Porozmawiaj z nami
Czat udostępnia Firmao.pl CRM

PARTNERZY

NEWSY / BLOG POZNAJ MITSUBISHI ELECTRIC ODDZIAŁ POLSKA

Korporacja Mitsubishi Electric, posiadająca 90 lat doświadczenia w zakresie dostarczania niezawodnych, wysokiej jakości innowacyjnych produktów w dziedzinie automatyki przemysłowej, produkcji, marketingu i sprzedaży urządzeń elektrycznych i elektronicznych. Programowalne sterowniki PLC, rozwiązania napędowe, roboty przemysłowe, panele dotykowe, wycinarki laserowe i sterownie CNC firmy Mitsubishi Electric zaliczają się do produktów najwydajniejszych na rynku i gwarantują sukcesy firmy już od ponad 30 lat.

KATALOG PRODUKTÓW POZNAJ FINDER

Od 1954 Finder pracował wyłącznie w zakresie przekaźników i timerów. Nasz wysoki stopień specjalizacji zaowocował ponad 10.000 różnych produktów w jednej z najszerszych dostępnych ofert. Firma szeroko się rozwija i inwestuje w przyszłość uzupełniając gamę swojego asortymentu. Prócz przekaźników oferuje rozwiązania przemysłu elektrycznego do zastosowań domowych jak i komercyjnych poprzez przekaźniki, urządzenia przeciwprzepięciowe, termostaty panelowe, zasilacze i liczniki energii. Gama asortymentu obejmuje ponad 12 tysięcy produktów.

KATALOG ONLINE POZNAJ JOHNSON CONTROLS

Firma Johnson Controls to światowy lider w zakresie zróżnicowanych technologii i przemysłu świadczący usługi dla klientów w ponad 150 krajach. 120 000 pracowników tworzy wysokiej jakości produkty, usługi i rozwiązania umożliwiające optymalizację wydajności energetycznej oraz obsługowej budynków. Johnson Control prężnie działa również w branży motoryzacyjnej, a w ofercie firmy można odnaleźć różne rodzaje akumulatorów oraz opracowane systemy wnętrz samochodowych.

BLOG WAGO POZNAJ WAGO

WAGO. jest producentem urządzeń automatyki przemysłowej i budynkowej oraz systemów połączeń dla elektrotechniki i elektroniki. Powstanie w 1951 roku firmy WAGO było wyrazem przekonania o słuszności obranego kierunku i stworzyło podwaliny pod dalszy rozwój technologii. Z czasem stała się ona standardem na całym świecie i teraz nie sposób wyobrazić sobie nowoczesnej instalacji elektrycznej czy systemu automatycznego sterowania bez wyrobów WAGO.

KATALOG ONLINE POZNAJ PANASONIC

Panasonic Electric Works Europe zajmuje się produkcją oraz dystrybucją komponentów automatyki, takich jak: czujniki przemysłowe, sterowniki programowalne, napędy przemysłowe i systemy znakowania laserowego. W ścisłej kooperacji z europejskimi klientami, oferują rozwiązania dla różnych obszarów biznesu, takich jak przemysł motoryzacyjny, pojazdy elektryczne, automatyzacja procesów technologicznych oraz budynków, odnawialnych źródeł energii czy zarządzania środowiskowego.

SKLEP I ZAMÓWIENIA POZNAJ EATON

Eaton Electric jest producentem najwyższej jakości automatyki przemysłowej, aparatury sygnalizacyjnej, łączeniowej, zabezpieczającej i instalacyjnej oraz systemów rozdziału energii niskiego napięcia. Międzynarodowe nagrody oraz certyfikaty są dowodem, iż produkty Eaton Electric odpowiadają najnowszym standardom bezpieczeństwa i wymaganiom jakości. Wszystkie nasze wyroby gwarantują długoletnie działanie.

PRODUKTY POZNAJ PEPPERL+FUCHS

Automatyzacja to nasz świat. Perfekcyjne rozwiązania - nasz cel.

Obecnie firma Pepperl+Fuchs jest znana klientom na całym świecie jako przedsiębiorstwo pionierskie i innowacyjne w dziedzinach takich, jak ochrona przeciwwybuchowa instalacji elektrycznych czy technologie czujników. Zawsze koncentrujemy się na wymaganiach klientów. Pasja, z jaką poświęcamy się automatyce, oraz przełomowe technologie, jakimi dysponujemy, pozwalają nam owocnie współpracować z klientami — tak dziś, jak i w przyszłości.

MENU PROFIL

Do Projektu iAutomatyka dołączyli:

Wszystko, co musisz wiedzieć o enkoderach inkrementalnych

5116 wyświetleń, autor: Piotr Gwiazdowski • iAutomatyka.pl.

O enkoderach napisano już wiele, gdyż spośród wszystkich urządzeń automatyki przemysłowej zasługują one na szczególną uwagę i ciągle mogą nas zaskoczyć coraz to nowszymi zastosowaniami. Stanowią one niezbędne elementy większości naszych maszyn, urządzeń czy linii produkcyjnych. Niemal wszyscy mamy z nimi styczność, nie tylko w naszym życiu zawodowym automatyków, ale również w codziennym wykorzystywaniu najnowszych zdobyczy techniki. Dzisiaj postaramy się przybliżyć Wam wiedzę o tych urządzeniach.

Spis treści

    1. Czym są enkodery?
    2. Podział enkoderów
    3. Enkodery obrotowe inkrementalne
      • Budowa i zasada działania enkodera inkrementalnego
    4. Optyczny czy magnetyczny?
    5. Rodzaje i właściwości sygnałów wyjściowych
      • Sygnał wyjściowy TTL
      • Sygnał wyjściowy HTL
      • Sygnał wyjściowy Open Collector
      • Sygnał wyjściowy SinCos
    6. Jakość sygnału wyjściowego – na co zwrócić uwagę?
      • Częstotliwość sygnału wyjściowego – rozdzielczość enkodera i prędkość obrotowa
      • Wykorzystujmy kanały zanegowane enkodera
      • Przewody
    7. Rodzaje obudów i sposoby montażu
      • Enkodery z wałkiem
      • Enkodery z otworem
    8. Wykorzystanie enkodera inkrementalnego w praktyce
      • Pomiar prędkości
      • Pomiar drogi i enkodery z kołami pomiarowymi
    9. Enkodery programowalne
    10. Podsumowanie

Czym są enkodery?

