایور را مشاهده می نمایید.
برای مسیر های طولانی تر و با نویز بیشتر ، درایور Line Drivers راه حل بهتری نسبت به درایور های دیگر می باشد. درایور Line Drivers ولتاژ مدار را تأمین می کند. این درایور ها گزینه مناسبی برای کنترل کننده های sinking هستند. به طور کلی ، آنها خروجی صفر الی 5 ولت را فراهم می کنند. بنابراین کنترل کننده باید در آن محدوده کار کند. البته ناگفته نماند که در سال های اخیر دامنه سطح ولتاژ این درایور ها افزایش یافته و به بازه 4.5 الی 30 ولت رسیده است.
یکی از بزرگ ترین مزایای درایور Line Drivers ، قابلیت حذف نویز است. در صورت وجود نویز در محیط و اتصال با سیم بندی دیفرانسیلی (یا همان کانال های معکوس در انکودر ) ، کنترلر جمع هر دو سیگنال را دریافت نموده و در نهایت فقط نویز در آن باقی می ماند که آن نیز قابل حذف می باشد. البته باید در مورد این مدار درایور توضیح داد که منطق TTL جایگزین این مدل درایور خروجی شده است. در شکل زیر مدار و نحوه اتصال آن مشخص می باشد.
سومین نوع درایور خروجی، درایور خروجی Push-Pull است. این نوع درایور می تواند به عنوان یک sourcing و sinking عمل کند. درایور Push-pull دارای انعطاف پذیری و قابلیت فاصله انتقال بالا را دارد. اما این درایور ها معمولا گران هستند. البته باید در مورد این مدار درایور توضیح داد که منطق HTL جایگزین این مدل درایور خروجی شده است. در شکل زیر مدار خروجی این درایور را مشاهده می نمایید.
اگر بخواهیم تمامی پروتکل های انکودر افزایشی را در یک نگاه ببینیم، به تصویر زیر توجه نمایید:
از آنجا که انکودر مطلق کلمات دیجیتالی شامل صفر و یک یا سیگنال های آنالوگ (منظور سیگنال های مربوط به ورودی کاژول PLC همانند 4-20mA یا 0-10 V) را منتقل می کنند، انواع مختلفی از پروتکل های ارتباطی در انکودر مطلق را ارائه می دهد. آنها عبارتند از:
در این پروتکل برای هر بیت دیتا، یک جفت سیم نیاز می باشد. در سیم بندی موازی (Parallel) به ازای حرکت شفت انکودر، هر بیت به طور همزمان ارسال دیتا منحصر به فرد خود را دارند. این نوع پروتکل اولین نسل خروجی انکودر های مطلق (First Protocol Absolute Encoder) بوده و به دلیل پیچیدگی و صرف هزینه بالا نسوخ گردیده است. جایگزین این پروتکل انکودر مطلق، پروتکل (Synchronous Serial Interface) SSI می باشد.
این روش به عنوان جایگزین و راه حل های سخت افزاری/ نرم افزاری رابط موازی (Parallel) می باشد. در این پروتکل همه بیت ها از طریق یک رابط،و به ازای فراخوانی یک باره ارسال می شود. در این پروتکل، هزینه سیم بندی کاهش چشم گیری دارد و درصد خطا به طور محسوسی نسبت با روش قبل کمتر می گردد.
فیلد باس هایی همچون CAN, Profibus, Modbus و غیره همگی زیر مجموعه پروتکل تحت باس هستند. هر کدام از این شبکه ها دارای قابلیت های و محاسن و معایبی می باشند. این پروتکل ها قادر می سازند که انکودر یا حتی انکودر های یک خط تولید از طریق فیلد باس منحصر به فرد خود به یک master متصل گردند و با هم در شبکه به صورت سینکرونایز عمل و رصد شوند.
این شبکه صنعتی از اتصال همزمان تعداد بسیار زیادی انکودر با سرعت بسیار بالا پشتیبانی می کند. پروتکل هایی که زیر مجموعه این شبکه صنعتی می باشند شامل Ethernet / IP ، EtherCAT ، ProfiNET ، DeviceNet ، CANopen ، IO LINK و غیره می باشند.
از آن جا که پروتکل های انکودر های مطلق بسیار گسترده و متنوع می باشد، در بخش مقالات وبسایت ما می توانید در مورد هر کدام به تکفکیک مطالعه داشته باشید.
