Выбор энкодера: поиск подходящего варианта

Кайл Коинер, специалист по автоматизации, Motion

Энкодеры представляют собой разнообразную категорию продуктов, используемую в приложениях, требующих обратной связи по положению и/или скорости. Большинство приложений могут быть удовлетворены несколькими ключевыми критериями выбора, такими как диапазон измерения, разрешение и требования к монтажу.

Для более сложных задач доступно множество специальных технологий кодирования. Если для вашего дизайнерского проекта требуется кодировщик, вам нужно будет выбрать тот, который соответствует вашим конкретным потребностям. Вот несколько ключевых моментов, которые следует учитывать, чтобы обеспечить правильный выбор кодировщика.

Инкрементальная или абсолютная обратная связь — это первый критерий, на который следует обратить внимание при выборе поворотного энкодера. Инкрементные энкодеры выдают импульсный сигнал при изменении своего положения, что приводит к быстрой и точной обратной связи. Абсолютные энкодеры используются для создания уникального сигнала положения, который описывает конкретное местоположение системы в пределах ее диапазона движения.

Для систем, где необходима только обратная связь по скорости, инкрементные энкодеры являются простым выбором, поскольку они дешевле, имеют более широкий выбор конструкций и их проще реализовать. Когда необходима обратная связь по положению, требуется более глубокий взгляд на плюсы и минусы инкрементных и абсолютных технологий.

Существует пять ключевых особенностей, отличающих инкрементные и абсолютные технологии, которые необходимо учитывать, включая диапазон, разрешение, калибровку, доступность и взаимозаменяемость, а также стоимость.

Диапазон: Инкрементальные энкодеры могут измерять практически бесконечные диапазоны перемещения, поскольку они подают импульсы при фиксированном изменении положения; максимальное количество импульсов определяется не энкодером, а контроллером, выполняющим подсчет. Абсолютные энкодеры имеют фиксированный выходной диапазон; при превышении они «переходят» на начало нового уровня сигнала. Однооборотные энкодеры обновляют свои выходные данные при каждом обороте, а многооборотные энкодеры сохраняют счетчик оборотов и включают эти данные в дополнение к однооборотным данным. Некоторым абсолютным энкодерам требуется батарея для хранения этих многооборотных данных из-за потери питания. Однако варианты без батареи полагаются на многоступенчатые наборы шестерен, каждый из которых имеет свои собственные дорожки обратной связи для сохранения многооборотных данных.

Разрешение: Инкрементальные энкодеры выпускаются с различными вариантами импульсов на оборот (PPR), причем распространенные варианты варьируются от одного PPR (грубое разрешение) до более 16 000 импульсов на оборот (высокое разрешение). Одним из наиболее распространенных PPR, используемых в промышленных приложениях, является квадратурный энкодер на 1024 имп/об (10 бит) (что означает две дорожки импульсов, A и B), что дает приблизительную точность +/- 0,1 градуса. Абсолютные энкодеры обычно имеют разрешение за один оборот выше, чем у инкрементных энкодеров. Обычное разрешение находится в диапазоне 13+ бит, часто до 20 или 24 бит. Это дает возможность измерять изменения положения менее чем на 0,0001 градуса.

Калибровка: Инкрементные энкодеры могут выдавать только импульсы, поэтому подключенный контроллер должен интерпретировать, где находится система в пределах диапазона движения. Система, использующая инкрементальный энкодер, должна иметь какой-либо метод возврата в исходное положение или калибровки, при котором система будет перемещаться в известное местоположение, прежде чем она сможет «обнулить» свои данные о положении и продолжить нормальную работу. Эта процедура может быть неприемлемо длинной для систем с большим диапазоном движения в сочетании с замедленным движением (например, большая спутниковая антенна, доставка которой домой может занять несколько часов). Абсолютные энкодеры будут выдавать уникальный сигнал в любом месте диапазона движения системы. Этот сигнал по-прежнему необходимо будет использовать в механическом месте; однако обычно это делается только один раз при построении системы или позже, если некоторые механизмы заменяются и необходима новая калибровка.

Доступность и взаимозаменяемость: Инкрементные энкодеры являются наиболее распространенным типом энкодеров, встречающихся на промышленном рынке, с большим выбором брендов и огромным разнообразием форм, размеров и стилей монтажа. Если конкретная марка или модель становится недоступной, их обычно легко заменить на другую. Инкрементные энкодеры со специальными экологическими классами также легче найти, чем абсолютные энкодеры с аналогичными характеристиками. Абсолютные энкодеры, как правило, узкоспециализированы и предназначены для конкретных приложений. Можно выбрать множество комбинаций типов сигналов, протоколов связи, однооборотных и многооборотных разрешений. Поставщики часто имеют ограниченный набор пар для выбора, что делает невозможным поиск взаимозаменяющих устройств без существенного реинжиниринга со стороны системного интегратора.