Enkodery to właściwie czujniki kontroli ruchu. Umożliwiają określanie precyzyjnej pozycji elementów maszyny, kąta obrotu, prędkości, przyspieszenia, kierunku ruchu, jak również pomiar odległości. Ale to nie wszystko. Co raz częściej enkoder to nie tylko przetwornik obrotowy, ale też element układu automatyki, który przesyła szereg informacji serwisowych i diagnostycznych określających żywotność naszej maszyny. Wykorzystanie funkcjonalności enkodera pozwala na zaoszczędzenie naszego czasu i pieniędzy.

Bez względu na to, na jakie typy, czy rodzaje podzielimy czujniki kontroli ruchu i do czego będziemy je wykorzystywać, to zawsze enkodery będą nam służyć przede wszystkim do konwersji ruchu mechanicznego na sygnał elektryczny. Niezależnie czy to będzie ruch liniowy czy obrotowy. Słowo ruch już samo w sobie niesie dynamikę i przemieszczenie. Przemieszczenie wiąże się z pomiarem drogi, kierunku ruchu czy kąta obrotu. Dzięki temu, że enkodery przetwarzają przesunięcie i pozycję kątową na sygnał elektryczny, możliwe jest uzyskanie informacji o liczbie obrotów wykonanych przez dany element, a także o przebytej drodze w ruchu postępowym. Tylko kontrolując ruch można go zoptymalizować.

Podział enkoderów

Enkodery dzielić można na bardzo wiele sposobów. Jednym z kryterium może być sama specyfika sygnału wyjściowego. W tym przypadku należy rozróżnić enkodery inkrementalne i absolutne. Innym przykładem rozróżnienia enkoderów jest typ ruchu, który podlega konwersji na sygnał elektryczny. I tutaj możemy dokonać podziału na enkodery liniowe i obrotowe.

Enkodery obrotowe inkrementalne

Od czasów kiedy James Watt wynalazł maszynę parową, a ludzkość wkroczyła na ścieżkę pierwszej rewolucji przemysłowej, kontrola i optymalizacja ruchu stała się jednym z priorytetów ówczesnych inżynierów. Jednak dopiero rozwój elektroniki i systemów teleinformatycznych pozwolił na ewolucję czujników kontroli ruchu.

Firma Sick-Stegmann już w roku 1971 wprowadziła na rynek obrotowy enkoder inkrementalny. To rozwiązanie w prosty sposób pozwoliło kontrolować ruch obrotowy pierwszych układów napędowych. Sam enkoder inkrementalny to generator impulsów elektrycznych prostokątnych lub sinusoidalnych, które są ściśle powiązane z ruchem obrotowym napędu, do którego zamontowany jest enkoder.

Budowa i zasada działania enkodera inkrementalnego

Enkoder inkrementalny składa się z kilku podstawowych elementów. Od strony mechanicznej to wałek z zamontowaną tarczą kodową, dwa łożyska oddalone od siebie na maksymalną odległość, układ skanujący i układ elektroniczny, który formuje sygnał wyjściowy.

Bardzo istotnym elementem w enkoderach optycznych jest tarcza kodowa. SICK jako pierwszy wprowadził do czujników kontroli ruchu F-technogię opartą na niklowej tarczy kodowej. Takie rozwiązanie spotkamy w enkoderach np. DFS60 czy AFS60 lub AFM60. Metalowa tarcza kodowa jest idealnym rozwiązaniem w aplikacjach, gdzie występują wstrząsy czy wibracje. Enkodery z F-technologią mają zdecydowanie dłuższą żywotność, jak również są odporne na wszelkiego typu niekontrolowane uderzenia w porównaniu z ich odpowiednikami z tarczami kodowymi ze szkła czy plastiku.

Poza tym metalowa tarcza kodowa gwarantuje zdecydowanie większą powtarzalność pomiaru. Inkrementy naniesione na tarcze kodową to nic innego jak wycięte laserowo przestrzenie w metalowej tarczy, przez które przechodzi światło nadajnika. Ilość naniesionych inkrementów definiuje nam parametr rozdzielczości enkodera. Jeszcze kilkanaście lat temu tarcze enkoderów były szklane z napylonymi inkrementami. Szkło ze względu na swoje właściwości po pewnym czasie matowieje, co w znaczny sposób zmniejsza powtarzalność pomiaru.

Bardzo ważnym elementem są łożyska a konkretnie ich rozstaw. W enkoderach z rodzin DFS60, czy AFM60 rozstaw łożysk jest maksymalny. Dzięki temu istnieje możliwość pracy przy większych siłach naprężających na wałek urządzenia.

Układ skanujący składa się ze:

  • źródła światła,
  • soczewki kierującej promień świetlny, który pada na tarczę kodową z naniesionymi inkrementami,
  • maski, która umieszczona jest za tarczą i służy do uformowania z promienia światła przepuszczonego przez jeden inkrement dwóch promieni ale przesuniętych względem siebie,
  • elementu światłoczułego, który wychwytuje promienie światła.

Dzięki zastosowaniu maski z pojedynczego promienia formowane są dwa podstawowe kanały A i B sygnału wyjściowego enkodera przesunięte w fazie o 90° elektryczne. Wykorzystując jednocześnie kanały A i B mamy możliwość identyfikacji kierunku obrotu wałka. Sterownik porównuje, który sygnał zgłasza się jako pierwszy. Jeżeli kanał A to enkoder obraca się zgodnie ze wskazówkami zegara, jeżeli pierwszym jest kanał B to oznacza, że został zmieniony kierunek obrotu na przeciwny względem wskazówek zegara. Dodatkowo maska formuje trzeci kanał enkodera – kanał Z, który generowany jest tylko jeden raz przy pełnym obrocie tarczy kodowej. Dodatkowy kanał służy do bazowania lub synchronizacji układu ruchu naszej maszyny czy urządzenia.

