Enkodery absolutne

Enkodery absolutne

Enkoder absolutny to urządzenie, które niezawodnie rejestruje pozycję wału, przeliczając ją na jednoznaczną wartość cyfrową. Omówimy, jak ta technologia pozwala na utrzymywanie dokładności pomiaru nawet po zaniku zasilania i jakie typy interfejsów enkoderów absolutnych są kluczowe dla ich wszechstronności zastosowań w mechanice i elektronice.

Enkodery absolutne przekształcają pozycję wału na unikalną wartość cyfrową i mogą rejestrować zarówno pozycję jednoobrotową, jak i wieloobrotową, co jest kluczowe dla wysokiej precyzji i efektywności w zastosowaniach przemysłowych.

Różne dostępne interfejsy komunikacyjne (takie jak SSI, CANopen, PROFINET, EtherCAT) oraz możliwość programowania parametrów odzwierciedlają wszechstronność enkoderów absolutnych i ich zdolność do integracji z szeroką gamą systemów sterowania.

Wysoka rozdzielczość enkoderów absolutnych jest niezbędna w aplikacjach wymagających precyzyjnych pomiarów, takich jak robotyka precyzyjna, medycyna, a także w trudnych warunkach przemysłowych, co podnosi efektywność pracy maszyn i zmniejsza straty.

Zasada działania enkodery absolutne

Główna funkcja enkoderów absolutnych polega na przekształcaniu pozycji wału na unikalną wartość cyfrową. W praktyce oznacza to, że każda pozycja wału enkodera odpowiada konkretnej, unikalnej wartości cyfrowej. Dzięki temu możliwe jest natychmiastowe określenie bezwzględnej pozycji bez potrzeby powracania do punktów odniesienia. Jak to jest możliwe? Kluczem jest skanowanie pozycji tarczy kodowej, które pozwala enkoderom absolutnym zachować informację o aktualnej pozycji nawet po odłączeniu zasilania.

To przekłada się na zdolność dostarczania precyzyjnych pomiarów pozycji w czasie rzeczywistym, co jest niezwykle cenne w wielu dziedzinach przemysłu. Dzięki temu, enkodery absolutne są w stanie łączyć świat mechaniki z elektroniką, umożliwiając precyzyjne sterowanie maszynami i robotami.

Zamiana pozycji na wartość cyfrową

Aby przekształcić pozycję na wartość cyfrową, enkodery absolutne korzystają z wewnętrznego przetwarzania sygnału. W praktyce oznacza to, że generują one wartości cyfrowe odpowiadające określonym pozycjom. Przykładem może być proces z okresu SinCos, gdzie możliwe jest osiągnięcie nawet 16 384 unikalnych wartości kątowych. Dzięki temu, enkodery absolutne potrafią dostarczyć precyzyjnych i szczegółowych informacji o pozycji, które są niezbędne do skutecznego sterowania maszynami.

Ale co to oznacza w praktyce? Wyobraźmy sobie, że mamy do czynienia z robotem przemysłowym, który musi precyzyjnie przemieszczać się po swoim środowisku. Dzięki enkoderom absolutnym, robot jest w stanie “wiedzieć”, gdzie się znajduje w każdym momencie, a to pozwala mu na precyzyjne wykonywanie zadań.

Unikalna wartość dla każdej pozycji

Enkodery absolutne działają na zasadzie przypisania unikalnej wartości cyfrowej każdej pozycji wału. Oznacza to, że nawet niewielkie zmiany w pozycji wału są natychmiast rejestrowane i przekładane na unikalne wartości cyfrowe. Dzięki temu, można dokładnie odczytać absolutną pozycję kątową wału w każdym momencie, a także śledzić aktualną pozycję.

Rodzaje interfejsów enkoderów absolutnych

Enkodery absolutne nie są jednakowe. Mogą różnić się w zależności od zastosowanych interfejsów, które stanowią “język”, za pomocą którego komunikują się z innymi urządzeniami. Interfejsy są kluczowe dla efektywnego działania enkoderów, ponieważ umożliwiają przesyłanie informacji o pozycji do systemu sterowania. Podstawowym interfejsem stosowanym w enkoderach absolutnych jest SSI (szeregowy interfejs synchroniczny), ale są też dostępne inne interfejsy, takie jak analogowe czy Ethernetowe.

