انکودر

انکودر (encoder) و انواع آن چیست؟

انکودر قطعه ای بسیار کاربردی و مهم در صنعت می باشد که در دسته سنسور های فیدبک قرار می گیرد.encoder به معنی کد گذار می باشد که مختصات صفحه گردان یا خطی خود را کدگذاری کرده و آن را به صورت الکتریکی به کنترلر مربوطه ارسال می نماید. انکودر در صنایع مختلف برای گرفتن فیدبک موقعیت از محیط است و با استفاده از آن می توان یک سیستم حلقه بسته ایجاد کرد.

انکودر تجهیزی برای تشخیص پارامترهای حرکتی مانند زاویه چرخش، سرعت، مسافت، جهت و موقعیت است که در ماشین‌آلات و تجهیزات صنعتی روی موتور یا عملگر چرخشی نصب می‌شود. انکودر در خانواده‌ سنسورها قرار می‌گیرد، زیرا حرکت مکانیکی (چرخشی یا خطی) را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل کرده و فیدبکِ پارامترهای حرکتی (سرعت، مسافت، جهت و …) را به واحد کنترل‌کننده مانند PLC می‌فرستند. PLC‌‌، بعد از بررسی فیدبک‌ها، فرمان‌های لازم را به عملگرها ارسال می‌کند.

امروزه تشخیص و کنترل دقیق حرکت به‌خصوص در سرعت‌های بالا، حائز اهمیت است. بسیاری از تولیدات، وابسته به اندازه‌گیریِ دقیقِ جهت حرکت، موقعیت شی، مقدار جابه‌جایی، سرعت حرکت، شمارش تعداد آن‌ها و غیره هستند، که تشخیص این موارد، توسط انسان کاری بسیار سخت و زمانبر یا غیرممکن است. بنابراین از بین هزاران سنسوری که در صنعت وجود دارد، انکودرها روانه بازار شدند تا بتوانند، زاویه چرخش، فاصله جابه‌جایی، سرعت چرخش و هر آنچه مربوط به حرکت‌ (motion) است را تشخیص دهند.

برای درک بهتر بگذارید یک مثال بزنم، فرض کنید کانوایر یا نوار نقاله‌ای داریم که باید با سرعت بسیار زیاد، ۲۰ سانتی‌متر حرکت کند تا جسمی را از نقطه A به نقطه B ببرد. در نقطه B، جسم توسط ربات برداشته شده و در محل دیگری قرار داده می‌شود. نکته اینجاست، حرکت کانوایر دقیقا باید ۲۰ سانتی‌متر باشد، نه یک سانتی‌متر کمتر و نه یک‌ سانتی متر بیشتر. اگر ۱۹ سانتی‌متر یا ۲۱ سانتی‌متر حرکت کند، جسم به‌درستی در مقابل ربات قرار نمی‌گیرد و ربات قادر به برداشتن جسم نخواهد بود. بنابراین دقت حرکت کانوایر بسیار مهم است. 

پس به یک سنسور انکودر نیازمندیم تا بتواند در سرعت‌های زیاد با دقت بالا، پارامترهای حرکتی را تشخیص دهد و به PLC ارسال کند. سپس PLC فرمان توقف را به الکتروموتورِ کانوایر صادر کند. در این مثال، یک انکودر به موتور نوار نقاله متصل می‌شود و سرعت حرکت و موقعیت الکتروموتور را به PLC گزارش می‌‌کند

ساختمان داخلی انکودر

انکودر در ساختمان خود دارای قسمت‌های مختلفی است که با دقت بسیار بالایی، پارامترهای حرکتی را تشخیص می‌دهند. این اجزا عبارتند از:

۱- بدنه

۲- منبع نور

۳- دیسک کدگذاری شده

۴- فوتودیتکتور یا آشکارساز

۵- برد الکترونیکی

۶- شفت

کاربردهای انکودر

انکودر در صنایعی که موتورها، پمپ‌ها و توربین‌ها حضور دارند، استفاده می‌شود:

۱- صنعت نفت و گاز 

۲- نیروگاه برق

۳- دستگاه اندازه‌گیری و بُرش

۴- رباتیک

۵- صنایع پزشکی

۶- جرثقیل

انواع سنسور انکودر:

۱- از نظر نوع حرکت و ساختمان

۲- از نظر نوع تکنولوژی ساخت

۳- از نظر نوع سیگنال خروجی

انکودرها از نظر نوع تکنولوژی ساخت:

• نوری
• مکانیکی
• مغناطیسی
• خازنی

انکودرها از نظر نوع سیگنال خروجی:

انکودر افزایشی (incremental)

عملکرد این نوع بیشتر به وسیله نور و در بعضی مغناطیس انجام میشود به این صورت که درون انکودر نوری افزایشی یک صفحه دوار قرار دارد که بر روی آن صفحه سوراخ های زیاد وجود دارد. هر بار که صفحه حرکت میکند و سوراخ ها از مقابل منبع نور عبور میکنند، نور از سوراخ عبور کرده و به سنسور گیرنده نور برخورد میکند. در نتیجه متوجه میشود که حرکت انجام شده است. با هر بار عبور نور از سوراخ اصطلاحا یک پالس می اندازد.

