Perché ho bisogno di un encoder sul mio motore? Come funzionano gli encoder?

Che cosa è un codificatore?

Durante il funzionamento del motore, il monitoraggio in tempo reale di parametri quali corrente, velocità di rotazione e posizione relativa della direzione circonferenziale dell'albero rotante determina lo stato delmotoredel corpo e dell'attrezzatura trainata e, inoltre, il controllo in tempo reale del motore e delle condizioni operative dell'attrezzatura, realizzando così il servocomando, la regolazione della velocità e molte altre funzioni specifiche.

In questo caso, l'impiego dell'encoder come elemento di misura front-end non solo semplifica notevolmente il sistema di misura, ma lo rende anche preciso, affidabile e potente.

L'encoder è un sensore rotativo che converte la posizione e lo spostamento di parti rotanti in una serie di segnali digitali a impulsi, che vengono raccolti ed elaborati dal sistema di controllo per emettere una serie di comandi volti a regolare e modificare lo stato operativo dell'apparecchiatura. Se l'encoder è abbinato a una barra dentata o a una vite senza fine, può essere utilizzato anche per misurare le grandezze fisiche di posizione e spostamento di parti lineari in movimento.

Classificazione di base dell'encoder

L'encoder è una combinazione meccanica ed elettronica di dispositivi di misura di precisione, per la codifica, la conversione, la comunicazione, la trasmissione e l'archiviazione di dati di segnale.
L'encoder è un dispositivo di misura di precisione che combina componenti meccanici ed elettronici per codificare, convertire, comunicare, trasmettere e memorizzare segnali e dati. In base alle diverse caratteristiche, gli encoder sono classificati come segue: disco di codice e scala di codice: spostamento lineare in segnali elettrici (encoder a scala di codice), spostamento angolare in telecomunicazioni (encoder a disco di codice). - Encoder incrementale: fornisce posizione, angolo e numero di giri, ecc., al numero di impulsi per giro per definire la velocità di separazione. - Encoder assoluto: fornisce informazioni come posizione, angolo e numero di giri in incrementi angolari; a ciascun incremento angolare viene assegnato un codice univoco.
- Encoder assoluti ibridi: gli encoder assoluti ibridi forniscono in uscita due set di informazioni: un set di informazioni viene utilizzato per rilevare la posizione dei poli magnetici, con la funzione di informazione assoluta; l'altro set è esattamente uguale alle informazioni in uscita degli encoder incrementali.

Codificatori comunemente utilizzati permotori

Codificatore incrementale

Utilizzando direttamente il principio di conversione fotoelettrica per emettere tre serie di impulsi a onda quadra A, B e Z. A, B, due serie di impulsi con differenza di fase di 90°, possono determinare facilmente il senso di rotazione; la fase Z genera un impulso per ogni giro, utilizzato per il posizionamento del punto di riferimento. Vantaggi: principio costruttivo semplice, durata meccanica media di decine di migliaia di ore o più, forte capacità anti-interferenza, elevata affidabilità, adatto per la trasmissione a lunga distanza. Svantaggi: impossibile emettere informazioni sulla posizione assoluta della rotazione dell'albero.

Encoder assoluti

Sensore digitale a uscita diretta, disco di codice circolare del sensore lungo la direzione radiale di un numero di canali di codice concentrici, ciascun canale tramite i settori trasparenti e impermeabili alla luce tra la composizione del numero di settori di canale di codice adiacenti è una doppia relazione tra il numero di canali di codice sul disco di codice è il numero di cifre binarie sul numero di canali di codice è il numero di bit del suo disco di codice, nel disco di codice del lato della sorgente luminosa, l'altro lato del corrispondente a ciascun canale di codice è un elemento fotosensibile; quando il disco di codice si trova in una posizione diversa, l'elemento fotosensibile a seconda della luce o meno converte il segnale di livello corrispondente per formare un numero binario. Quando il disco di codice si trova in posizioni diverse, ciascun elemento fotosensibile converte il segnale di livello corrispondente a seconda che sia illuminato o meno per formare un numero binario.

