Pregled kodirnika
Kodirnik je elektromehanska naprava, nameščena na gredi motorja, ki sledi in vrača hitrost in položaj motorja z oddajanjem digitalnih impulzov. Njegovo osnovno načelo delovanja je naslednje: s štetjem impulzov, ki jih ustvari dajalnik, lahko sistem izračuna premik trenutnega položaja motorja glede na zadnji znani položaj in tako preveri, ali je motor natančno dosegel ciljni položaj.
Osnovna struktura kodirnika je sestavljena iz vira svetlobe, diska (kodnega diska) z režami, vgraviranimi vzdolž njegovega roba, in sprejemnika svetlobe. Ko se kodni disk vrti skupaj z gredjo motorja, reže razrežejo neprekinjen statični svetlobni vir v vrsto bliskov. Sprejemnik svetlobe zazna te spremembe med svetlobo in temo in jih pretvori v digitalne kvadratne-impulzne signale, ki se nato pošljejo v glavni krmilnik. Če se ločljivost kodirnika ujema z ločljivostjo korakov motorja, bo kodirnik ustvaril en ustrezen impulz za vsak korak gibanja motorja.
I. Inkrementalni kodirniki
1. Načelo delovanja in izhodni signali
Inkrementalni kodirnik deluje tako, da med gibanjem ustvari vrsto impulzov. Njegov kodni disk ima enakomerno porazdeljene reže. Ko se gred vrti, fiksni fotoelektrični sprejemnik zazna spremembe v prepuščeni svetlobi in oddaja neprekinjeno zaporedje impulzov. Standardni inkrementalni kodirnik običajno zagotavlja dva kvadratna-signala s fazno razliko 90 stopinj (kanal A in kanal B), znana kot "kvadraturni signali". Fazno razmerje med tema dvema signaloma se uporablja za natančno določitev smeri vrtenja.
2. Relativnost informacij o položaju in težava-izgube izklopa
Izhodi inkrementalnega kodirnikarelativni premikinformacija namesto absolutnega položaja. Ko je sistem vklopljen, kodirnik začne šteti in oddajati impulze, zunanji števec ali krmilnik pa zbira te impulze za izračun trenutnega položaja. Ko pa se napajanje prekine, se impulzni izhod ustavi in če zunanje shranjena vrednost števca nima rezervnega napajanja, bo izgubljena. Po ponovni vzpostavitvi napajanja kodirnik ne more samodejno poznati trenutnega položaja gredi in vrednost štetja se bo znova začela od nič.
3. Potreba po domovanju (vrnitev na referenco)
Zaradi zgornjih značilnosti morajo sistemi, ki uporabljajo inkrementalne dajalnike, ob vsakem zagonu ali ponovnem zagonu po izpadu električne energije izvesti operacijo "homing". Ta operacija običajno poganja motor, dokler se ne sproži vnaprej določena fizična referenčna točka, kot je končno stikalo, magnetno stikalo ali indeksni impulz faze Z- na disku kodirnika. Ko je ta točka najdena, sistem ponastavi ali nastavi števec položaja na znano vrednost, ki nato služi kot absolutna referenca za vsa naslednja gibanja.
4. Prednosti, slabosti in aplikacije
Prednosti:Relativno preprosta struktura, nizki stroški in visoka zanesljivost.
Slabosti:Podatki o položaju se po izklopu-izgubijo in so odvisni od operacije navajanja; zmožnost proti-motenju je razmeroma šibka, impulzi šuma pa se lahko pomotoma štejejo v položaj.
rešitev:Pri aplikacijah, ki zahtevajo ohranjanje položaja po izklopu-napajanja, je mogoče uporabiti rezervno baterijo za napajanje števca ali pomnilniške enote.
