Видове енкодери в индустриалната автоматизация

Енкодерите са компонент от системите за индустриална автоматизация, използван за определяне на положението, скоростта и посоката на преместване на моторен вал или друго механично движение. Енкодерите осигуряват нужната информация за прецизен контрол на движението в множество приложения, например позициониране на въртящи се работни маси в машинната обработка, pick-and-place операции, асемблиращи и опаковъчни линии, роботика, автоматизация на производствени процеси и т. н.

Енкодерите (известни още като фоторастерни преобразуватели - ФРП), използвани в индустриалната автоматизация, са специални сензори, които събират информация за позицията в пространството и я изпращат към контролери и други устройства. Независимо от вида, всички енкодери осигуряват метод за разпознаване на ориентацията, която се използва като отправна точка в позиционния контрол. Данните за позицията на обекта се събират посредством оптична, магнитна или капацитивна технология.

Оптични, магнитни и капацитивни енкодери
Оптичните сензори за положение са най-точни сред стандартните типове енкодери, използвани в системите за автоматизация. При избора на оптичен енкодер за дадено приложение е препоръчително да се избере модел със съответната степен на индустриална защита съгласно условията на работната среда – влаго- и прахоустойчивост, устойчивост на високи температури, вибрации и др.

Магнитните енкодери обикновено са по-издръжливи на механични въздействия в сравнение с оптичните преобразуватели. Магнитните сензори за положение се използват предимно в промишлени приложения, свързани с наличието на прах, замърсявания, пара, вибрации, високи температури и други фактори, които биха могли да влошат точността на стандартните оптични енкодери. Недостатък на магнитните енкодери в сравнение с оптичните са по-малката резолюция и точност.

Капацитивните енкодери са сравнително нова технология при фоторастерните преобразуватели в средствата за индустриална автоматизация. Подобно на магнитните енкодери, те се отличават с по-голяма устойчивост на факторите на промишлената среда в сравнение с оптичните преобразуватели, но са с по-ниска резолюция.
Независимо от базовата технология, принципът на работа на енкодерите е един и същ – те преобразуват данните за преместването в електрически импулси.

Видове енкодери според максималното натоварване на вала
Според това каква сила или натоварване могат да бъдат оказани на вала на енкодера, различаваме три типа - light duty, medium duty и heavy duty. Първият тип сензори обикновено могат да понесат до 10 N радиално натоварване на вала. Heavy duty моделите пък издържат на до 100 N радиална сила, оказана върху вала. С нарастването на допустимото натоварване нараства и степента на защита на енкодерите. Light duty сериите типично са с корпуси по стандарта IP40 или IP50 (прахоустойчиви), докато medium duty и heavy duty преобразувателите най-често са с висока степен на защита IP65 (защита от проникване на водни струи).

Ротационни и линейни енкодери
При енкодерите, използвани в индустриалната автоматизация, има две основни геометрии: линеийни и ротационни. Двата типа работят по сходен начин. Както подсказват наименованията им, линейните енкодери измерват линейни премествания (линейна позиция), а ротационните идентифицират въртеливи движения.

Линейните енкодери традиционно се състоят от скала (измервателен еталон с градуировка) и сензорна глава, която отчита разстоянията между деленията на градуировката, за да определи положението. Резолюцията на линейните енкодери се измерва в брой импулси за единица разстояние (импулси на инч – ppi, импулси на милиметър и т. н.). Скалата е с фиксирана резолюция, зададена от деленията, които са нанесени върху еталона и се разчитат от сензорната глава. Линеен енкодер с резолюция 100 импулса на милиметър например може да разчете 100 деления за всеки милиметър преместване.

При ротационните (ъгловите) енкодери резолюцията се измерва в импулси за оборот (ppr). Ротационните преобразуватели обикновено се състоят от вътрешен градуиран диск и сензорна глава, която отчита въртеливото изместване. И ако линейните енкодери са принципно подобни на измервателна линийка, то ротационните по-скоро бихме могли да оприличим на ролетка. Един ротационен енкодер с резолюция 100 ppr ще отчете 100 деления на градуирания диск за всеки оборот.

Абсолютни и инкрементални енкодери
Енкодерите биват още абсолютни и инкрементални. За разлика от абсолютните, инкременталните преобразуватели измерват само относителното движение и позиция на вала. Те не дават информация за точното стартово местоположение в пространството, а само за това колко се е преместил енкодерът, откакто е започнал да измерва. Тази информация се изпраща към контролер под формата на електрически импулси. Импулсните потоци могат да се изпращат едно- или двуканално (по един или два проводника).

Инкременталните енкодери могат да бъдат оприличени на измервателна линийка без цифрови означения. Те измерват самото преместване, но данните от измерването на указват точната позиция след края на движението, освен ако не се измерва от точка с вече известни координати.