Buderus-trade.ru

Теплотехника Будерус
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Счетчики для инкрементальных энкодеров

Датчики угла поворота (энкодеры)

Датчиками угла поворота или энкодерами называют устройства, при помощи которых можно определять положение вращающихся валов. Различают инкрементальные (инкрементные) энкодеры и абсолютные энкодеры.

Инкрементальные энкодеры имеют импульсные выходы, при повороте на определённый угол на выходе генерируется импульс напряжения. На выходе у абсолютных энкодеров генерируется цифровой код, уникальный для каждого положения вала. Помимо контроля положения вращающихся валов, при помощи энкодеров можно ещё измерять длину, расстояние (инкрементальный энкодер с мерным колесом) или задавать перемещение инструмента на станке с ЧПУ в ручном режиме (инкрементальный энкодер-штурвал).

Примеры применений:

Примеры применений энкодера

Датчики углового и линейного перемещения, датчики наклона

Инкрементальные энкодеры

Инкрементальный энкодер (Incremental Encoder) регистрирует относительное перемещение (приращение). Разрешение (Resolution) углового энкодера определяется количеством импульсов на один оборот (на рисунке изображён оптический дик с разрешением 8 имп/об).

Частота импульсов на выходе энкодера пропорциональна скорости вращения.

Рис. Кодовый диск инкрементального энкодера

Система управления должна подсчитывать импульсы, чтобы вычислить угол поворота энкодера относительно точки отсчёта.

В системах, работающих с абсолютными координатами (станок с ЧПУ), перед началом работы (после включения питания) необходимо выставить ноль – вывести рабочий орган машины в опорную (реперную) точку и в ней обнулить счётчик импульсов.

Синусно-косинусные инкрементальные датчики положения sin/cos 1-Vss и 1-Vpp

Синусоидальные выходные сигналы А и В сдвинуты друг относительно друга на 90 градусов, что позволяет определять направление вращения. Сигнал нулевой метки R используется для синхронизации с точкой отсчёта. Для повышения помехозащищённости датчик выдаёт ещё три инверсных сигнала: A, B, R. Оцифровываются эти сигналы в системе измерения.

Датчики с интерфейсом 1-Vpp используются в сервосистемах, т.к. как позволяют получать очень высокое разрешение. Так, например, если датчик выдаёт 2048 периодов синусоиды (импульсов) на оборот, а система управления в каждой такой синусоиде различает 2048 дискретных уровней, то общее разрешение датчика составит 2048 х 2048 = 4194304 импульсов на оборот.

Инкрементальные датчики с интерфейсом TTL или HTL

Эти датчики сами оцифровывают синусоидальные сигналы – у них на выходе 6 прямоугольных сигналов — три прямых: A, B, R и три инверсных: A, B, R. Для сигнализации неисправности датчика используется инверсный сигнал помехи (если нет неисправности, то сигнал помехи равен 1).

Абсолютные энкодеры

Разрешение абсолютного энкодера (Absolute Encoder) определяется количеством уникальных кодов на один оборот. Однооборотные (Single-turn) абсолютные энкодеры определяют положение в пределах одного оборота, многооборотные (Multi-turn) – в пределах определённого числа оборотов.

Читайте так же:
Счетчик посещения страниц cookie

Абсолютные датчики положения не требуют для начала работы выхода в опорную точку – при включении питания датчик сразу определяет координату, сканируя кодовые дорожки.

Резольверы

Резольвер (Resolver) – это аналоговый электромагнитный абсолютный однооборотный датчик, работающий по принципу вращающегося электрического трансформатора.

Рассмотрим работу бесщёточного резольвера.
На статоре расположены три обмотки: первичная обмотка возбуждения вращающегося трансформатора (на неё подаётся переменное напряжение) и две двухфазные обмотки, механически повёрнутые друг относительно друга на 90 градусов: синусная и косинусная. На роторе расположена вторичная обмотка вращающегося трансформатора, которая возбуждается от первичной обмотки на статоре за счёт электромагнитной индукции. Обмотка ротора в свою очередь индуцирует в синусной обмотке статора напряжение пропорциональное синусу угла поворота ротора, а в косинусной обмотке — напряжение пропорциональное косинусу угла поворота ротора.

Резольверы отличаются высокой надёжностью (они не бьются и не запотевают, как оптические) и точностью (аналоговые, а не дискретные).