Fotoelement umieszczony na końcu układu skanującego zamienia przepuszczone przez maskę i tarczę kodową promienie światła na impulsy elektryczne – w tym przypadku na impulsy prostokątne.

Enkodery z wyjściem sinusoidalnym zamiast optycznej tarczy kodowej wykorzystują między innymi czujniki Halla. Każdy sygnał sinusoidalny można poddać interpolacji i zamienić na sygnał prostokątny. Taką zależność wykorzystuje się w enkoderach magnetycznych.

Bardzo istotną kwestią jest to, że enkoder inkrementalny generuje impulsy tylko wtedy, gdy podłączony jest do zasilania i tylko w momencie ruchu. Nie posiada funkcjonalności zapamiętania swojej pozycji. W przypadku pomiaru drogi czy przemieszczenia w momencie wyłączenia zasilania i po ponownym jego załączeniu zawsze należy dokonać bazowania układu. W przypadku pomiaru prędkości ten aspekt nie jest już taki istotny.

Oczywiście obecny stan technologii i konwersji sygnałów pozwala na eliminację wielu elementów układów skanujących przedstawionych powyżej. Na dzień dzisiejszy ciężko znaleźć typowe inkrementy na tarczy kodowej, czy czujnik Halla w rozumieniu podręcznika od techniki cyfrowej. Obecnie podstawowym elementem każdego enkodera jest płytka drukowana z układem scalonym, który w zależności od potrzeb dzisiaj jest enkoderem inkrementalnym, a jutro może być absolutnym. Ale główna idea zasady działania pozostała.

Optyczny czy magnetyczny?

Jeżeli już wiemy, że mamy enkodery optyczne i magnetyczne powstają pytania – które wybrać i które są lepsze. Na tak postawione pytania nie ma prawidłowej odpowiedzi. Natomiast z praktyki instalatora na pewno można stwierdzić kilka faktów:

  • Enkoder optyczny będzie podawał bardziej stabilne wyniki pomiaru niż model magnetyczny. Szczególnie przy wyższych rozdzielczościach. Czyli, jeżeli ktoś nie lubi jak mu ostatnia cyfra skacze na wyświetlaczu, czy w sterowniku, mimo że napęd jest zablokowany, powinien zdecydowanie wybrać wersję optyczną.
  • Jeżeli mamy do czynienia z silnikami, czy falownikami dużej mocy, lub istnieje niebezpieczeństwo, że przewód enkodera będzie rozłożony blisko przewodów zasilających napędu – to powinniśmy wybrać wersję optyczną. Zdecydowanie lepiej radzą sobie te wersje z kompatybilnością elektromagnetyczną i wyładowaniami elektromagnetycznymi.
  • Wersje enkoderów magnetycznych posiadają mniej elementów ruchomych w wewnętrznej konstrukcji, co może polepszyć stabilność pomiaru przy aplikacjach, w których występują wibracje, ale nie jest to jednak podstawowa reguła. Natomiast należy zwrócić uwagę w takich przypadkach jeszcze na kwestię wytrzymałości łożysk. Enkoder optyczny z dodatkowym blokiem łożysk może być pewniejszym rozwiązaniem i mimo wszystko bardziej wytrzymałym mechanicznie.
  • Enkodery magnetyczne lepiej sprawdzą się w aplikacjach gdzie występuje zapylenie, które może dostać się do wewnątrz obudowy enkodera.

Rodzaje i właściwości sygnałów wyjściowych

Tak jak już zostało powiedziane enkoder służy do zamiany ruchu obrotowego lub postępowego na sygnały elektryczne. Niezależnie od tego jaki typ skanowania obierzemy – optyczny czy magnetyczny, wyróżniamy cztery główne rodzaje interfejsów wyjściowych enkoderów inkrementalnych:

  • TTL,
  • HTL,
  • Open Collector,
  • SinCos.

Typ sygnału wyjściowego determinuje nam sterownik, rejestrator, czy licznik, którym dysponujemy i do którego chcemy podłączyć enkoder.

Sygnał wyjściowy TTL

TTL (Transistor-Transistor-Logic) to najstarsze rozwiązanie, które powstało wraz z techniką cyfrową, a w sumie z potrzeby obsługi układów scalonych i późniejszych mikroprocesorów. Cały czas, mimo upływu czasu, interfejs ten w wielu systemach jest popularny. Główną właściwością sygnału TTL są specyficzne poziomy napięć odpowiadającym stanom logicznym generowanego sygnału prostokątnego.

Niski stan logiczny „0” określany jest jako poziom napięcia wyjściowego ≤ 0,5 V DC.

Wysoki stan logiczny „1” mieści się w zakresie napięcia 2,5 V… 5 V DC. Czasami można spotkać definicję zakresu 3,2 V … 5 V DC. Nie zmienia to faktu, że w sygnale TTL nie uzyskamy napięcia na wyjściu wyższego niż 5 V DC, natomiast wszystko pomiędzy 0,5 a 2,5 V DC traktowane jest jako stan nieokreślony. W przypadku sygnału TTL często można znaleźć w kartach katalogowych określenie Line driver, nadajnik linii, czy RS422. Wiąże się to z tym, że poziomy logiczne w RS422 i sygnału TTL są takie same.

Wyróżniamy sygnał TTL z zasilaniem 5 V DC oraz sygnał TTL z zasilaniem 10-30 V DC. Różnią się między sobą praktycznie tylko właściwościami wynikającymi z różnicy napięć zasilania.

Jeżeli mamy aplikację, w której musimy rozłożyć przewód enkodera na długości nawet kilkuset metrów możemy śmiało wykorzystać do tego celu sygnał wyjściowy TTL, ale z zasilaniem powyżej 10 V DC. Przy napięciu zasilającym 5 V długości przewodów muszą być znacznie krótsze i należy pamiętać o wykorzystaniu kanałów zanegowanych, jakości przewodu i uziemieniu obudowy enkodera.

