Enkoder inkrementalny czy absolutny?
Niemal każdy projektant układów automatyki prędzej, czy później staje przed dylematem jaki enkoder zastosować – inkrementalny, czy może absolutny? Jakie są zalety obu rozwiązań? Co się wiąże z wyborem każdego z nich? Jak wygląda ich dostępność? Na te i inne pytania postaramy się odpowiedzieć w poniższym tekście.
Co to jest enkoder?
Na początek trzeba sobie odpowiedzieć na pytanie: co to jest enkoder? Otóż jest to przetwornik wielkości fizycznej (przemieszczenia liniowego lub kątowego) na sygnał elektryczny. Enkodery różnią się między sobą budową i zasadą działania. Różne są też kryteria podziału.
Jak działa enkoder inkrementalny
Enkoder inkrementalny to przetwornik przetwornik obrotowo-impulsowy, którego działanie opiera się na generowaniu impulsów elektrycznych w ilości proporcjonalnej do kąta obrotu wału. Liczba impulsów na pełen obrót wału to rozdzielczość enkodera. Układy pomiarowe z wykorzystaniem enkodera inkrementalnego charakteryzują się tym, że wymagają bazowania po włączeniu zasilania. Bazowanie to inaczej ustawienie punktu zerowego (referencyjnego). Enkodery inkrementalne wykorzystywane są również do pomiaru prędkości obrotowej. Odbywa się to poprzez pomiar częstotliwości generowanych impulsów. Enkoder inkrementalny to najpopularniejszy rodzaj enkodera stosowany w automatyce. Jeden z najczęściej spotykanych standardów to obudowa 58mm i kołnierz typu flange lub servo jak w I58 – I58S. Najczęściej spotykane obwody wyjściowe to:
- Push Pull (standard HTL 10-30V)
- Line Driver (standard TTL 5V)
- Sin/cos (standard 1Vpp)
Jak działa enkoder absolutny
Enkoder absolutny działa na zasadzie przetwarzania kąta obrotu na informację w postaci cyfrowej. W odróżnieniu od enkodera inkrementalnego nie są to jednak impulsy w ilości proporcjonalnej do kąta obrotu. Każda pozycja wału enkodera posiada swoją unikalną wartość zapisaną w kodzie binarnym. Enkoder absolutne mogą pracować w zakresie 0-360° – tzw. enkodery absolutne jednoobrotowe, lub więcej – tzw. enkodery absolutne wieloobrotowe. Najważniejszą zaletą enkoderów absolutnych jest to, że układ nie wymaga bazowania, ponieważ po włączeniu zasilania na wyjściu od razu wystawiana jest informacja o pozycji kątowej. Ze względu na zasadę działanie enkoder absolutny określany jest również jako przetwornik kąta. Informacja o pozycji kątowej podawana jest na wyjście równolegle, szeregowo lub za pomocą jednego w wielu dostępnych interfejsów sieciowych stosowanych w przemyśle:
- Profibus (np. AM58, AMC58),
- Profinet (np. HS58PT, EM58PT),
- CANopen (np. HS58FB),
- DeviceNet (np. HSC58FB),
- Ethernet/IP (np. HS58EP),
- Powerlink (np. EM58PL),
- EtherCAT (np. EM58EC),
- Modbus RTU/TCP (np. EM58MB, EM58MT)
Fot. Enkoder absolutny Profibus Lika AMC58.
Enkoder absolutny z wyjściem analogowym
Oddzielną grupę enkoderów absolutnych stanowią enkodery z wyjściem analogowym. Enkoder taki posiada wbudowany przetwornik cyfrowo-analogowy, który przetwarza cyfrową informację o pozycji na sygnał analogowy. Na wyjściu uzyskiwany jest wtedy sygnał w jednym z poniższych standardów:
- wyjście napięciowe (0-5V, 0-10V, ±5V, ±10V)
- wyjście prądowa (4-20mA, 0-20mA, 0-24mA)
Podobnie jak w przypadku enkoderów z wyjściem cyfrowym, tu również wyróżniamy enkodery jednoobrotowe oraz wieloobrotowe. Dużą zaletą enkoderów z wyjściem analogowym jest możliwość ustawienia zakresu pomiarowego. Odbywa się to za pomocą dedykowanego interfejsu jak w enkoderze EM58PA lub za pomocą przycisków umieszczonych na obudowie enkodera, jak w modelu EM58TA firmy Lika.
Enkodery programowalne
Od kilku lat coraz większą popularność wśród klientów zdobywają enkodery programowalne. Szczególnie dotyczy to popularnych enkoderów inkrementalnych, w których istnieje możliwość ustawienia rozdzielczości enkodera (ilości impulsów na jeden pełny obrót wału), kierunku zliczania, długości impulsu zerowego (dodatkowy impuls generowany 1 raz / obrót), a także miejsca jego występowania.
Enkodery programowalne to doskonałe rozwiązanie dla dystrybutorów, ponieważ są w stanie zaproponować rozwiązanie “od ręki”, ale przede wszystkim dla klientów, ponieważ pozwala uniknąć kosztownych przestojów produkcyjnych. W większości zakładów zachowanie ciągłości produkcji ma, obok jakości i bezpieczeństwa, najwyższy priorytet.
Enkodery do trudnych warunków
Pytanie o rodzaj enkodera postawione w tytule to jedno, ale co w sytuacji, gdy potrzebne jest rozwiązanie do trudnych warunków, jakie niejednokrotnie występują w przemyśle? Pył i wilgoć nie są sprzymierzeńcami elektroniki – to jest jasne dla każdego. Okazuje się, że z pomocą przychodzą sami producenci projektując specjalne enkodery w szczelnych obudowach. Wielu z nich oferuje enkodery w pyłoszczelnych obudowach odpornych na zachlapania o stopniu ochrony IP65. Wiodący producenci potrafią zaoferować enkodery o stopniu ochrony IP68, które mogą pracować przy ciągłym zanurzeniu, a nawet IP69K (np. SMAB firmy Lika), które są odporne na działanie wysokiego ciśnienia i temperatury.
Fot. Enkoder absolutny do pracy trudnym środowisku Lika SMAB.
Jaki enkoder dobrać
Jak widać dobierając enkoder trzeba wziąć pod uwagę kilka czynników. Przede wszystkim trzeba sobie odpowiedzieć na pytanie jaki tryb pomiaru nas interesuje. Czy po włączeniu zasilania możemy sobie pozwolić na poświęcenie kilku chwil na bazowanie układu, czy ze względu na wygodę, albo ze względów technologicznych, jest to niedopuszczalne? W jakich warunkach będzie pracował enkoder? Będzie miał lekkie życie jak w laboratorium, czy czeka go codzienna harówa w pyle i wilgoci? Do tego dochodzą jeszcze kwestie takie jak budowa samego enkodera, ponieważ zwykle do wyboru mamy urządzenia o różnych gabarytach, z różnymi kołnierzami i uchwytami do montażu, z wałem litym lub drążonym. W razie wątpliwości najlepiej skonsultować się ze specjalistą.
Tomasz Haliniak
Eldar, wyłączny dystrybutor Lika Electronic w Polsce