Oprócz tych podstawowych interfejsów, na rynku dostępne są także enkodery oferujące różne cyfrowe i Ethernetowe interfejsy, takie jak:

• CANopen,
• SAE J1939,
• PROFINET,
• EtherCAT,
• EtherNet/IP,
• Modbus,
• CC-Link,
• Devicenet,
• Profibus,
• Powerlink,
• Modbus TCP/IP.

Dodatkowo, nowe warianty terminali enkoderowych oferują zintegrowane zasilanie sensorów, które można zaprogramować na 5 V, 12 V lub 24 V, zapewniając kompatybilność z różnymi standardami, takimi jak enkodery RS422 oraz TTL na 5 V i open collector.

Ale jak działają te różne interfejsy? Przyjrzyjmy się bliżej dwóm najpopularniejszym: interfejsowi SSI i analogowym.

Interfejs SSI

Interfejs SSI w enkoderach absolutnych służy do przekazywania słów cyfrowych szeregowo, bit po bicie, synchronizowany za pomocą zegara. To oznacza, że dane są przesyłane jeden bit na raz, co umożliwia skuteczną komunikację z systemem sterowania. Enkodery absolutne, zarówno jednoobrotowe jak i wieloobrotowe, mogą używać interfejsu SSI do przesyłania wartości pozycyjnych jako binarnych danych z prędkością transferu od 0.1 do 2 MBit/s.

Częstotliwość zegara w interfejsie SSI może wynosić do 2 MHz przy krótkich długościach kabla (do 13 m) i minimalnie 80 kHz przy dłuższych (do 750 m). Oprócz przesyłania informacji pozycyjnych, interfejs SSI może współpracować z dodatkowym kanałem SinCos 1Vss, co zwiększa dokładność pomiarów. Ale co z interfejsami analogowymi?

Interfejsy analogowe

W przeciwieństwie do interfejsów cyfrowych, takich jak SSI, interfejsy analogowe w enkoderach absolutnych generują ciągłe sygnały reprezentujące pozycję, które mogą być proporcjonalne do poziomu napięcia lub prądu. Na przykład, enkoder może generować sygnał o wartości:

• 0-10V,
• 0-20mA,
• 4-20mA,
• 0-5V,
• ±5V,
• ±10V,

w zależności od konkretnego modelu enkodera.

W enkoderach absolutnych z interfejsami analogowymi, wbudowany przetwornik cyfrowo-analogowy generuje sygnał w wyżej wymienionych standardach. To oznacza, że enkodery te mogą komunikować się z systemami sterowania za pomocą sygnałów analogowych, co może być przydatne w niektórych aplikacjach. Ale czy wszystkie enkodery absolutne są takie same? Przyjrzyjmy się różnicom między jednoobrotowymi, a wieloobrotowymi enkoderami absolutnymi.

Jednoobrotowe i wieloobrotowe enkodery absolutne

Enkodery absolutne nie są jednakowe. W zależności od konkretnych potrzeb, można wybrać enkodery jednoobrotowe lub wieloobrotowe. Różnica między nimi polega na tym, jak rozpoznają one obroty. Enkodery jednoobrotowe wykorzystują próbkowanie fotoelektryczne do mierzenia pozycji w zakresie 360 stopni, rozpoznające pojedynczy obrót. Z drugiej strony, wieloobrotowe enkodery absolutne mogą zachować informacje o pozycji przez wiele obrotów bez konieczności stosowania baterii czy układu przekładni.

Rozpoznawanie wielu obrotów prowadzi do zwiększenia ogólnej rozdzielczości w enkoderach wieloobrotowych, przy czym mogą one osiągać rozdzielczość do 26 bitów, w porównaniu do maksymalnie 14 bitów w enkoderach jednoobrotowych. Ale co to oznacza w praktyce? Przyjrzyjmy się bliżej jednoobrotowym i wieloobrotowym enkoderom absolutnym.