Sygnał wyjściowy HTL

HTL, zwany również Push-Pull to najbardziej popularny i najczęściej stosowany interfejs wyjściowy w enkoderach inkrementalnych. W sygnale HTL napięcie w stanie wysokim „ciągnięte” jest do poziomu napięcia zasilającego, a w stanie niskim „pchane” do poziomu 0 V. Stąd nazwa Push-Pull. Oczywiście w praktyce jest nieco inaczej. Enkoder jak każde urządzenie elektroniczne ma skłonności do generowania spadków napięć na swoich podzespołach, co skutkuje wytwarzaniem ciepła. Wiąże się to również z tym, że w stanie wysokim sygnału wyjściowego, poziom napięcia będzie pomniejszony o około 2 do 4 V DC względem napięcia zasilającego. Natomiast w stanie niskim nigdy nie osiągniemy 0 V, a jedynie będziemy w granicach ok. 0,5 do 1,5 V.

Interfejs HTL lepiej się sprawdzi w przypadku gdy mamy problemy z kompatybilnością elektromagnetyczną. Tam gdzie pracujemy z napędami i falownikami dużej mocy i istnieje potrzeba montażu enkodera inkrementalnego warto zastosować sygnał wyjściowy HTL.

Sygnał wyjściowy Open Collector

Często spotykany w maszynach z Azji. Jest to bardzo prosty, a zarazem tani interfejs, ale z wieloma ograniczeniami. Wyróżniamy dwa główne typy interfejsu Open Collector. W zależności jaki typ tranzystora zastosowano w układzie mamy OC NPN lub PNP.

Sterownik z wejściem OC NPN zlicza praktycznie tylko niskie stany logiczne które są bliskie 0 V DC. Wszystko powyżej jest traktowane jak stan wysokiej impedancji. W przypadku wersji OC PNP sterownik zlicza tylko wysokie stany logiczne.

Do prostych aplikacji, gdzie nie jest wymagana duża częstotliwość sygnału wyjściowego możemy zastosować OC. Natomiast ze względu chociażby na kompatybilność elektromagnetyczną i zapewnienie większej powtarzalności pomiaru warto zastosować interfejs HTL, który z powodzenie może zastąpić OC.

Sygnał wyjściowy SinCos

W większości przypadków SinCos stosowany jest w aplikacjach bezpieczeństwa, czy tam gdzie wymagana jest kontrola prędkości bezpiecznej, a urządzenie powinno spełniać normy bezpieczeństwa związane z ochroną zdrowia i życia ludzkiego.

Sygnał SinCos w przeciwieństwie do sygnału prostokątnego jest cały czas definiowalny i nie posiada stanu przejściowego. Tak więc posiadamy pełną diagnostykę tego typu sygnału. Najprostszą metodą sprawdzenia poprawności i pewności przebiegu sygnału SinCos jest sprawdzenie zależności „jedynki trygonometrycznej” sin²α + cos²α = 1. Jeżeli zależność jest spełniona mamy pewność, że sygnał jest prawidłowy. Właściwość ta jest wykorzystywana w sterownikach bezpieczeństwa.

Sygnały Sin i Cos zawsze występują ze swoimi negacjami Sin+ i Sin- oraz Cos+ i Cos-.

Na wejściu każdego PLC/rejestratora znajduje się wzmacniacz różnicowy, który dokonuje interferencji, zróżnicowania Sin+ i Sin- oraz Cos+ i Cos-. Tym samym amplituda sygnałów wyjściowych wynosi 1 Vpp.

W enkoderach bezpieczeństwa DFS60S mamy 1024 okresów SinCos na jeden obrót, co w pełni pozwala na kontrolę prędkości bezpiecznej zgodnie z obowiązującymi przepisami bezpieczeństwa.

Jakość sygnału wyjściowego – na co zwrócić uwagę?

Częstotliwość sygnału wyjściowego – rozdzielczość enkodera i prędkość obrotowa

Enkoder to nie tylko urządzenie mechaniczne ale również w dużej mierze elektroniczne. Enkoder inkrementalny DFS60A może wygenerować sygnał wyjściowy z częstotliwością nawet 820 kHz. Stąd wielkie wyzwanie w zakresie transmisji tego sygnału z enkodera do sterownika. Częstotliwość sygnału wyjściowego zależy od rozdzielczości enkodera i prędkości obrotowej napędu, na którym został zamontowany enkoder. Im większa rozdzielczość i im większa prędkość obrotowa tym większa częstotliwość sygnału wyjściowego. Przed doborem enkodera inkrementalnego zawsze musimy posiadać informację o maksymalnej prędkości naszego układu. Dopiero na podstawie tej informacji należy dobrać rozdzielczość enkodera.

Z pomocą przyjdzie nam wykres zależności rozdzielczości do prędkości obrotowej. Analizę prędkości obrotowej można znaleźć w kartach katalogowych każdego enkodera.

https://www.sick.com/pl/pl/enkoder/enkodery-inkrementalne/c/g244396

Z powyższej zależności jasno wynika, że dla standardowego silnika synchronicznego, który ma maksymalną prędkość obrotową 3000 obr/min możemy zastosować enkoder inkrementalny z rozdzielczością około 16 000 impulsów na obrót. Przy większych rozdzielczościach enkoder nie zdąży uformować impulsów prostokątnych i pomiar będzie bezużyteczny.

Mówiąc o częstotliwości sygnału wyjściowego enkodera należy wziąć pod uwagę również jaką częstotliwość sygnału impulsowego może obsłużyć nasze wejście sterownika, czy licznika. Jeżeli posiadamy wejście 100 kHz  licznika, to musimy dobrać enkoder z odpowiednio mniejszą rozdzielczością, oczywiście w zależności od prędkości obrotowej. Tak więc zanim stwierdzimy, że enkoder błędnie liczy – sprawdźmy czy nasz układ pomiarowy przystosowany jest do danej prędkości obrotowej.