Questo tipo di encoder è caratterizzato dal fatto che non richiede un contatore e che un codice digitale fisso corrispondente alla posizione può essere letto in qualsiasi posizione dell'albero rotante. Ovviamente, maggiore è il canale di codice, maggiore è la risoluzione: per un encoder con risoluzione binaria a N bit, il disco di codice deve avere N canali di codice a barre. Attualmente, esistono encoder assoluti a 16 bit.

Principio di funzionamento dell'encoder

Tramite un centro con l'albero della piastra del codice fotoelettrico, che ha un anello attraverso le linee scure, ci sono dispositivi fotoelettrici trasmettitori e ricevitori da leggere, per ottenere quattro serie di segnali di onda sinusoidale combinati in A, B, C, D, ogni onda sinusoidale con una differenza di fase di 90 gradi (rispetto a un'onda circonferenziale per 360 gradi), l'inversione del segnale C, D, sovrapposta alle due fasi A, B, che possono essere migliorate per stabilizzare il segnale; e l'altro ogni giro per emettere un impulso di fase Z per conto della posizione di riferimento della posizione zero.
Poiché A, B hanno una differenza di fase di 90 gradi, è possibile confrontarla con la fase A nella parte anteriore o con la fase B nella parte anteriore, per distinguere la rotazione positiva e inversa dell'encoder, attraverso l'impulso zero, è possibile ottenere la posizione di riferimento zero dell'encoder.

Il materiale del disco encoder è vetro, metallo, plastica. Il disco in vetro è depositato nel vetro su una linea incisa molto sottile, la sua stabilità termica è buona e l'alta precisione. Il disco metallico passa direttamente attraverso la linea incisa, non è fragile, ma a causa di un certo spessore del metallo, la precisione è limitata e la sua stabilità termica sarà inferiore a quella del vetro di un ordine di grandezza. Il disco in plastica è economico, il suo costo è basso, ma la precisione, la stabilità termica e la durata sono peggiori. I dischi in plastica sono economici, ma la precisione, la stabilità termica e la durata sono peggiori.

Risoluzione: il codificatore fornisce il numero di linee passanti o scure per 360 gradi di rotazione, chiamata risoluzione, nota anche come risoluzione dell'indice o direttamente chiamata numero di linee, in genere 5 ~ 10.000 linee per indice di rivoluzione.

Principi di misurazione della posizione e controllo del feedback

Gli encoder occupano un posto di fondamentale importanza negli ascensori, nelle macchine utensili, nella lavorazione dei materiali, nei sistemi di feedback dei motori e nelle apparecchiature di misura e controllo. Gli encoder utilizzano reticoli ottici e sorgenti di luce infrarossa per convertire i segnali ottici in segnali elettrici TTL (HTL) attraverso un ricevitore, che riflette visivamente l'angolo di rotazione e la posizione del motore analizzando la frequenza del livello TTL e il numero di livelli alti.

Poiché l'angolo e la posizione possono essere misurati con precisione, è possibile creare un sistema di controllo a circuito chiuso con l'encoder e l'inverter per rendere il controllo ancora più preciso, ed è per questo che ascensori, macchine utensili, ecc. possono essere utilizzati con tanta precisione.

Riepilogo

In sintesi, sappiamo che l'encoder si divide in incrementale e assoluto in due tipologie, a seconda della struttura. Anche altri segnali, come quelli ottici, possono essere analizzati e controllati. E viviamo nell'ascensore comune, le macchine utensili si basano semplicemente sulla regolazione precisa del motore, attraverso il feedback del segnale elettrico. Il controllo a circuito chiuso, quindi l'encoder con convertitore di frequenza, è una soluzione ovvia per ottenere un controllo preciso.