انکودر قبل از ارائه فیدبک، باید به صورت مکانیکی با شرایطی مناسب روی سیستم نصب شود. فاکتورهای کلیدی و اساسی در این زمینه عبارتند از: فضای نصب انکودر ، شکل مورد نیاز انکودر ، عملکرد مکانیکی شفت یا هالو شفت و بار موجود روی دو سر موتور که با انکودر کوپل خواهد داشت.
انکودرها را می توان به دو صورت شفت انکودر (Solid Shaft Encoder) یا شفت توخالی یا بدون شفت یا هالو شفت (Hallow Shaft) طبقه بندی کرد. شفت انکودر باید به شفت موتور یا بار از طریق کوپلینگ مناسب متصل شود. در این حالت باید کوپلینگ هایی را انتخاب نمود که جبران گشتاور مقابل انکودر را خنثی نموده و باعث کاهش فرسودگی و در راستای افزایش تحمل یاتاقان های انکودر باشد. نگرانی که در این زمینه وجود دارد، به خطر انداختن سنکرون شدن انکودر با موتور می باشد که در فیدبک موقعیت تاثیر مستقیم می گذارد.
اما در یک انکودر شفت توخالی یا بدون شفت یا هالو شفت، شفت انکودر به شفت موتور متصل نیست. شفت موتور براساس سایز هالو انکودر، به داخل آن وارد شده و از طریق کوپلینگ های تعبیه شده روی انکودر به آن متصل و فیکس می شود. بسته به کاربرد انکودر های هالو شفت گزینه بهتری برای انتخاب انکودر می باشد.
یکی دیگر از نکات مهم مکانیک ، تعیین و انتخاب یاتاقان انکودر است. بلبرینگ ها رایج ترین نقاط خرابی انکودر هستند و می توانند محدودیت های زیادی را بر حسب محل نصب ایجاد کنند. اطمینان از اینکه یاتاقان انکودر نه تنها از پس اندازه بلکه نوع بار برآید بسیار ضروری است. به عنوان مثال بار شعاعی (Axial Load) نسبت به بار محوری (Radial Load) نیروهای بسیار متفاوتی را بر دو سر انکودر اعمال می کنند. هر بار اعمال شده ، عملکرد و طول عمر انکودر را تحت تأثیر قرار می دهد. اکثرا این نیرو ها بر روی کاتالوگ انکودر ها نوشته شده است. البته این مورد هم قابل تامل می باشد که انکودر ها از این نظر به دو دسته انکودر های صنعتی (Industrial Encoder) و انکودر های سخت کار (Haevy Duty Encoder) دسته بندی می شوند. دسته اول برای کاربرد های معمولی و دسته دوم برای کاربرد هایی که دارای شرایط نصب ویژه همچون فولاد، پتروشیمی، سیمان و …می باشند. سازندگان انکودر روش های نصب مختلفی را به همراه انکودر های خود ارائه می دهند. از جمله این ادوات فلنچ انکودر در شکل و ابعاد مختلف، به صورت سینکرو یا مربعی می باشد. لذا در نهایت ادوات مختلفی که جهت بهره برداری سریعتر با انکودر ارائه می شود را باید در نظر داشت.
انتخاب انکودر مناسب در پروژه ها باعث سهل نمودن روند پروژه شما می گردد. اگر بخواهیم در یک پاراگراف موارد بالا را بررسی نماییم باید به این چند سوال در ابتدای انتخاب انکودر پاسخ دهید:
انکودر از نوع افزایشی (Incremental Encoder) باشد یا مطلق (Absolute Encoder) ؟
انکودر از نوع چرخشی (Rotary Encoder) باشد یا خطی (Linear Encoder)؟
نوع حسگر انکودر از نوع مغناطیسی باشد؟ انکودر نوری باشد؟ انکودر القایی باشد و غیره؟
رزولوشن یا دقت انکودر چقدر باشد؟
شرایط محیطی و الزامات مربوط به نصب چگونه باشد؟
مقدار هزینه و بودجه اختصاص داده شده چقدر می باشد؟
استراتژی برای اتصال انکودر به کنترلر چیست و باید چه نوع درایوری برای انکودر انتخاب گرد؟
.
.