Wykorzystujmy kanały zanegowane enkodera

Każdy enkoder z rodziny DFS60 posiada sześć kanałów. Kanały podstawowe A, B i Z, o których była mowa w rozdziale „budowa i zasada działania enkodera inkrementalnego”, jak również ich zanegowane wersje.

Starajmy się zawsze posiadać i wykorzystywać układy sterowania, karty licznikowe, które mają możliwość podłączenia również kanałów zanegowanych enkodera.

W przypadku, gdy nastąpi odkształcenie przebiegu sygnału w kanale podstawowym czyli A, B czy Z, w kanale zanegowanym zostanie uformowany sygnał o odwrotnej wartości. Natomiast na wejściu sterownika zawsze znajduje się układ wzmacniacza różnicowego, który dokonuje interferencji sygnału podstawowego i jego zanegowanego odpowiednika. Tym samym na wyjściu układu różnicowego będzie już nieodkształcony sygnał, który zostaje podany na układ rejestrujący.

Tak wygląda teoria, a jak wyglądają odkształcone sygnały na oscyloskopie? Poniżej przedstawione są nieco przerysowane, odkształcone sygnały A – kolor żółty, ~A – kolor zielony, B – kolor niebieski i ~B – kolor różowy. Jeżeli dokonamy lustrzanego odbicia kanałów zanegowanych i nałożymy na kanały podstawowe uzyskamy czyste prostokąty.

Pamiętajmy, aby w razie możliwości korzystać z możliwości podłączenia wszystkich sześciu kanałów enkodera, gdyż mamy szansę na niwelację wpływu oddziaływań elektromagnetycznych, które odkształcają sygnał wyjściowy.

Przewody

Przewody to elementy, na których nie wolno oszczędzać. Każdy kanał sygnału wyjściowego musi być przesyłany w skrętce razem ze swoim zanegowanym odpowiednikiem. Poza tym przewód musi być ekranowany. Średnica żył dla sygnału wyjściowego powinna wynosić co najmniej 0,15 mm², natomiast żyły od zasilania powinny posiadać średnicę co najmniej 0,5 mm².

Ważne jest ułożenie przewodu, a konkretnie jego minimalne odsunięcie od przewodów energetycznych i zasilających układ napędowy. Zaleca się, aby przewód enkodera był położony w odległości nie mniejszej niż 0,5 m od przewodów zasilających napędy i falowniki. Należy pamiętać, aby zawsze obudowa enkodera była uziemiona. Do tego należy wykorzystać ekran w przewodzie podłączeniowym.

W przypadku przewodu zadajemy sobie bardzo często pytanie jaką maksymalną długość możemy zastosować. Długość przewodu zależy od wielu czynników takich jak: częstotliwość wyjściowa sygnału, napięcie zasilania, temperatura, pojemność i/lub przewodność przewodów, jak również rodzaj interfejsu wyjściowego, typ przewodu – skrętka parowana itd.

Możemy pokusić się o wyliczenia strat mocy na przewodzie i w ten sposób próbować oszacować jego długość.

Natomiast w praktyce i tak przeważnie bazujemy na własnym doświadczeniu z poprzednich aplikacji. Poniżej przedstawiona jest tabelka, w której zestawiono sugerowane maksymalne długości przewodów w zależności od zastosowanego interfejsu wyjściowego.

Ciekawego rozwiązania dostarczają enkodery inkrementalne DFS60 i absolutne AFS60/AFM60. Oprócz tego, że wyprowadzenie przewodu jest uniwersalne, tzn. możemy wyprowadzić przewód osiowo i kątowo, to do tego przewód możemy w każdym momencie odłączyć. Jest to rewelacyjne rozwiązanie, gdy istnieje potrzeba wymiany enkodera, a przewód poprowadzony jest w peszlu albo w korytku kablowym. W takich sytuacjach nie musimy demontować całego przewodu i odłączać go z szafy sterowniczej, wystarczy go odłączyć i przepiąć do nowego enkodera. W razie potrzeby istnieje możliwość wymiany przewodu na dłuższy, lub na wersję z zarobionym konektorem. Bardzo uniwersalne rozwiązanie, które wielokrotnie może zaoszczędzić pieniądze i czas montażu.

Rodzaje obudów i sposoby montażu

Ze względu na połączenia mechaniczne można dokonać kolejnego podziału enkoderów. Wyróżniamy enkodery z wałkiem, które są sprzęgnięte z wałem napędu za pomocą np. sprzęgła, oraz enkodery z otworem, które mogą być zamontowane bezpośrednio na wale silnika.

Enkodery z wałkiem

Enkoder z wałkiem musi być zamontowany sztywno i nie może drgać podczas pracy. Do tego celu należy zastosować szereg dostępnych adapterów montażowych i wsporników.

Aby połączyć enkoder z wałkiem z wałem napędu potrzebne jest sprzęgło. Występuje kilka typów sprzęgieł w zależności. Różnią się między sobą właściwościami mechanicznymi i dostępną maksymalną prędkością obrotową.

Dosyć interesującą wersją jest sprzęgło dyskowe. Pomiędzy pierścieniami montażowymi znajduje się plastikowy dysk, który izoluje galwanicznie wałek enkodera od zaindukowanych prądów wirowych/błądzących na wale napędu. Jest to bardzo istotne, gdyż zaindukowane prądy poprzez wałek enkodera przechodzą na łożysko. Powoduje to wydzielanie się ciepła wewnątrz łożyska podczas ruchu obrotowego, co prowadzi do pęknięcia koszyka, w którym znajdują się kulki i uszkodzenie całego elementu. Tak więc uszkodzenie łożyska nie zawsze należy wiązać z nieprawidłowym montażem, a warto wziąć również pod uwagę różne aspekty elektrostatyczne.

