انکودر افزایشی چیست و چه کاربردی در صنعت دارد؟

انکودر و کاربرد آن

انکودرها (Encoder) حسگرهایی هستند که عمده ترین هدف آنها بازتاب حرکت اجسام به کنترل‌گر سیستم می باشد. به این معنی که فیدبک ارسال شده از سنسور به سیستم کنترل می گوید که جسم در حال حرکت به طور صحیح جابجا شده یا اینکه آن جسم در موقعیت خود قرار دارد یا خیر. در کل، انکودرها حرکات مکانیکی را به پالس های الکتریکی تبدیل کرده و بدین وسیله سرعت، موقعیت و جهت موتور را تعیین می کنند. انکودرها دارای انواع مختلفی هستند که بر اساس کارایی و عملکرد مورد بررسی قرار می گیرند. آنها برای اندازه گیری مکان (Position)، شمارش (Count)، جهت (Direction) و سرعت (Speed) طراحی شده اند.   

انکودر

انواع انکودرها

قبل از پرداختن به موضوع انکودر افزایشی باید به این نکته توجه کنید که رایج ترین روش برای نشان دادن عملکرد انکودرها، حرکت (خطی، چرخشی) است. سه نوع انکودر در اتوماسیون صنعتی به کار می رود که عبارت هستند از:

• انکودر چرخشی (Encoder Rotary): انکودر چرخشی از اجسام یا سیستم های درحال چرخش مانند شفت یک موتور فیدبک می دهد. سیگنال های خروجی پالس های دیجیتالی هستند که موقعیت جسم در حال حرکت را شناسایی می کنند.
• انکودر خطی (Encoder Linear): در انکودر خطی، حرکت اجسام در طول یک مسیر یا بر روی یک خط محاسبه و با کمک یک مبدل، فاصله بین دو نقطه اندازه گیری می شود.
• انکودر زاویه دار (Encoder Angle): عملکرد انکودرهای زاویه ای شبیه انکودرهای چرخشی است، با این تفاوت که دقت اندازه گیری آنها بیشتر می باشد.

بدون در نظر گرفتن اینکه انکودرها چرخشی یا خطی هستند از نظر سیگنال خروجی به دو دسته انکودر افزایشی (Incremental Encoders)، انکودر مطلق (Absolute Encoders) تقسیم بندی می شوند. انکودرها از نظر تکنولوژی ساخت در گروه‌های ذیل قرار دارند:

• مغناطیسی (magnetic): انکودر افزایشی که در اتوماسیون های صنعتی مانند آسانسور بکار می رود، از تکنولوژی های مختلفی مانند مغناطیس و نور بهره می برد. انکودر مغناطیسی نسبت به نوع نوری جدیدتر است. در انکودر مغناطیسی، با هر تغییر در میدان مغناطیسی، سیگنال های الکتریکی تولید می گردد.
• اپتیکال یا نوری (optical): مکانیزم عملکردی انکودر اپتیکال بر مبنای پرتوهای نوری است. سیگنال های نوری بعد از آزاد شدن، از دیسک گردان شفت موتور عبور کرده، به سنسور نوری برخورد، در نتیجه پالس های ایجاد شده را به پردازنده انتقال می دهند. این نوع از انکودر بسیار پرکاربرد است.
• مکانیکی (mechanical): به این انکودر، سوئیچ گردان نیز گفته می شود. سیگنال خروجی از این نوع انکودر به وسیله یک مدار تعیین می گردد.

انواع انکودر

انکودر افزایشی چیست؟

انکودر افزایشی نوعی انکودر است که عمده ترین کاربرد آن بررسی موقعیت در حرکت های چرخشی است. برای درک بهتر، آسانسورها را در نظر بگیرید. در هر حرکت دورانی موتور، یک رشته پالس تولید می گردد. این پالس ها کاملا یکنواخت، پیوسته و هماهنگ با چرخش به وجود می آیند. در نتیجه سرعت و موقعیت موتور آسانسورها مشخص می شود. می توان گفت انکودرهای افزایشی برای اندازه گیری و کنترل موقعیت و سرعت مناسب هستند.

نحوه عملکرد انکودر افزایشی

معمولا برای سنجش دقت انکودر افزایشی واحد پالس و برای انکودر خطی واحد بیت بکار برده می شود. با شمارش پالس ها در سیستم کنترل، سرعت و موقعیت اندازه گیری می گردد. در انکودرهای افزایشی بیشتر از تکنولوژی نور و مغناطیس استفاده می شود. برای مثال اگر انکودر از نوع نوری افزایشی باشد، در آن یک صفحه گرد وجود دارد که از تعداد زیادی سوراخ تشکیل شده که هر بار با حرکت صفحه، نور از سوراخ های آن عبور کرده و با برخورد به گیرنده نور، حرکت را شناسایی می کند. در این حالت به اصطلاح می گویند، یک پالس ایجاد شده است. در این نوع انکودرها هر چه تعداد سوراخ ها بیشتر، دقت آن نیز افزایش می یابد.