II. Absolutni kodirniki
1. Osnovno načelo: Edinstveno kodiranje absolutnega položaja
Temeljna značilnost absolutnega kodirnika je, da je vsakemu mehanskemu položaju na njegovi kodni plošči dodeljen aedinstveno digitalno kodo. To običajno dosežemo z izdelavo več koncentričnih kodnih sledi na disku (vsaka steza predstavlja en binarni bit) in uporabo več neodvisnih fotoelektričnih senzorjev. Zato, tudi ko miruje ali je izklopljen, izhodni signal neposredno ustreza absolutnemu kotnemu položaju gredi.
2. Ohranjanje položaja po-izklopu in takojšnja razpoložljivost ob-vklopu
Ker so informacije o položaju enolično določene s fizičnim vzorcem kodnega diska, absolutni kodirnik ne izgubi položaja po-izklopu. Ko je sistem znova vklopljen, lahko krmilnik takoj prebere kodo trenutnega absolutnega položaja, ne da bi izvedel kakršno koli operacijo navajanja, s čimer doseže "vklop-in pripravljen-za-uporabo," kar močno izboljša učinkovitost in varnost zagona.
3. Eno{1}}obratni in več{2}}obratni tipi
En{0}}obratni dajalniki absolutne vrednostizagotavljajo edinstveno vrednost položaja znotraj ene 360-stopinjske rotacije in so primerni za aplikacije, kjer je območje potovanja manjše od enega obrata.
Več{0}}obratni dajalniki absolutne vrednostine zagotavlja le edinstvene vrednosti v enem vrtljaju, temveč tudi beleži število vrtljajev prek notranjega menjalnika ali elektronskega mehanizma za štetje. Zagotavljajo lahko globalni absolutni položaj v več obratih (na primer do 4096 obratov) in so primerni za-aplikacije določanja položaja na dolgih potovanjih.
4. Signali in prednosti
Izhodna koda:Običajno se uporablja siva koda, pri kateri se med sosednjima položajema spreminja le en bit, kar učinkovito preprečuje napake pri branju.
Zmogljivost proti-motenju:Položaj se določi s takojšnjim branjem vzorca kodnega diska, tako da se občasni impulzi električnega šuma ne kopičijo, kar ima za posledico močno odpornost proti šumu.
Visoka varnost in prilagodljivost:Položaj je mogoče preveriti takoj ob-vklopu, s čimer se izognete tveganjem, ki jih povzroči zagon z neznanega položaja; katero koli točko je mogoče uporabiti kot programabilno referenco, zaradi česar je načrtovanje sistema bolj prilagodljivo.
III. Mehanski dajalniki absolutne vrednosti (magnetni tip)
To je nova vrsta rešitve za zaznavanje absolutnega položaja, ki temelji na načelih magnetnega zaznavanja in združuje pomnilnik izklopljenega napajanja z visoko odpornostjo na okolje.
1. Načelo zaznavanja položaja z enim-obratom
Njegovo jedro je sestavljeno iz posebnega kompozitnega magneta, nameščenega na sredini gredi motorja (z bipolarno magnetizacijo v sredini in multipolno magnetizacijo na obrobju) in ustreznih magnetorezivnih senzorjev. Senzor beresmerosrednjega magnetnega polja, da dobi grob absolutni kot (na primer razločen na 180 stopinj), in hkrati zaznafazne spremembeperifernega magnetnega polja visoke-gostote, da dobimo visoko{1}}ločljivo kotno delitev. S kombinacijo obeh je mogoče izračunati natančen absolutni položaj-obrata.
2. Več{1}}načelo zaznavanja položaja
Da bi dosegli več{0}}zaznavanje absolutnega položaja, sistem uvaja natančen zobniški sklop. Glavno gonilo je nameščeno na gredi motorja, sledi pa mu serija reduktorjev s posebnimi zobnimi razmerji. Vsaka prestava je opremljena s svojim magnetom in senzorjem.