Montaż enkodera z wałkiem wymaga wysokiej precyzji. Idealną sytuacją jest taka, aby nie występowała mimoosiowość i aby wałek enkodera był na jednej linii z wałem silnika. W praktyce jest to bardzo trudne do wykonania. Natomiast nie możemy liczyć na to, że sprzęgło zniweluje nam różnice w montażu wałków. Każda odchyłka od osi montażu nawet o 0,1 mm już przy prędkości 3000 obr./min. może spowodować uszkodzenie sprzęgła – szczególnie jeżeli chodzi o wersje dyskowe, mieszkowe czy segmentowe. Ciekawym rozwiązaniem pod tym względem jest sprzęgło polimerowe, które pozwala na montaż z nieosiowością wałka enkodera z wałem napędu nawet do ± 3 mm.

Enkodery z otworem

Enkodery z otworem przelotowym lub nieprzelotowym posiadają wspornik antyrotacyjny. Jest to bardzo wygodne rozwiązanie, które pozwala na zamocowanie bezpośrednio na wale napędu, oszczędzając przy tym ilość miejsca potrzebnego na montaż.

Tego typu konstrukcje mechaniczne mogą podlegać drganiom podczas pracy. W niektórych przypadkach obudowa może nawet przechylać się na boki, ale to jest normalna sytuacja z wykorzystaniem enkoderów ze wspornikiem antyrotacyjny. Natomiast obudowa nie może drgać, ani wykonywać ruchów względem własnej osi, gdyż grozi to uszkodzeniem mechanicznym pierwszego łożyska. Dlatego bardzo istotną kwestią jest, aby zapewnić pewny montaż wspornika antyrotacyjnego, tak aby śruby nie ulegały odkręcaniu się podczas pracy.

Bardzo ważna jest również kolejność dokręcania śrub podczas montażu enkodera z wałkiem. Najpierw należy dokręcić wspornik antyrotacyjny, a dopiero potem przykręcamy pierścień zaciskowy, który zaciska wewnętrzną tuleję montażową na wale napędu. Odwrotna kolejność montażu może spowodować odkształcenie mechaniczne wspornika, a tym samym utratę właściwości mechanicznych i uszkodzenie łożyska enkodera podczas pracy.

Jeżeli jesteśmy już przy enkoderach z otworem warto wspomnieć o ciekawym rozwiązaniu, jakim jest „uniwersalna” średnica otworu. Aby dobrać prawidłowo enkoder z otworem przelotowym, lub nieprzelotowym musimy znać średnicę wałka, na którym zostanie on zamontowany. Wiele razy mamy różne sytuacje montażowe i kilka typów napędów o różnych średnicach wałów. Dlatego w enkoderach inkrementalnych DFS60, jak również absolutnych AFS60, czy AFM60 występują modele z otworem o średnicy 5/8”, w których możemy zredukować  średnicę montażową do 8, 10, 12, 14, czy 15 mm poprzez zastosowanie tulei redukcyjnych.

Wykorzystanie enkodera inkrementalnego w praktyce

Wiemy co to jest enkoder inkrementalny, do czego służy, jak jest zbudowany, w jaki sposób formowany jest sygnał wyjściowy, jak również w jaki sposób należy wykonać prawidłowy montaż mechaniczny i podłączenie elektryczne. Ale co dalej? W jaki sposób możemy dokonać pomiaru parametrów określających ruch i jego kontrolę?

Pomiar prędkości

Weźmy przykład standardowej aplikacji, w której mamy enkoder zamontowany na wale silnika i chcemy dokonać kontroli i pomiaru prędkości obrotowej. Na wyjściu enkodera otrzymujemy spodziewany przebieg prostokątny, o poziomach napięć odpowiadających standardom dobranego interfejsu wyjściowego TTL/HTL czy Open Collector.

Okres pomiędzy zboczami narastającymi kolejnych inkrementów wynosi 360° elektryczne. Ilość sygnałów inkrementalnych na jeden obrót enkodera określa parametr rozdzielczość enkodera. Częstotliwość sygnału wyjściowego f określa ilość impulsów elektrycznych wygenerowanych przez enkoder w ciągu 1 s.

Posiadając wiedzę jaka jest rozdzielczość enkodera możemy wyznaczyć prędkość obrotową.

Przykład:

  • rozdzielczość enkodera – ilość impulsów na obrót – Z = 2048
  • częstotliwość s. wyjściowego – f  = 100 KHz
  • prędkość obrotowa silnika – n = ?

Wychodzi, że prędkość naszego silnika to niecałe 3000 obr/min, a dokładnie 2929 obr/min.

Pomiar drogi i enkodery z kołami pomiarowymi

W tym przypadku do enkodera obrotowego potrzebny jest element wykonawczy np. przekładnia, która zamieni ruch obrotowy na ruch postępowy. Ale najprostszą metodą pomiaru drogi poprzez enkoder obrotowy jest układ enkoder plus koło pomiarowe. Najlepiej z dodatkowym uchwytem sprężynującym.

Dla przykładu weźmiemy aplikację, w której mamy pojemnik, który porusza się po profilach szynowych i chcemy kontrolować jego pozycję i przebytą drogę. Do tego celu korzystamy z enkodera z zamontowanym kołem pomiarowym.

Znając obwód koła pomiarowego i rozdzielczość enkodera możemy już wyznaczyć jaką drogę przebył obiekt, w którym kierunku się porusza i z jaką prędkością. Ale skupmy się tym razem na pomiarze przebytej drogi.

Jeżeli nasze koło pomiarowe ma obwód 200 mm, a rozdzielczość enkodera wynosi 200 impulsów na obrót, to każdy impuls z enkodera będzie odpowiadał 1 mm przesunięciu liniowemu. Zliczając ilość impulsów dokonujemy pomiaru drogi.

Oczywiście istotną wartością jest nasza rozdzielczość liniowa – czyli ile impulsów przypada na dany odcinek drogi. Dla tego samego koła pomiarowego ale dla enkodera z rozdzielczością 1000 impulsów na obrót rozdzielczość liniowa będzie wynosiła 0,2 mm / impuls enkodera. Uzyskamy większą rozdzielczość pomiaru.

