Enkoder – jak dobrać go do maszyny?

 

Enkoder jest jednym z podstawowych elementów układów automatyki, w których konieczna jest kontrola położenia, prędkości lub kierunku ruchu.

Enkoder znajdziemy w serwonapędach, maszynach CNC, robotach przemysłowych, transporterach i systemach pozycjonowania.

Problem zaczyna się wtedy, gdy trzeba dobrać konkretny model. Enkoder absolutny czy inkrementalny? Odczyt liniowy czy obrotowy? Jaka rozdzielczość będzie odpowiednia? I czy urządzenie musi pracować w trudnych warunkach przemysłowych?

Do czego służy enkoder?

Enkoder przekształca ruch mechaniczny na sygnał, który może zostać wykorzystany przez sterownik lub układ napędowy.

W zależności od konstrukcji może dostarczać informacji o:

• położeniu,
• prędkości,
• kierunku ruchu,
• liczbie wykonanych obrotów.

Dzięki temu sterownik wie, co faktycznie dzieje się z napędem. Jest to szczególnie ważne w układach wymagających precyzyjnego pozycjonowania.

Enkoder inkrementalny czy absolutny?

To jeden z podstawowych wyborów podczas projektowania układu.

Enkoder inkrementalny generuje impulsy odpowiadające ruchowi. Sterownik może na ich podstawie określać zmianę położenia. Po utracie zasilania informacja o aktualnej pozycji może jednak zostać utracona, dlatego w niektórych aplikacjach konieczne jest wykonanie procedury bazowania.

Enkoder absolutny przypisuje konkretnej pozycji określoną wartość. Dzięki temu po ponownym uruchomieniu system może od razu znać położenie osi, bez konieczności wykonywania pełnego bazowania.

Nie oznacza to jednak, że enkoder absolutny zawsze będzie lepszy. W prostych aplikacjach inkrementalny może być wystarczający i bardziej ekonomiczny.

Jak ważna jest rozdzielczość?

Rozdzielczość określa, jak szczegółowo enkoder może odwzorować ruch.

W przypadku enkoderów obrotowych może być podawana np. jako liczba impulsów na obrót albo liczba pozycji.

Wyższa rozdzielczość nie zawsze oznacza jednak lepszy system. Jeżeli mechanika maszyny nie zapewnia odpowiedniej sztywności i dokładności, bardzo dokładny enkoder nie rozwiąże problemu.

Dlatego rozdzielczość należy dobierać do całego układu mechanicznego i wymaganej dokładności procesu.

Enkoder obrotowy czy liniowy?

Enkoder obrotowy mierzy ruch obrotowy, najczęściej wału silnika lub innego elementu maszyny.

Enkoder liniowy bezpośrednio mierzy położenie wzdłuż osi.

To rozróżnienie jest istotne w precyzyjnych maszynach. Pomiar bezpośrednio na osi może ograniczyć wpływ luzów, odkształceń i niedokładności mechanizmu napędowego.

W maszynach CNC czy precyzyjnych systemach pozycjonowania enkoder liniowy może więc zapewnić informacje bardziej odpowiadające rzeczywistej pozycji narzędzia.

Enkoder w serwonapędzie

Serwonapęd wykorzystuje informację zwrotną z enkodera do kontroli pracy silnika.

Sterownik porównuje pozycję zadaną z rzeczywistą i odpowiednio koryguje pracę napędu.

Dzięki temu możliwe jest uzyskanie:

• wysokiej dokładności,
• szybkiej reakcji,
• kontroli prędkości,
• kontroli położenia,
• stabilnej pracy przy zmiennym obciążeniu.

Dobór enkodera jest więc bezpośrednio związany z wymaganiami całego serwonapędu.

Na co zwrócić uwagę w środowisku przemysłowym?

Enkoder pracujący na hali produkcyjnej może być narażony na kurz, wilgoć, drgania, oleje i wysoką temperaturę.