Enkodery absolutne jednoobrotowe

Enkodery absolutne jednoobrotowe działają na zasadzie pomiaru pozycji w zakresie 360°, gdzie każdej pozycji przypisana jest unikatowa zakodowana wartość. Dlatego są one idealne do zastosowania tam, gdzie wymagany jest pomiar pozycji w ramach jednego obrotu. Przykładowo, mogą one być użyte do monitorowania pozycji obracającej się tarczy czy wału.

Każdej pozycji kątowej w enkoderach jednoobrotowych przypisana jest zakodowana wartość pozycji, która jest unikalna i pozwala na zarejestrowanie pozycji absolutnej. Dzięki temu, enkodery jednoobrotowe są w stanie dostarczyć bardzo precyzyjnych informacji o pozycji, co jest kluczowe dla wielu aplikacji.

Enkodery absolutne wieloobrotowe

W przeciwności do jednoobrotowych, enkodery absolutne wieloobrotowe są zdolne do śledzenia liczby pełnych obrotów, co pozwala na zaawansowane śledzenie pozycji poza pojedynczym obrotem. Dzięki temu, są one w stanie dostarczyć jeszcze bardziej szczegółowe informacje o pozycji, co jest niezbędne w wielu zaawansowanych aplikacjach.

Wieloobrotowe enkodery absolutne mają możliwość rejestracji do 30 Bitów rozdzielczości, składającej się z danych z pojedynczego obrotu do 16 Bitów oraz z zakresu wieloobrotowego do 14 Bitów, co umożliwia bardzo szczegółowe śledzenie pozycji. Dzięki temu, enkodery wieloobrotowe są w stanie monitorować ruch na przestrzeni wielu obrotów, dostarczając bardzo precyzyjnych danych o pozycji.

Programowalna rozdzielczość enkoderów absolutnych

Rozdzielczość jest jednym z najważniejszych parametrów enkodera absolutnego. Określa ona precyzję sygnału wyjściowego i jest kluczowa dla dokładnych pomiarów. Wyższa rozdzielczość oznacza, że enkoder jest w stanie zarejestrować drobniejsze zmiany w pozycji, co przekłada się na większą precyzję pomiarów. Wysoka rozdzielczość enkodera jest wymagana w aplikacjach, gdzie niezbędna jest wysoka precyzja, jak np. w robotyce precyzyjnej czy w medycynie.

Jednak nie wszystkie aplikacje wymagają takiej precyzji. Dlatego enkodery absolutne oferują programowalne rozdzielczości w zakresie od 10 do 16 bitów, pozwalając na dopasowanie dokładności do potrzeb konkretnej aplikacji. Dodatkowo, enkodery absolutne programowalne umożliwiają ustawienie nie tylko rozdzielczości, ale także:

• kierunku zliczania,
• pozycji i długości impulsu zerowego,
• funkcji programowalnej histerezy, która pozwala na precyzyjne dostrojenie wrażliwości na zmiany pozycji lub kierunku.

Niektóre enkodery absolutne wyposażone są nawet w funkcję programowalnej histerezy, która pozwala na precyzyjne dostrojenie wrażliwości na zmiany pozycji lub kierunku.

Dodatkowa ścieżka inkrementalna w enkoderach absolutnych

Niektóre enkodery absolutne idą o krok dalej, oferując dodatkową funkcję analizy sygnałów inkrementalnych. Co to oznacza? W praktyce, poza śledzeniem absolutnej pozycji kątowej, te enkodery są również w stanie jednocześnie mierzyć względną pozycję kątową. To dodatkowa funkcjonalność, która pozwala na jeszcze bardziej zaawansowane monitorowanie pozycji.

Dodatkowa ścieżka inkrementalna w enkoderach absolutnych pozwala na integrację z systemem sterowania w sposób oszczędzający miejsce i redukujący koszty. To oznacza, że enkodery te są w stanie dostarczyć jeszcze więcej wartościowych informacji o pozycji, co przekłada się na większą efektywność i precyzję maszyn.