Pomiar drogi poprzez wykorzystanie koła pomiarowego wiąże się również z kwestią doboru powierzchni koła odpowiedniego do rodzaju obiektu mierzonego. Inne koło będzie dla aplikacji cięcia arkuszy blachy, a inne dla pomiaru długości tkaniny tekstylnej, czy deski. Jest jedna główna zasada przy doborze powierzchni koła pomiarowego:

  • Miękki materiał pomiarowy – twarda powierzchnia koła pomiarowego.
  • Twardy materiał pomiarowy – miękka powierzchnia koła pomiarowego.

Do pomiaru drogi, czy prędkości z użyciem kół pomiarowych najprostszym rozwiązaniem jest zastosowanie gotowych układów pomiarowych, które wyposażone są w zestawu sprężynujących wsporników, gwarantujących pewny docisk koła do powierzchni mierzonej. Jednym z takich gotowych rozwiązań jest enkoder DBV50E, mała obudowa, prosty montaż i ekonomiczne rozwiązanie do większości aplikacji.

Kolejnym, już bardziej zaawansowanym rozwiązaniem są modele enkoderów DFV60 i DUV60.

Są  to wersje z dwoma wymiennymi kołami pomiarowymi, ze sprężynującym uchwytem montażowym. Poza tym, to co sprawia, że są uniwersalnym rozwiązaniem to możliwość ich programowania.

Enkodery programowalne

Idea enkodera programowalnego jest intuicyjna i prosta. Mamy możliwość zmiany rozdzielczości na dowolną wartość z przedziału od 1 do 65536 impulsów na obrót oraz interfejsu wyjściowego TTL lub HTL. W enkoderach programowalnych DFS60 i DFV60 możemy tego dokonać poprzez zewnętrzny autonomiczny programator z wyświetlaczem PGT-10-Pro, lub poprzez wersję PGT-08-S z możliwością podłączenia do komputera poprzez złącze USB.

Programowalne enkodery inkrementalne stały się już standardem w ramach funkcjonowania działów utrzymania ruchu w zakładach przemysłowych.

  • pozwalają na minimalizację skutków awarii czy przestojów maszyn,
  • umożliwiają szybkie zastąpienie każdego uszkodzonego enkodera,
  • eliminują konieczność trzymania „na zapas” kilku enkoderów o różnej ilości impulsów na obrót i o różnych interfejsach wyjściowych.

Ale to nie wszystko. Enkodery programowalne mają jeszcze kilka ciekawych funkcjonalności, które może nie są często wykorzystywane ale czasami mogą bardzo usprawnić uruchomienie napędu.

Impuls w kanale Z – generowany jest zawsze po pełnym obrocie wałka. Służy przede wszystkim do bazowania – zerowania enkodera, a tym samym całego układu pomiarowo–diagnostycznego naszej  maszyny. W enkoderach programowalnych DFS60 mamy do wyboru tzw. Z-elektryczne – czyli możemy ustawić czas trwania impulsu w kanale Z od 90° do 270° elektryczne. Nie zmienia to faktu, że szczególnie przy dużych prędkościach obrotowych jest to bardzo krótkotrwały impuls. Dlatego w DFS60 mamy nietypową, a zarazem bardzo ciekawą możliwość powiązania czasu trwania impulsu w kanale Z z mechanicznym kątem obrotu wałka. Z-mechaniczne możemy ustawić w zakresie od 1 do 359° mechaniczne – odpowiadające fizycznemu położeniu kątowym wałka. Tym samym zyskujemy dodatkowy kanał, który możemy wykorzystać np. do kontroli położenia prostej krzywki mechanicznej.

Kolejną dodatkową funkcjonalnością enkoderów programowalnych jest szybka zmiana dodatniego kierunku zliczania impulsów poprzez programator. Jeżeli po podłączeniu enkodera do sterownika okaże się, że urządzenie liczy w przeciwnym kierunku niż byśmy oczekiwali, musimy przepiąć, zamienić miejscami połączenie kanału A z B. Aby tego uniknąć w enkoderach programowalnych możemy dokonać tego zdalnie poprzez zestawy programatorów lub poprzez switche.

Absolutnie rewelacyjnie podejście do tematu identyfikacji kierunku obrotu zostało wprowadzone w modelach DUS60 i DUV60. Otóż identyfikacja kierunku podana jest w kanale B poprzez tylko dwa stany logiczne:  stan wysoki – enkoder kręci się zgodnie ze wskazówkami zegara, stan niski oznacza obrót w przeciwną stronę.

Zestawy programowalne to również diagnostyka enkodera. Poprzez programatory mamy możliwość zweryfikowania czy praca enkodera DFS60/DFV60 jest prawidłowa.

Podsumowanie

Jest to pierwsza część z serii artykułów poświęcona tematyce enkoderów. Mamy nadzieję, że wiele przedstawionych informacji będą przydatne w praktyce automatyka i nie tylko. W kolejnej części skupimy się na enkoderach obrotowych absolutnych, które rewelacyjnie pełnią funkcję nie tylko pomiarowe ale również diagnostyczne i serwisowe. Postaramy się przygotować kolejną część w duchu – nie męcz sterownika – skorzystaj z funkcjonalności enkodera.