Код Грея

Код Грея (Gray Code) – это двоичный код, в котором два соседних значения отличаются только одним разрядом.

Десятичное
число
Двоичное
число
Код Грея
000000
1001001
2010011
3011010
4100110
5101111
6110101
7111100

Формула побитного преобразования двоичного кода в код Грея

Gi = Bi⊕Bi+1,
биты нумеруются справа налево, ⊕ – исключающее ИЛИ (если биты равны, то результат равен 0; если биты не равны, то результат равен 1).

Код Грея используется для кодирования положений в абсолютных датчиках, так как обладает большей помехозащищённостью, чем обычное двоичное кодирование (Natural Binary).

Рис. Кодовый диск абсолютного энкодера

На рисунке изображён оптический диск с 3-х разрядным (8 положений) кодом Грея.

Тахогенераторы

Тахогенераторы предназначены для определения скорости и направления вращения. Напряжение на выходе тахогенератора пропорционально скорости вращения вала.

Инкрементальные энкодеры специальные

Z136

Датчик представляет собой комбинацию прецизионного тросовытяжного механизма с энкодером. Датчик преобразует линейное перемещение троса во вращательное движение, передаваемое на вал энкодера. Тросовытяжной механизм имеет встроенное устройство для равномерного натяжения троса. Барабан намотки троса имеет свободу перемещения в осевом направлении и благодаря винтовому шарниру перемещается вдоль оси вправо/влево по мере намотки/размотки троса. Таким образом достигается высокая точность и линейность зависимости угла поворота вала энкодера от длины вытянутого троса.

Для многих случаев имеются готовые решения, то есть серийно выпускаемые датчики, как комбинации энкодера и вытяжного механизма. Например, на основе абсолютного энкодера GXM2S выпускаются датчики с длиной троса 3 м, а на базе абсолютного энкодера GM401 выпускаются датчики с длиной троса 5 / 7,5 / 10 / 15 м. На основе инкрементального энкодера GI356 выпускаются датчики с длиной троса 10 и 30 м. При необходимости предоставляются машиностроительные чертежи на серийно выпускаемые типы тросовытяжных датчиков длины линейного перемещения.

Читайте так же:
Кто будет оштрафован если счетчики не установят

Seil

Пределы измерения 0. 50 м. Компактная форма полностью готова для монтажа. Гибкий измерительный трос диаметром 0,8. 1 мм из нержавеющей стали с пластиковым покрытием. Длина троса 3, 5, (7,5), 10, 15, 30, 40 или 50 м. Работоспособность вытяжного механизма до 5 млн. полных вытяжек троса. При необходимости в комплект поставки могут входить надёжные подшипниковые поворотные ролики для троса , выпускаемые в двух типоразмерах.

Выходные импульсы могут быть выведены на индикацию, например, посредством счетчика c цифровым управлением, и, соответственно, на управление другими механизмами. К тросовытяжному механизму подходят все предлагаемые инкрементальные и абсолютные энкодеры с диаметром корпуса 58 мм.

Основные требования к энкодеру:

  • Диаметр корпуса 58 мм
  • Нормальный (выступающий) вал диаметром 6 мм
  • Только сервофланец

Основные обобщенные характеристики предлагаемых инкрементальных энкодеров:

  • До 80.000 импульсов на один оборот вала
  • До 10.000 оборотов вала в минуту
  • напряжение питания 4,75. 30 VDC
  • Температура окружающей среды -20. +100°C

Основные обобщенные характеристики предлагаемых абсолютных энкодеров:

  • Одно- и многооборотные энкодеры
  • До 10.000 оборотов вала в минуту
  • Разрешение до 36 бит
  • Высокая механическая нагрузочная способность: шок 2000 м/сс, вибрация 100 м/сс
  • Программирование параметров
  • Весь спектр применяющихся в промышленности интерфейсов
  • напряжение питания 4,75. 30 VDC
  • Температура окружающей среды -20. +100°C

Примеры поставляемых энкодеров с тросовытяжным механизмом:

Энкодеры бесподшипниковые

Энкодеры бесподшипниковые

Энкодеры бесподшипниковые применяются, если монтажная глубина недостаточна и свободное место для установки датчика ограничено. Решение предлагает компания Baumer — широкий ассортимент бесподшипниковых энкодеров. Энкодеры и датчики угла поворота производства Baumer предназначены для измерения и контроля положения и скорости вращения валов на машинах, установках и электроприводах.