دقت انکودر نوری افزایشی به تعداد سوراخ های آن وابسته است به این صورت که هر چه تعداد این سوراخ ها بیشتر باشند، دقت انکودر نیز بیشتر است.

انکودر مطلق (Absolute) 

طرز کار انکودر چرخشی مطلق به این صورت است که درون آن یک صفحه دوار قرار دارد که این صفحه متشکل از چندین قسمت. به هر یک از این لاین ها که از مرکز دایره شروع شده و تا محیط آن ادامه دارد، یک نور می تابد و متناظر با آن سنسور ها آن ها را دریافت می کنند. تعداد این خط ها بیت انکودر را مشخص می کند.

نکته: در انکودر مطلق به تعداد بیت ها سیم وجود دارد.

انکودر های مطلق به خاطر ساختار خود با هر دور چرخش شفت موقعیت خود را صفر می کنند

با توجه به نوع ساختار، انکودر ابسولوت (انکودر مطلق) در مقایسه با افزایشی از دقت بیشتری برخوردار است

انکودرها از نظر نوع حرکت و ساختمان:

انکودری که چرخش را تشخیص می‌دهد، انکودر دوار و انکودری که جابه‌جایی خطی را تشخیص می‌دهد انکودر خطی نامیده می‌شود

از آنجایی که انکودر دوار یا چرخشی در صنعت رایج‌تر است. منظور افراد از انکودر، همان انکودر دوار است

انکودر دوار (Rotary Encoder)

انکودر دوار به دو دسته ی شفت دار و هالو شفت تقسیم می شوند که خروجی آنها می تواند به شکلهای سوکتی و کابلی در بازار یافت شود.

طریقه کارکرد انکودر دوار (Rotary Encoder)
این نوع انکودرها به صورت الکترومکانیکی که موقعیت و زاویه ی یک شافت را به یک کد آنالوگ و دیجیتال تبدیل می کند این نوع اینکودرها از یک جفت فرستنده و گیرنده به یک دیسک مدرج به صورت سیاه و سفید یا صفر و یک استفاده میشود. که این صفحه اغلب به صورت شیشه ای یا آینه ای می باشد.(که یکی از دلایل صدمه دیدن این نوع صفحه به علت ضربات ناگهانی وارد شده به انکدر ترک های بسیار زیادی بر روی این نوع صفحه ایجاد می شود که باعث اختلال در خروجی می شود.

انکودر کالسکه

انکودر چرخ دار کالسکه ساختاری است که اجازه می دهد که از انکودر چرخشی برای حرکات خطی استفاده کنیم.

کاربرد انکودر کالسکه در صنایعی مانند صنایع کاشی سازی است که مثلا هر به ازای هر یک متر، قرار است سنگ برش بخورد. باید به این نکته توجه کرد که دقت انکودر کالسکه ای بر خلاف انکودر افزایشی، بر اساس پالس نیست بلکه بر اساس میلی متر، سانتی متر و یا متر است. مثلا انکودر کالسکه ای با دقت یک میلیمتر، به ازای هر یک میلیمتری که طی میشود یک پالس می اندازد.

سوالی که احتمالا در ذهنتان به وجود آمده این است که چه زمان هایی از انکودر کالسکه و چه زمانی از انکودر خطی (خط کش) استفاده کنیم؟ پاسخ این است که همانطور که گفته شد، خط کش ها برای طول کورس های کوتاه و دقت های بالا استفاده می شود اما انکودر کالسکه برای حرکت های کم دقت تر و بیشتر برای برش ورقه استفاده می شود.

انکودر خطی

• انکودر خطی (خط کش دیجیتال)

عملکرد انکودر خطی که به آن خط کش پالسی یا خط کش دیجیتالی نیز گفته میشود کاملا مشابه با انکودر چرخشی است با این تفاوت که صفحه به کار رفته در آن به جای اینکه گرد باشد به صورت یک خط مستقیم است. در این نوع encoder، دقت اندازه گیری را فاصله بین حفره تعیین میکند. به عنوان مثال اگر فاصله بین سوراخ ها 0.1 میلیمتر باشد، دقت این انکودر هم برابر با 0.1 میلیمتر است، یعنی با هر 0.1 میلیمتر حرکت، انکودر یک پالس را ثبت میکند.