Zastosowanie enkoderów absolutnych

Enkodery absolutne są niezwykle wszechstronne i mogą być stosowane w wielu różnych aplikacjach. Na przykład, enkodery wieloobrotowe mogą pracować w szerokim zakresie temperatur od -40 do 85°C i są odporne na wibracje oraz wstrząsy, dzięki czemu nadają się do użytku w trudnych warunkach przemysłowych. A to tylko jedno z wielu możliwych zastosowań.

Systemy enkoderowe kompatybilne z ultra-wysoką próżnią (UHV) są przystosowane do pracy w procesach, które wymagają bardzo niskiego ciśnienia resztkowego i gdzie standardowe metody mogłyby być szkodliwe dla produktu końcowego. 

Dodatkowo, terminale enkoderowe z dodatkową ścieżką inkrementalną oferują zintegrowane funkcje wspierające dodatkowe aplikacje, jak funkcja osi obrotowej, pomiar elementów pracy i monitorowanie bezruchu, rozszerzając zakres ich zastosowania.

Ale jak to wygląda w praktyce? Przyjrzyjmy się trzem konkretnym aplikacjom: robotom przemysłowym, maszynom pakującym i systemom transportowym.

Roboty przemysłowe

W robotach przemysłowych, enkodery absolutne są kluczowe dla precyzyjnego pozycjonowania osi. Dzięki nim, roboty są w stanie “wiedzieć”, gdzie się znajdują w każdym momencie, co pozwala im na precyzyjne wykonywanie zadań. Czy to podnoszenie przedmiotów, czy wykonywanie skomplikowanych operacji, enkodery absolutne są kluczem do precyzyjnej i skutecznej pracy robotów przemysłowych.

Dodatkowo, enkodery absolutne pozwalają robotom przemysłowym na zachowanie dokładnych informacji o pozycji nawet po utracie zasilania. To oznacza, że roboty nie muszą “uczyć się” swojej pozycji za każdym razem, gdy są włączane, co przekłada się na większą efektywność i mniejsze zużycie energii, gdy mają już włączone enkodery.

Maszyny pakujące

Enkodery absolutne są również niezwykle przydatne w maszynach pakujących. Dzięki nim, te maszyny są w stanie śledzić położenie różnych komponentów urządzenia, co jest kluczowe dla precyzyjnej pracy maszyny.

Czy to przesuwanie produktów na taśmie, czy precyzyjne umieszczanie produktów w opakowaniach, enkodery absolutne są kluczem do precyzyjnej i skutecznej pracy maszyn pakujących.

Co więcej, enkodery absolutne pozwalają na:

• precyzyjny pomiar położenia mechanicznych części maszyn pakujących, co jest niezbędne do synchronizacji procesów pakowania,
• pracę maszyn pakujących z niezwykłą precyzją,
• większą efektywność i mniejsze straty.

Dzięki temu, maszyny pakujące są w stanie pracować z niezwykłą precyzją, co przekłada się na większą efektywność i mniejsze straty.

Systemy transportowe

Enkodery absolutne są także niezwykle przydatne w systemach transportowych. Dzięki nim, te systemy są w stanie monitorować i zarządzać położeniem elementów transportujących, takich jak taśmy czy rolki. To oznacza, że systemy transportowe są w stanie pracować z większą precyzją, co przekłada się na większą efektywność i mniejsze straty.

Na przykład, w pojazdach AGV, które są częścią większych systemów transportowych, enkodery absolutne są wykorzystywane do precyzyjnej detekcji kąta skrętu, co jest istotne dla ich automatycznego kierowania. Dzięki temu, pojazdy AGV są w stanie precyzyjnie poruszać się po swoim środowisku, co przekłada się na większą efektywność i mniejsze straty.

Wybór odpowiedniego enkodera absolutnego

Wybór odpowiedniego enkodera absolutnego może wydawać się skomplikowany, ale w rzeczywistości wszystko sprowadza się do kilku kluczowych czynników. Przede wszystkim, warto zwrócić uwagę na rozdzielczość enkodera, która określa precyzję sygnału wyjściowego i jest kluczowa dla dokładnych pomiarów.