Przed zakupem należy sprawdzić m.in.:

• stopień ochrony IP,
• zakres temperatur pracy,
• odporność na wibracje,
• sposób montażu,
• dopuszczalną prędkość obrotową,
• rodzaj przyłącza.

W aplikacjach przemysłowych ważna jest również odporność mechaniczna urządzenia.

Interfejs komunikacyjny ma znaczenie

Enkoder może przekazywać dane za pomocą różnych interfejsów. W zależności od zastosowania spotyka się m.in. sygnały inkrementalne, SSI, BiSS oraz rozwiązania wykorzystujące przemysłowe sieci komunikacyjne.

Przed zakupem trzeba sprawdzić kompatybilność z napędem, sterownikiem lub modułem wejściowym.

Sam enkoder może mieć odpowiednie parametry mechaniczne, ale nie będzie przydatny, jeśli jego interfejs nie jest obsługiwany przez system sterowania.

Przykład z produkcji

Producent maszyny do cięcia materiału wykorzystywał enkoder zamontowany na wale napędowym. Przy zużyciu elementów mechanicznych pojawiały się jednak niewielkie różnice pomiędzy pozycją wału a rzeczywistym położeniem elementu roboczego.

W modernizacji zastosowano bezpośredni pomiar liniowy. Dzięki temu system sterowania otrzymywał informację o rzeczywistym położeniu osi, a nie tylko o obrocie silnika.

Najczęstsze błędy

Przy wyborze enkodera często popełniane są następujące błędy:

• dobór wyłącznie na podstawie rozdzielczości,
• brak sprawdzenia kompatybilności interfejsu,
• nieuwzględnienie warunków środowiskowych,
• nieprawidłowy montaż mechaniczny,
• zastosowanie enkodera obrotowego tam, gdzie potrzebny jest bezpośredni pomiar liniowy,
• brak uwzględnienia maksymalnej prędkości obrotowej.

Jak wybrać dostawcę?

Przy bardziej wymagających aplikacjach warto skorzystać ze wsparcia dostawcy automatyki lub napędów. Dobór powinien obejmować nie tylko sam enkoder, ale również sposób jego montażu, komunikację ze sterownikiem oraz wymagania całego układu.

Firmy specjalizujące się w enkoderach, technice pomiarowej, napędach i automatyce przemysłowej można znaleźć w katalogu firm Zrobotyzowany.pl.

FAQ

Czy enkoder jest potrzebny w każdym silniku?
Nie. Wiele prostych układów napędowych może pracować bez sprzężenia zwrotnego.

Co jest lepsze – enkoder absolutny czy inkrementalny?
Zależy od aplikacji. Absolutny jest korzystny tam, gdzie ważna jest znajomość pozycji po uruchomieniu, natomiast inkrementalny często wystarcza w prostszych układach.

Czy większa rozdzielczość enkodera zawsze zwiększa dokładność maszyny?
Nie. Dokładność całego układu zależy również od mechaniki, sterowania, luzów i sposobu montażu.

Kiedy warto zastosować enkoder liniowy?
Gdy istotny jest bezpośredni pomiar rzeczywistego położenia osi, szczególnie w precyzyjnych aplikacjach.

Czy enkoder można zamontować na istniejącej maszynie?
W wielu przypadkach tak. Modernizacja wymaga jednak sprawdzenia miejsca montażu, mechaniki oraz możliwości podłączenia urządzenia do systemu sterowania.

Podsumowanie

Enkoder nie jest po prostu czujnikiem obrotu. Jest elementem sprzężenia zwrotnego, który może decydować o dokładności i stabilności całego układu napędowego.

Przy wyborze trzeba uwzględnić rodzaj pomiaru, rozdzielczość, sposób komunikacji, warunki pracy oraz wymagania mechaniczne. W prostych aplikacjach wystarczy często enkoder inkrementalny, natomiast w precyzyjnych maszynach większe możliwości zapewniają enkodery absolutne lub bezpośredni pomiar liniowy.

Najważniejsze jest dopasowanie urządzenia do całego układu – nie do samego silnika, lecz do rzeczywistych wymagań maszyny i procesu.