Načelo delovanja:Ko se gred motorja vrti, se vsak zobnik vrti z drugačno hitrostjo. Magneti na teh zobnikih ustvarjajo edinstveno kombinacijofazne razlikepovezanih z njihovimi položaji. Sistem zazna fazo magnetnega pretoka vsakega zobnika in lahko z dekodiranjem tega niza faznih razlik enolično določi absolutni mehanski položaj gredi motorja v razponu do nekaj tisoč obratov.
Značilnosti oblikovanja:Število zob zobnikov je posebej zasnovano tako, da se kombinacija fazne razlike ponovi šele, ko je doseženo največje zaznavno število obratov (na primer 1800 obratov), s čimer se zagotovi edinstvenost kode položaja. Zobniki se uporabljajo samo za zaznavanje in ne prenašajo močne obremenitve. Izdelani so iz samo-mazivnih smolnih materialov, ki zagotavljajo dolgo življenjsko dobo.
3. Osnovne prednosti in scenariji uporabe
Brez baterije, trajni pomnilnik:Informacije o položaju so določene s fizičnimi položaji mehanskih zobnikov in magnetnih vzorcev in se nikoli ne izgubijo niti po popolni izgubi moči.
Visoka okoljska toleranca:Brez natančnih optičnih komponent in s popolnoma zaprto zasnovo magnetnega zaznavanja ponuja veliko boljšo odpornost proti prahu, oljni kontaminaciji, kondenzaciji, vibracijam in določenim temperaturnim udarcem kot optični kodirniki.
Ravnovesje med ceno in zanesljivostjo:Čeprav se ločljivost morda ne ujema z vrhunsko-razrednimi optičnimi kodirniki, je njegova robustna struktura, visoka zanesljivost in zasnova-brez baterije-brez vzdrževanja idealna izbira za industrijske aplikacije, ki zahtevajo vzdržljivost, varnost in odpravo vzdrževanja baterije.
IV. Referenca povzetka in izbora
| Funkcija | Inkrementalni kodirnik | Optični absolutni kodirnik | Mehanski (magnetni) dajalnik absolutne vrednosti |
|---|---|---|---|
| Informacije o položaju | Relativni premik | Absolutni položaj je na voljo ob-vklopu | Trajni absolutni položaj (brez baterije) |
| Po-izklopu | Izgubljen položaj, zahtevano vračanje | Položaj ohranjen (odvisno od baterije ali-obstojnega pomnilnika) | Položaj trajno ohranjen, napajanje ni potrebno |
| Odpornost proti hrupu | Povprečje (šumni impulzi so lahko napačno prešteti) | Dobro (položaj se odčita takoj, hrup se ne kopiči) | Dobro |
| Okoljska toleranca | Dobro | Povprečno (občutljivo na prah in kondenzacijo) | Odlično (odporen na olje, vibracije, temperaturne spremembe) |
| Stroški | Nizka | Srednje do visoko | Srednje |
| Tipične aplikacije | Stroškovno-občutljivi sistemi, kjer je samonavajanje sprejemljivo, odprt-krog ali preprost zaprt-krog krmiljenja | Visok{0}}natančni CNC, robotika, čista okolja, ki zahtevajo pripravljenost-na vklop | Zunanja oprema, težki stroji, logistična oprema in težka industrijska okolja ali aplikacije, ki jih skrbi vzdrževanje baterij |
Zaključek
Za koračne motorje z odprto{0}}zanko ali standardne servo sisteme,inkrementalni kodirnikizaradi svoje visoke{0}}stroškovne učinkovitosti ostajajo glavna izbira. V aplikacijah, ki zahtevajo »vklop-in pripravljenost-za-uporabo,« visoko varnost ali zapletene funkcije določanja položaja,absolutni kodirnikiso nepogrešljivi. Med absolutnimi rešitvami jemehanski dajalniki absolutne vrednostiinženirjem nudijo zmogljivo alternativo, ki lahko poenostavi načrtovanje sistema in izboljša-dolgoročno zanesljivost, zahvaljujočtrajni-pomnilnik brez baterijeinodlična industrijska vzdržljivost.