.
در نهایت پیشنهاد می گردد انتخاب انکودر مناسب برای پروژه های خود را به دست کارشناسان خبره و با تجربه ای بسپارید که در این روند بهترین راه حل را در مسیر شما قرار می دهند.
مهندس پدرام
تمامی فعالان زمینه اتوماسیون و اشخاصی که در حرفه طراحی خطوط تولید کارخانجات و پروژه های بزرگ همچون پروژه های مخابراتی و ایستگاه های رادیویی، ایجاد خط تولید کارخانجات مواد غذایی، دارویی، بسته بندی ، خطوط نورد گرم و سرد شرکت های فولادی و … دستی در کار دارند می دانند که باید بهترین نوع انکودر را با بالاترین کیفیت و بهترین شرایط پاسخگویی براساس نیاز و البته مناسب ترین قیمت، تهیه و استفاده کنند. همچنین دانشجویان و یا افرادی که پا به رشته برق گذاشته اند نیاز دارند برای تکمیل علم و افزایش توانمندی خود از ادواتی که آن ها را در مسیر پیش رو کمک می کند، اطلاعات مفید کسب نمایند. اما متاسفانه در زمینه انکودر و نحوه انتخاب انکودر بستری جهت دریافت این اطلاعات در ایران یافت نمی شود. ما در اینجا توضیح خواهیم داد که چگونه یک انکودر را انتخاب کنید؟ و بهترین انکودر مورد نیاز برای کار شما چیست؟
همچنین شما می توانید از لینک زیر این مقاله را دانلود و بعدا در صورت نیاز مطالعه نمایید.
اما باید برای اینکه بدانید چگونه یک انکودر را انتخاب کنیم؟ باید اطلاعات اولیه ای را از نوع فعالیت و صنفی که در حال شروع می باشیم از قبل کسب کرده باشیم. این نکته نیز قابل ذکر می باشد که به دلیل بالا بودن تنوع ساخت این محصول در دنیا و صنایع مختلف، ممکن است سوالی از قلم بیافتد. لذا برای اطلاعات بیشتر و مشاوره تخصصی به ما تماس حاصل نمایید. ما به شما کمک خواهیم کرد تا به بهترین انکودر مورد نیاز خود برسید.
1. در اولین قدم که مهمترین پرسش می باشد باید مشخص گردد که نوع سیگنال خروجی انکودر مورد نظر باید از نوع افزایشی (Incremental) باشد یا از نوع مطلق (َAbsolute) . تفاوت این دو از قبل در مقاله ای دیگر به تفصیل توضیح داده شد که شما می توانید از لینک های بالا، آن ها را مشاهده نمایید. تفاوت انتخاب این دو بدان معنا می باشد که آیا ما نیاز به انکودری دارای حافظه و دقت فوق العاده بالا می باشیم یا خیر؛ ما فقط سرعت چرخش و فرآیندی تکراری را نیاز داریم. برای درک بیشتر این موضوع، به مثال زیر دقت نمایید:
اگر شخصی برای ماشین CNC خود که دارای سرعت های بسیار متنوع با دقت گردش بالا در چند محور است، نیاز به انکودر دارد مجبور به انتخاب نوع مطلق می باشد؛ و اما اگر شخصی سرعت و تعداد چرخش انکودر را برای اتاقک موتور آسانسور یک ساختمان چند طبقه نیاز دارد بهتر است که از انکودر افزایشی استفاده نماید. البته این مورد را در نظر بگیرید که این مثال بدین معنا نیست که CNC کاران همیشه از مطلق و یا مهندسین نصب آسانسور از افزایشی فقط استفاده می کنند. مثال ما به طور متوسط و براساس تجربه اعلام گردیده است. آسانسور هایی می باشند که به دلیل بالا بودن تعداد طبقات (برج ها) از انکودر های مطلق (پروتکل EnDat) استفاده می شود و برعکس، ماشین آلات CNC وجود دارد که در آن فقط از انکودر های افزایشی استفاده می شود. همچنین باید در نظر گرفت که کنترلری (چه میکروپرسسور، چه درایو یا اینورتر و چه PLC) که وظیفه پردازش سیگنال انکودر را دارد نیز عامل مهمی در انتخاب انکودر است. یعنی مثلا اگر ورودی انکودر مطلق از نوع پروفی باس (Profi-Bus) باشد امکان اتصال انکودر افزایشی به هیچ عنوان میسر نیست. از جمله پروتکل هایی که زیر مجموعه انکودر های مطلق می باشد می توان به موارد زیر اشاره نمود:
SSI , Parallel , Profi-Bus , Profi-Net , ModBus , EtherCAT , CANOpen , RS-485 , …
در صورتی که نیاز به مشاوره فنی در مورد انتخاب انکودر پروژه خود دارید با ما تماس حاصل نمایید.