Inne ważne czynniki to budowa enkodera, w tym gabaryty, typy kołnierzy, metody montażu oraz rodzaj wału, które mają znaczenie dla dostosowania urządzenia do specyfiki aplikacji, dużo zależy też od średnicy wału. Ostatnim, ale nie mniej ważnym czynnikiem jest kompatybilność z istniejącą architekturą systemu. Ale jakie są kryteria wyboru i dostępne warianty enkoderów absolutnych?

Kryteria wyboru

Wybierając enkoder absolutny, istotnym kryterium jest uwzględnienie warunków pracy, takich jak ekspozycja na pył, wilgoć czy ekstremalne temperatury, aby dobrać model z odpowiednim stopniem ochrony, np. IP65 przeciwko pyłowi i bryzgom, IP68 na wypadek ciągłego zanurzenia lub IP69K dla odporności na mycie pod wysokim ciśnieniem i temperaturą.

Budowa enkodera, w tym:

• gabaryty,
• typy kołnierzy,
• metody montażu,
• rodzaj wału,

ma znaczenie dla dostosowania urządzenia do specyfiki aplikacji, dlatego należy te aspekty wziąć pod uwagę podczas doboru enkodera. Enkodery z interfejsem SSI są wykorzystywane ze względu na dwie pary przewodów służące do transmisji danych i sygnału zegarowego, co pozwala na efektywną komunikację z systemami sterowania.

Dostępne warianty enkoderów absolutnych

Enkodery absolutne są dostępne w różnych wariantach, co pozwala na dopasowanie urządzenia do konkretnych potrzeb. Na przykład, enkodery te różnią się pod względem wielkości i kształtu, od małych modeli przydatnych w miejscach o ograniczonej przestrzeni po większe modele przemysłowe.

Enkodery absolutne mogą być zasilane napięciem stałym w różnych zakresach, co pozwala dopasować urządzenie do wymagań konkretnego systemu. Co więcej, oferują one różne interfejsy wyjściowe, takie jak SSI, CANopen czy Profibus, co czyni je kompatybilnymi z wieloma systemami komunikacyjnymi. Niektóre warianty enkoderów absolutnych posiadają dodatkowe funkcje, na przykład możliwość pracy w trudnych warunkach, co zwiększa ich uniwersalność zastosowania.

Enkodery absolutne od Aserto

W dzisiejszych czasach, kiedy precyzja i efektywność są kluczowe dla sukcesu przemysłu, enkodery absolutne odgrywają niezwykle ważną rolę. Dzięki swoim unikalnym zdolnościom, takim jak przekształcanie pozycji na wartość cyfrową czy śledzenie liczby pełnych obrotów, enkodery absolutne są niezbędne w wielu zaawansowanych aplikacjach. 

Bez względu na to, czy mówimy o robotach przemysłowych, maszynach pakujących czy systemach transportowych, enkodery absolutne są kluczem do precyzyjnej i skutecznej pracy. Więc niezależnie od tego, czy jesteś inżynierem, technikiem, czy po prostu entuzjastą technologii, warto znać i doceniać niezwykłe możliwości enkoderów absolutnych.

Oferta Aserto obejmuje szeroki zares enkoderów absolutnych od renomowanych producentów - w razie jakichkolwiek wątpliwości skontaktuj się z naszymi specjalistami.

Najczęściej Zadawane Pytania

Czym jest enkoder absolutny?

Enkoder absolutny to urządzenie, które przekształca pozycję wału na unikalną wartość cyfrową, zapewniając jednoznaczną informację o pozycji. Jest to przydatne narzędzie do precyzyjnego określania pozycji w różnych systemach mechanicznych i elektrycznych.

Jak działają enkodery absolutne?

Enkoder absolutny działa na zasadzie przekształcania pozycji na wartość cyfrową, co pozwala na dokładne określenie pozycji wału.

Jakie są różnice między jednoobrotowymi, a wieloobrotowymi enkoderami absolutnymi?

Wieloobrotowe enkodery absolutne są zdolne do śledzenia liczby pełnych obrotów, co pozwala na zaawansowane śledzenie pozycji poza pojedynczym obrotem, podczas gdy enkodery jednoobrotowe mierzą pozycję w zakresie 360°, rozpoznając pojedynczy obrót.