• خط کش اهمی (مقاومت متغیر)

ساختار خط کش اهمی مانند رئوستا است. در واقع خط کش اهمی یک نوع مقاومت متغیر است که مقدار حرکت را از طریق اندازه گیری تغییرات مقدار مقاومت محاسبه میکند به این صورت که وقتی سیم متغیر جابجا شده و به جلو یا عقب میرود، مقاومت سیم پیچ تغییر میکند و از طریق این تغییرات میتوان طول حرکت را اندازه گیری کرد. مثلا اگر به مقدار 5 اهم تغییر در مقدار مقاومت داشته باشیم، این به معنی این است که به میزان 10 سانتی متر جابجا شده ایم. به علت ساده بودن ساختار، این خط کش اهمی به لحاظ قیمت، ارزان تر از انکودر خطی است.

• خط کش آنالوگ مغناطیسی

خط کش آنالوگ مغناطیسی در واقع  یک میله است که به چندین قطعه تقسیم شده که هر قطعه قطب N یا S آهنربا است. در روبروی این میله، یک میله مغناطیسی دیگر نیز در حال حرکت است. با حرکت میله دوم بر روی میله اول، وقتی قطب های همنام در مقابل هم قرار گیرند، به دلیل خاصیت مغاناطیسی، میله ها یکدیگر را دفع میکنند و وقتی قطب های غیرهمنام روبروی هم قرار بگیرند میله ها یکدیگر را جذب میکنند. بر اساس تعداد دفع و جذب های انجام شده مقدار حرکت اندازه گیری میشود.

این نوع خط کش کاربردهای متنوعی دارد. مثلا در یک دستگاه تزریق پلاستیک که قرار است کاور موبایل تولید کند، دستگاه تزریق باید با دقت خیلی زیاد و در حد صدم میلیمتر حرکت کند زیرا اگر دستگاه یک مقدار بیشتر جلو برود، کاور موبایل تولیدی ضخیم شده و برای موبایل تنگ میشود و اگر هم کمتر از مقدار تعیین شده حرکت کند، کاور نازک تر شده و برای موبایل گشاد میشود بنابراین به دقت بسیار بالایی نایز است تا اندازه ها دقیقا به مقدار تعیین شده در بیایند، خط کش مغناطیسی این مقدار را اندازه میگیرد و آن را گزارش میدهد.

پلاک‌خوانی انکودر و مشخصات آن

E40: قطر انکودر ۴۰ میلی‌متر

S: دارای شفت (اگر H باشد، انکودر بدون شفت یا هالو شفت است)

هالو شفت: بیانگر انکودرهایی است که شفت ندارند (شکل ۲۰)

۶: قطر شفت ۶ میلی‌متر

برای کوپل شدن شفتِ انکودر به شفت الکتروموتور، حتما باید قطر شفتِ انکودر را در نظر بگیریم.

۶۰۰: بیانگر رزولوشن: ۶۰۰ پالس در هر دور (۶۰۰PPR)

۳: تعداد کانال های خروجی: A، B و Z

N: نوع مدار خروجی انکودر (NPN Open-collector output)

۲۴: منبع تغذیه ۱۲ تا ۲۴ ولت DC

هنگام انتخاب انکودرها، حتما باید به مشخصاتِ روی پلاک آن دقت کرده و انکودری مناسبِ پروژه انتخاب کنیم.

جهت انتخاب یک انکودر به چه نکاتی باید توجه کرد؟

1- درجه حفاظت یا همان ip (ip54، ip60 ،ip65 ، ip67)
2- قابلیت تنظیم درجه پالس از 90 تا 180 درجه
3- تحمل رنج دام جهت کارکرد در محیط های مختلف از °40- تا °100
4- دقت در سرعت بالای چرخش (rpm)
5- استاندارهای اروپایی و امریکایی از قبیل (ul,vde,CE,CSA)
6- ویبریشن پروف (VIBRATION PROOF) یا شوکهای الکتریکی درمحیط

*گروه نیروصنعت با تجربه غنی در تولید انواع تابلو برق و استفاده از بهترین تجهیزات برق صنعتی می‌تواند در «آموزش و تهیه تابلو برق های صنعتی و تجهیزات» به شما کمک کند.