2. بعد از برداشتن اولین قدم، بقیه مراحل آسان تر می گردد. حال باید مشخص شود که انکودر انتخاب شده دارای چه دقت یا رزولوشنی (Resolution) می باشد. معمولا اگر انکودر افزایشی باشد، دقت را با پالس (Pulse) و اگر از نوع مطلق باشند با بیت (Bit) مشخص می نمایند. مثلا اگر بگویند انکودر 1024 پالس مورد نیاز می باشد حتما از نوع افزایشی می باشد. معمولا انکودر ها افزایشی در بازه پالس 1 الی 320.000 پالس تقسیم بندی می شوند. اما دقت در نوع مطلق خود به دو دسته دقت در دور (Single Turn) و دقت تعداد دور (Multi Turn) تقسیم می گردد که در مقاله مربوط به انکودر های مطلق تفاوت این دو کاملا بررسی و تشریح گردید. در این مدل نیز معمولا دقت چه برای ST و چه برای MT ماکزیمم تا 20 بیت (یعنی رزولوشن 40 بیت) طراحی و موجود گردیده است. این دقت تا امروز جر بالاترین رزولوشن انکودر های مطلق شناخته می شود. البته نکته ای دیگر در مورد انکودر مطلق باقی مانده و آن نوع پروتکل انکودر می باشد. سیگنال ارسالی از جانب انکودر به صورت سریال (SSI) و یا بیت به بیت (Parallel) باشد و یا به صورت شبکه های اتوماسیونی از جمله :
Profi-Bus , Profi-Net , ModBus , EtherCAT , CANOpen , RS-485 , …
اگر اطلاعاتی در مورد پروتکل های معمول صنعت ندارید یا نمی دانید چگونه یک انکودر را انتخاب کنیم؟ با ما تماس حاصل نمایید.
3. مرحله بعدی انتخاب ولتاژ تغذیه انکودر می باشد. به طور کلی پروتکل های تغذیه انکودر ها امروزه به دو دسته کلی زیر تقسیم می گردد:
HTL (NPN,PNP,Voltage, Push-pull, Totem poll) و TTL (Line-driver)
انتخاب هر کدام از این دسته ها فارغ از افزایشی یا مطلق بودن انکودر، مستقیم بستگی به کنترلر پشت انکودر دارد. برای اطلاع از کسب اطلاعات در مورد ولتاژ های تغذیه انکودر ها به مقاله زیر مراجعه نمایید.
4. سوال دیگری که بهتر است در انتخاب انکودر مدنظر قرار گیرد تعداد کانال های مورد نیاز در انکودر های افزایشی می باشد. لازم می باشد که خریدار اطلاعاتی در مورد تعداد کانال های مورد نیاز خود داشته باشد که آن را در اختیار فروشندگان قرار دهند. اگر فقط سرعت چرخش مدنظر باشد کانال A ، اگر سرعت و جهت چرخش مورد توجه باشد، کانال های A و B و اگر تعداد چرخش نیز نیاز به سنجش داشته باشیم به هر سه کانال A و B و Z نیاز می باشد. البته در حال حاضر کمپانی های بزرگ که در زمینه تولید انکودر به صورت تخصصی فعالیت دارند، هر 6 کانال را روی انکودر های خود قرار می دهند تا خریدار در صورت نیاز هر کدام از کانال ها را به انتخاب خود مورد استفاده قرار دهد.