انکودر افزایشی سه سیگنال خروجی دارد که شامل سیگنال A عبارت از n پالس در هر دور موتور، سیگنال B و سیگنال Z است. اختلاف بین سیگنال A و B 90 درجه می باشد. مقدار پالسی که هنگام جابه‌جا شدن دستگاه ایجاد می شود، ممکن است دو سیگنال یا یک سیگنال (A، B و A و B) باشد که در هر دو حالت زمان و جهت حرکت را نشان می دهند. سیگنال Z یا خروجی اضافی زمانی کاربرد دارد که انکودر در یک حالت ویژه قرار گرفته است. خب شاید این سوال در ذهن تان ایجاد شود که منظور از موقعیت خاص چیست و چگونه شاخص سوم عمل می کند؟

بزرگترین نقطه ضعف انکودر افزایشی از دست رفتن تعداد پالس در زمان قطعی برق است. وقتی این شرایط به وجود می آید، برای راه اندازی مجدد سنسور باید به حالت اولیه بازگشته و شمارش از صفر آغاز گردد. انکودرهایی که به سیگنال Z  مجهز هستند، در هر دور شفت یک پالس جداگانه تولید می کنند. آنها به عنوان نشانگر مرجع موقعیت را شناسایی و در نتیجه شمارش پالس ها را از سر می گیرند.   

انکودر مطلق

انکودر افزایشی به چند دسته تقسیم میشود؟

چنانچه گفتیم، انکودرها در دو دسته خطی و چرخشی قرار دارند و آنها نیز به دو گروه مطلق و افزایشی تقسیم بندی می شوند. از همین رو انکودر افزایشی را می توان به انکودر خطی افزایشی و انکودر چرخشی افزایشی دسته بندی کرد.

انکودر خطی افزایشی

 انکودر افزایشی نوع خطی در طیف رمزگزارهای مغناطیسی قرار می گیرند و هدف آنها سنجش سرعت های بالا می باشد. این نوع انکودرها در محیط های پرمخاطره مثل صنایع چوب، برش سنگ، صنایع نساجی، بسته بندی، مونتاژ، صنایع پلاستیک، برش لیزری و صنعت تولید تراشه های الکترونیکی استفاده می شوند.

انکودر روتاری (چرخشی) افزایشی

انکودر افزایشی نوع چرخشی یک سیستم الکترومکانیکی است که با تبدیل حرکت مکانیکی به دیجیتال حرکت یا موقعیت را مشخص می کند. در تمام صنایعی که هدف، سنجش سرعت موتور و بازتاب موقعیت موتور است، این نوع انکودر، کاربرد فراوانی دارد. انکودرهای افزایشی پالس هایی متناسب با چرخش موتور تولید کرده، سرعت و فیدبک نسبی به وجود می آورند. انکودر افزایشی روتاری نسبت به انکودر روتاری مطلق سنسورهای کمتری داشته و مهم ترین ضعف آن این است که نقاط اشتباه را کمتر نشان می دهد. با این وجود به علت مزایایی چون قیمت مناسب، مکانیزم ساده، استفاده از سنسورهای نوری، مکانیکی و شمارش پالس های ساده برای شناسایی سرعت، جهت و موقعیت مناسب هستند.

انکودر خطی

از جمله انکودرهای محبوب در بازار می توان به انکودر آتونیکس اشاره کرد. عملکرد انکودر آتونیکس به این شکل است که هر سری با به چرخش در آوردن شفت زاویه ای، یک سیگنال ایجاد می کند. تعداد پالس ها موقعیت دستگاه را نشان می دهند. همچنین با تقسیم تعداد پالس ها می توان سرعت را نیز سنجید.

کاربرد انکودر افزایشی در صنایع مختلف

انکودر افزایشی کاربردهای فراوانی دارد و متناسب با نیاز صنایع تولید می شود. مهم ترین بخش هایی که انواع انکودرها کاربرد داشته، عبارت هستند از:

• محیط هایی با کاربری های سخت: برخی صنایع با محیط های طاقت فرسا و میزان بالایی از آلاینده‌ها، رطوبت، گرما، لرزش های شدید. مانند صنایع چوب، فولاد و کاغذ
• محیط هایی با کاربری های صنعتی: کارخانه هایی با شرایط نسبتا سخت که نیاز آنها به مقاومت در برابر لرزش، دما و سایر موارد متوسط است. مانند اتوماسیون های عمومی کارخانه ها، صنایع مواد غذایی و نوشیدنی و صنایع نساجی.
• کاربری های آسان: کاربرد انکودر افزایشی در محیط های کنترل شده که به دقت بیشتری نیاز دارند. مانند صنایع رباتیک و الکترونیک

تفاوت انکودر مطلق با انکودر افزایشی

احتمالا برای شما هم این پرسش مطرح شده که چه تفاوتی میان انکودر افزایشی و مطلق وجود دارد. آنطور که گفته شد، انکودرها خطی یا روتاری (چرخشی) هستند و آنها نیز به دو شکل مطلق و افزایشی تولید می گردند. با انکودرهای افزایشی آشنا شدید. واحد شمارش سیگنال انکودرهای مطلق بیت است. انکودر مطلق در سیستم هایی بکار گرفته می شود که هدف آن فهمیدن موقعیت دقیق اجسام است. علاوه بر این در شرایطی که سیستم در حالت غیر فعال بوده یا سرعت پایین است، کاربرد دارد. در حالی که فناوری انکودرهای افزایشی ساده‌تر می باشند، انکودرهای مطلق دقت بالایی داشته و با هر دور چرخش، موقعیت خود را صفر می کنند. ویژگی شاخص آنها این است که موقعیت واقعی را با ایجاد کدهای دیجیتال اندازه گیری می نمایند.

انکودر چرخشی

فاکتورهای انتخاب انکودر افزایشی مناسب

کاربرانی که در صنایع مختلف به فعالیت می پردازند مانند آسانسورسازی، صنایع الکترونیک، صنایع چوب، پارچه و غیره، برای انتخاب انکودرهای مختلف مانند انکودر افزایشی باید فاکتورهای مختلفی را در نظر بگیرند. به مثال های ذیل توجه کنید. آنها دقیقا به شما نشان می دهند که مبنای انتخاب انواع انکودرها چیست؟

• انکودر قرار است چه نوع حرکتی را بسنجد؟ چنانچه گفتیم انکودرها بر اساس خطی یا چرخشی بودن دسته بندی می شوند و هر یک از آنها شامل افزایشی و مطلق هستند.
• انکودرها چه ویژگی هایی را پیمایش می کنند؟ بارزترین کاربرد انکودرها اندازه گیری موقعیت، حرکت و سرعت است. حال انتخاب انکودر افزایشی یا خطی مناسب بستگی به این دارد که شما قصد اندازه گیری کدام یک را دارید.
• محیطی که انکودرها بکار می روند، چه شرایطی دارند؟ با بررسی این سوال می توانید فناوری مناسب در انکودر را تعیین کنید. شرایط محیطی مانند گرد و خاک، لرزش، صدا، رطوبت، دما و مواد شیمیایی خورنده یا سوزاننده در انتخاب تاثیرگذار هستند.

موارد دیگری چون قیمت، برند، بسته بندی، کشور سازنده، طراحی مکانیکی و میزان اندازه گیری نیز در خرید یک انکودر مانند افزایشی موثر هستند. آتونیکس جزء برندهای مطرح در ایران می باشد. قیمت انکودر آتونیکس مدل افزایشی به علت عملکرد ساده مناسب بوده و اغلب کاربران آن را ترجیح می دهند. این محصول ساخت کشور کره جنوبی است.

جمع بندی مطالب

انکودر افزایشی یکی از انواع انکودرهای بکار برده شده در صنایع مختلف است. انکودرها معمولا به دو گروه خطی و چرخشی (روتاری) تقسیم می شوند. انکودرهای خطی و روتاری نیز در دو دسته افزایشی و مطلق قرار می گیرند. عمده ترین وظیفه انکودر افزایشی، شناسایی موقعیت جسم در حرکات چرخشی است. از جمله صنایعی که انکودرهای افزایشی در آن کاربرد فراوانی دارد، صنعت آسانسورسازی است. انکودر آسانسوری برای اندازه گیری موقعیت دقیق حرکت آسانسور در طبقات بکار می رود و بارزترین عملکرد آن ایجاد حرکت صحیح و امن آسانسور می باشد. انکودرهای افزایشی با چرخش هر محور و شفت موتور پالس تولید می کنند. اساسی ترین مزیت های انکودرهای افزایشی، اندازه گیری موقعیت با نیروی مغناطیسی و نوری، مقرون به صرفه بودن و مناسب بودن برای پالس های ساده است. اتوماسیون راد نمایندگی انکودر آتونیکس در ایران می باشد که تمام محصولات این برند را به مشتریان عرضه می کند.

سوالات متداول

1. انکودر چیست؟ انکودر در دسته سنسورها قرار دارد که موقعیت چرخشی یا خطی اجسام در حال حرکت را کدگذاری و تبدیل به پالس الکترونیکی  کرده و به سیستم کنترل ارسال می کند.
2. انواع انکودر را نام ببرید؟ انکودر خطی و چرخشی (روتاری)
3. انکودرهای خطی و چرخشی به چند دسته تقسیم می شوند؟ انکودر مطلق و انکودر افزایشی
4. انکودر افزایشی چیست و به چند دسته تقسیم می شود؟ انکودر افزایشی نوعی سنسور است که بیشتر با نور یا میدان مغناطیسی عمل می کند و هدف از کاربرد آن تعیین میزان تغییرات حرکتی اجسام می باشد. این انکودر به دو گروه انکودر خطی افزایشی و چرخشی افزایشی طبقه بندی می شود.