Heavy Duty тахогенераторы и резольверы

Heavy Duty
тахогенераторы и резольверы

Тахогенераторы и резольверы в усиленном (Heavy Duty) исполнении, производства Baumer предназначены для измерения и контроля положения и скорости вращения валов на машинах, установках и электроприводах.

Счетчики для инкрементальных энкодеров

Энкодер – это так называемый датчик угла поворота, то есть, устройство, которое предназначено чтобы преобразовать угол поворота вала (измеряемого объекта) в электрические импульсы, по которым можно определить: угол поворота, скорость вращения, направление вращения, и текущее положение относительно начальной точки работы.

Читайте так же:
Как отключить счетчик ключа

Датчики угла поворота (далее энкодеры) нашли широкое применение в различных механизмах, в которых необходимо точно знать текущее положение. Такими механизмами могут быть: промышленные манипуляторы, сервоприводы и т.д.

Внешний вид энкодера

Рисунок 1 — Внешний вид энкодера

Энкодеры имеют разделение на :

По характеру исполнения подразделяются на :

По своей сути инкрементальный энкодер – это счетчик импульсов, которые возникают при вращении вала. Устанавливают энкодер непосредственно на вал, или соединяют их через гибкую переходную муфту.

Внутри энкодера расположен диск с рисками, где с одной стороны располагается источник света, а с другой — фотоприёмник. При вращении диска изменяется количество света, проходящего через риски диска на фотоприемник, далее сигнал преобразуется и передается на дискретный выход. Необходимо заметить, что выходной сигнал состоит из двух каналов, в которых импульсы имеют сдвиг на 90 градусов относительно друг друга, что позволяет нам определять направление вращения вала. Количество импульсов может быть от нескольких импульсов до десятков тысяч импульсов на один оборот – так называемое «разрешение энкодера». Например, если диск будет иметь 2000 рисок на оборот, то за 1000 импульсов вал повернулся на 180 градусов.

Рисунок 2 — Диаграмма импульсов энкодера смещенных на 90 градусов.

Чтобы привязать отсчет положения относительно начала координат, датчики так же имеют референтную метку (указатель нулевой отметки/импульс, который отвечает за полный оборот). То есть, при каждом обороте вала, на выходе будет еще один импульс начальной (нулевой) позиции. Этот выход обычно используется для сброса внешнего счетчика, который отвечает за текущее положение.

Абсолютный энкодер по своему исполнению является оптическим.

В первую очередь они разделяются на однооборотный, в котором текущая координата определяется в рамках одного оборота, и многооборотные.

Абсолютный энкодер можно отнести к отдельному типу энкодеров, отличительной особенностью которых является уникальный код , сформированный для каждой позиции вала. Так же разница от инкрементального энкодера: в данном датчике не нужен счетчик импульсов, потому что мы всегда знаем угол поворота. Выходной сигнал абсолютного энкодера формируется как во время покоя, так и во время вращения вала. Внутренней отличительной особенностью является диск с несколькими концентрическими дорожками, каждой из которых получается уникальный двоичный код для определенной позиции вала. Абсолютный энкодер при потере питания не теряет своего значения, что говорит о том, что нам не нужно возвращение в начальную позицию. Сигнал абсолютного энкодера устойчив к помехам, что говорит о том, что для него не требуется точная установка вала. Данный тип датчиков хорошо устойчив к вибрациям.

Читайте так же:
Счетчики часто задаваемые вопросы

Рисунок 3 — Диск абсолютного энкодера с несколькими дорожками

Наиболее распространёнными выходными сигналами являются: параллельный код, код Грея, интерфейсы Profibus-DP, LWL, DeviceNet, SSI, CANopen, через которые также можно осуществить программирование датчиков.

Магнитный энкодер улавливает полюса вращающегося магнитного элемента, который находится вблизи чувствительного элемента, преобразуя эти влияния в соответствующий цифровой код.

Подобрать инкрементальный энкодер

Инкрементальный энкодер это дискретный датчик угла поворота вала, генерирующий нормированный электрический импульс на каждое определенное приращение угла поворота. При непрерывном вращении вала возникает последовательность импульсов, содержащая информацию об относительном угле поворота и скорости вращения.

Основным рабочим параметром энкодера является количество импульсов на один оборот вала датчика. Простой подсчет количества импульсов позволяет определить угол поворота относительно некоего начального значения. Для получения информации о скорости вращения производится операция дифференцирования, то есть определения частоты следования импульсов на некотором временном промежутке.