5. تا این مرحله تمامی سوالات و پاسخ آن ها وابسته به اطلاعات الکتریکی و سیگنالینگ انکودر ها بود. از این به بعد سوالات صرفا معطوف به بخش فیزیکی و ابعادی می شود. در اولین قدم باید مشخص گردد انکودر باید به صورت شفت دار (Solid Shaft) باشد و یا هالو شفت (Hallow Shaft) . در مدل شفت دار انکودر مشابه یک موتور الکتریکی می باشد که از آن شفت خارج گردیده و نحوه اتصال آن به بخش مورد سنجش از طریق کوپلینگ (Coupling) و رابط های اتصال فلنچی (Coupling Bell) میسر می گردد. معمولا سایز قطر انکودر های شفت دار از 4 الی 15 سانتیمتر طراحی و ارائه می گردد. در مدل بدون شفت، شفت پشت موتور داخل انکودر شده و از طریق کوپلینگی که روی انکودر می باشد به شفت موتور متصل می گردد. معمولا سایز قطر انکودر های بدون شفت از 6 الی 70 سانتیمتر برای مدل های با بلبرینگ طراحی و ارائه می گردد.
انتخاب سایز شفت هر دو مدل هم مستقیم به قطر شفت موتور بستگی دارد. بهتر است سایز شفت موتور و انکودر یکسان باشد. دلیل این انتخاب یکی بودن نسبت تبدیل و گشتاور راه اندازی یکسان می باشد. فقط یک موضوع در مورد انکودر های هالو شفت باقی می ماند که به تازگی شرکت های مطرح دنیا دست به ابتکار جدیدی زده اند و آن طراحی انکودر های بدون بلبرینگ (Bearing-Less) می باشد. انکودر های بدون بلبرینگ دارای دو بخش مجزا می باشند. بخش سنسور (Sensor) که بخش ثابت می باشد و بخش گردنده (Tap) که به صورت جداگانه نصب و ارائه می گردد. این مدل موقعی مورد استفاده قرار می گیرد که شفت های بسیار بزرگی همچون توربین های بادی نیاز به سنجش موقعیت (Position) داشته باشند.
6. از جمله مواردی که باید گوشه چشمی داشت، نوع خروجی انکودر می باشد. انکودر به صورت کابلی می باشد یا کانکتوری؟ و اگر کابلی می باشد متراژ کابل آن چند متری می باشد و یا اگر کانکتوری می باشد چند پین است؟
7. و اما آخرین فاکتوری که باید به آن توجه ویژه ای نمود، محل نصب انکودر می باشد. متاسفانه خیلی از فروشندگان این توضیح را برای خریداران توضیح نمی دهند و این امر دچار خرابی انکودر بعد از تهیه می باشد. در آخرین مرحله بعد از اینکه به پاسخ تمامی سوالات بالا دست یافتید باید محل نصب انکودر را مشخص نمایید. شرایط محیطی منوط به دمای کاری، درجه حفاظت (IP)، میزان گشتاور و سرعت وارد شده به انکودر، صنعت مورد نظر و … می باشد. اجازه بدهید این مورد را به صورت مثالی توضیح دهیم. اگر صنعت شما شرایط مناسبی دارد انکودر مناسب برای شما مدل های صنعتی (Industry Encoder) می باشد. این شرایط در صنایعی همچون آسانسور، خطوط تولید کاغذ و مقوا، تولید شیشه، کارخانجات کابل و سیم، موکت سازی و … دیده می شود. اما اگر محیط دارای شرایط نامناسب می باشد ( مثلا دمای بالا 70 درجه سانتی گراد، یا مواجه پاشش آب و مایعات، یا وجود گرد و غبار ، یا عملکرد در زیر آب با عمق بالا IP69K) شما دیگر امکان استفاده از انکودر های معمولی را ندارید و باید از مدل های سخت کار (Heavy Duty Encoder) استفاده نمایید. صنایعی همچون نساجی، فولاد و ذوب آهن، سیمان، نفت و گاز و پتروشیمی و … جز محیط های سخت کار می باشد.
پس اگر بخواهیم تمامی سوالات را در یک نگاه جمع بندی نماییم :
در انتها امیدواریم که از مقاله چگونه یک انکودر را انتخاب کنیم؟ تواننسته باشید اطلاعات لازم را کسب نموده باشید. همچنین این مورد اشاره می شود و در حال حاضر بیشمار انکودر طراحی و ساخته می شود. این شرکت قابلیت معادل سازی تمامی انکودر ها و طراحی و ارائه برای مشتریان عزیز می باشد. در صورت لزوم از تماس با ما دریغ نفرمایید.
مهندس پدرام