 

Artykuł powstał we współpracy firmy SICK oraz iAutomatyka.pl

Autorzy:

Dominik Lesiński – SICK
Piotr Gwiazdowski – iAutomatyka.pl

20 listopada 2018 / Kategoria: , , , ,
  • Autor: Piotr Gwiazdowski • iAutomatyka.pl
  • Redaktor w iAutomatyka.pl
    Inżynier automatyki i robotyki, z doświadczeniem jako technik utrzymania ruchu.
    Oprócz automatyki i nowych technologii pasjonuję się pisaniem, co postanowiłem połączyć podejmując pracę w zespole iAutomatyka.
  • Profil Autora

NAJNOWSZE PUBLIKACJE OD UŻYTKOWNIKÓW I FIRM

>KLIKNIJ<

Certyfikat DNV-GL dla systemu XN300 We/Wy – Eaton poszerza swoją ofertę rozwiązań automatyki w przemyśle morskim

Certyfikat DNV-GL dla systemu XN300 We/Wy – Eaton poszerza swoją ofertę rozwiązań automatyki w przemyśle morskim

>KLIKNIJ<

Mały ale WARIAT – nadchodzi nowy sterownik easyE4 od EATON

Mały ale WARIAT – nadchodzi nowy sterownik easyE4 od EATON

>KLIKNIJ<

ROBOT KROKI – Kończymy projekt elektroniki cz.7

ROBOT KROKI – Kończymy projekt elektroniki cz.7

>KLIKNIJ<

LOGO!wanie danych do Excela

LOGO!wanie danych do Excela

>KLIKNIJ<

Amatorski projekt ramienia robota na serwach modelarskich

Amatorski projekt ramienia robota na serwach modelarskich

>KLIKNIJ<

Konkurs iAutomatyka Grudzień 2018

Konkurs iAutomatyka Grudzień 2018

>KLIKNIJ<

Nowości w ofercie Weinteka: moduły analogowe serii iR

Nowości w ofercie Weinteka: moduły analogowe serii iR

>KLIKNIJ<

Zaprogramowaliśmy linie montażowe silników i skrzyń biegów – Sii

Zaprogramowaliśmy linie montażowe silników i skrzyń biegów – Sii

>KLIKNIJ<

Postępowanie w problemach z siecią PROFIBUS z punktu widzenia praktyka

Postępowanie w problemach z siecią PROFIBUS z punktu widzenia praktyka

>KLIKNIJ<

Role systemów bezpieczeństwa w automatyce przemysłowej.

Role systemów bezpieczeństwa w automatyce przemysłowej.

>KLIKNIJ<

Jak produkowana jest woda mineralna? – Fabryki w Polsce

Jak produkowana jest woda mineralna? – Fabryki w Polsce

>KLIKNIJ<

10 porad projektowania schematów elektrycznych

10 porad projektowania schematów elektrycznych

>KLIKNIJ<

Softstarty – działanie i dobór

Softstarty – działanie i dobór

>KLIKNIJ<

Komunikacja pomiędzy PLC i Serwo z wykorzystaniem CANopen

Komunikacja pomiędzy PLC i Serwo z wykorzystaniem CANopen

>KLIKNIJ<

ROBOTY cz.2 – Przykłady wykorzystania

ROBOTY cz.2 – Przykłady wykorzystania

>KLIKNIJ<

Dlaczego od pewnego czasu używam przy uruchomieniach kamery termowizyjnej

Dlaczego od pewnego czasu używam przy uruchomieniach kamery termowizyjnej

>KLIKNIJ<

B&R buduje przyszłość jednolitego standardu komunikacji przemysłowej OPC UA over TSN

B&R buduje przyszłość jednolitego standardu komunikacji przemysłowej OPC UA over TSN

>KLIKNIJ<

Przetworniki ciśnienia. Co i jak?

Przetworniki ciśnienia. Co i jak?

>KLIKNIJ<

Za nami jedno z najważniejszych w Polsce spotkań sektora energetycznego – XI Targi Energetyczne ENERGETICS.

Za nami jedno z najważniejszych w Polsce spotkań sektora energetycznego – XI Targi Energetyczne ENERGETICS.

>KLIKNIJ<

Nowości LAPP na targach SPS IDC Drives 2018

Nowości LAPP na targach SPS IDC Drives 2018





MOŻESZ SIĘ TYM ZAINTERESOWAĆ

  • SCADA z wbudowanym serwerem sieci Web i routerem, bez licencji, bez limitów rejestrów! Brzmi dobrze? A to dopiero początek! Jest to urządzenie umożliwiające zarządzanie zarówno w sieci lokalnej jak i przez Internet z komputera, bądź urządze...
  • ÖLFLEX® CLASSIC 110 – elastyczny przewód sterowniczy do różnych zastosowań, w płaszczu z PVC, aprobata VDE, odporność na oleje, 300/500 V, również do YSLY lub YY CPR: informacje pod adresem www.lapppolska.pl Certyfikat zgodności VDE z...
  • Seria FX-100 Czujniki z serii FX-100 to najlepsze rozwiązanie pod względem stosunku jakości do ceny. Wyposażone są w funkcje szybkiego uczenia, co pozwala użytkownikom w szybki i prosty sposób przystosować czujnik do pracy z nieskomplikowan...
  • W dobie ciągłego dążenia do poprawy jakości oraz zwiększenia efektywności, automatyzacja procesów produkcji staje się często jedyną możliwością uzyskania przewagi nad konkurencją. TARRA ROBOTICS to lata naszych doświadczeń w projektowaniu i...
  • Poniższy poradnik jest zbiorem schematów połączeń elektrycznych. W poradniku zapoznamy się z podstawami wprowadzenia do systemów przekaźnikowych, sekwencji przełączeń przekaźników, porównania systemów przekaźnikowych z systemami tradycyjnym...
  • Przeznaczony do pracy na wolnym powietrzu EMC / ekranowany Zakres zastosowania Budowa instalacji przemysłowychBudowa maszynTechnika grzewcza i klimatyzacyjnaElektrownie Dla przemiennika częstotliwości zasilającego 3 – fazowe silniki A...



KATEGORIE POSTÓW
POLECANE ARTYKUŁY
KOMUNIKATY
Dołącz do nas!
Wydarzenia
Bądź na bieżąco!
POLECANE FIRMY I PRODUKTY

Wszystko stanie się prostsze po zalogowaniu :)

Przypomnij hasło

Nie masz konta? Zarejestruj się

Forgot your password?

Enter your account data and we will send you a link to reset your password.

Your password reset link appears to be invalid or expired.

Close
z

Przetwarzamy pliki... jeszcze chwilka…