Многообразие физических и конструктивных решений и широкий ряд типоразмеров инкрементальных энкодеров позволяет внедрять их в любые системы обратной связи, позволяя обеспечивать высокую точность управления оборудованием.

В разделах каталога и прайс-материалах можно получить исчерпывающую информацию по техническим характеристикам инкрементальных энкодеров, сопутствующим аксессуарам и ценам поставки.

Принципы работы инкрементальных энкодеров

Инкриментальный энкодер неприхотливый в обслуживании прибор. Инкриментальный энкодер универсальный датчик применимый в большинстве сфер производства.

Применяется в основном два физических принципа реализации энкодера:

  • оптико-электронный. На валу датчика установлен оптически прозрачный диск с равномерно нанесенными на него по периметру непрозрачными метками. Свет проходит через диск от группы излучающих светодиодов к группе принимающих фотодиодов. При повороте диска и прохождении метки в луче света, изменяется засветка фотоприемников, при этом электронная схема формирует выходной импульс с нужными параметрами.
  • магнитный или магнитно-резистивный. Магнитные используют в качестве чувствительного элемента датчик Холла, регистрирующий последовательность прохождения полюсов магнита, установленного на валу. Магнитно-резистивный чувствительный элемент регистрирует изменение сопротивления в зависимости от величины и направления магнитного поля.

При реализации обоих принципов, электронная схема энкодера формирует, на практике, как правило, три последовательности импульсов: две из них соответствуют расположению меток на периметре диска и сдвинуты относительно друг друга на ¼ периода (90 эл. градусов). Этот прием позволяет определять направление вращения вала энкодера. Третья последовательность состоит из одного импульса на каждый оборот и называется опорным или индексным сигналом. Он позволяет привязать показания датчика к определенному положению вала в пределах одного оборота.

Читайте так же:
Сброс счетчика уровня чернил epson l200

При разнообразии схемных решений, выходные сигналы инкрементальных энкодеров имеют один из двух форматов, в зависимости от напряжения питания датчика и выбора пользователя: TTL/RS422 или HTL/push-pull. Все устройства работают в пределах стандарта интерфейса IO-Link, выполняя, в зависимости от степени «интеллектуальности» три вида связи в системе:

  • коммутационное (бинарное) состояние (как простой датчик контактного типа);
  • циклическая цифровая передача результатов измерения;
  • прием программируемых параметров датчика и передача результатов его диагностики (например – перегрузка, перегрев и т.п.).

Применение инкрементальных энкодеров

Применение инкрементальных энкодеров целесообразно в любых мощных электроприводах систем точного перемещения или систем, критичных к скоростным и пуско-тормозным режимам. В таких приводах необходима точная информация о параметрах движения рабочего органа:

  • в приводах станков по изготовлению бумаги и картона;
  • в аппаратах любых видов упаковки и дозирования;
  • в приводах лесозаготовительных и деревообрабатывающих машин;
  • в приводах оборудования прокатного производства: обжимных валков, рольгангов, кантователей, опрокидывателей;
  • в приводах подъёмных кранов, подъёмников и лифтов;
  • в приводах металлообрабатывающих станков, бурового и строительного оборудования;
  • в робототехнических комплексах и транспортерах на сборочном производстве и т.п.

Привлекательными сторонами применения инкрементальных энкодеров являются их универсальность при широком выборе типоразмеров, относительная дешевизна и простота монтажа.

Выбор инкрементального энкодера с целью интеграции его в систему управления технологическим объектом предусматривает решение следующих основных вопросов:

  • точность измерения – количество импульсов на один оборот вала энкодера;
  • диаметр и тип вала энкодера, необходимость дополнительных муфт, фланцев и т.п.;
  • длина кабеля и тип выходного разъёма, степень защиты устройства;
  • напряжение питания, тип выходного сигнала;
  • вопросы сигнальной связи энкодера с системой: необходимость программирования энкодера, программное согласование цикличности передачи результатов измерений с частотой опроса входов применяемого контроллера или работа в стандартном интерфейсе и т.п.

Очевидная сложность комплексного технического решения при необходимости известной экономии требует значительной эрудиции и опыта в решении подобных ситуаций. Воспользуйтесь помощью и консультациями специалистов компании «РусАвтоматизация». Они изучат проблему, проконсультируют по интересующему Вас оборудованию и предложат оптимальные решения.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector