Энкодеры

Промышленным компьютерам и программируемым логическим контроллерам необходимо каждую секунду знать состояние машин для оценки ситуации и выработки плана дальнейших действий. Чтобы обеспечить вычислительные устройства полной информацией для анализа, индустриальное оборудование, автомобили, различные девайсы снабжаются десятками точных датчиков, преобразующих значение температуры, давления, скорости потока, уровня, расхода и пр. в электрические сигналы, передаваемые по кабелям или в эфире на ЭВМ. Одним из наиболее востребованных датчиков является энкодер – модуль, кодирующий угол поворота вала и направление вращения. Передаваемая датчиками поворота информация имеет колоссальное значение при управлении станками с ЧПУ, на которых осуществляется прецизионная обработка заготовок. Не менее важно знать состояние валов в робототехнике. Огромное разнообразие моделей позволяет разработчикам купить энкодер для определения угла наклона и поворота вращающегося стола, любой створки, оси. 

Сфера применения энкодеров огромна:

• управление сервоприводами;
• автоматизированные технологические линии;
• робототехнические комплексы;
• автомобилестроение (контроль угла поворота руля);
• компьютерная техника (угол поворота колёсика мышки);
• система управления «умным» домом.

Конструктор Ардуино

С «нулевых» годов огромной популярностью среди любителей и профессионалов в сфере автоматизации пользуется электронный конструктор и программная среда Arduino, позволяющие создавать устройства управления на базе ПК и комплекса датчиков. Бренд выпускает множество готовых к использованию плат с микроконтроллером. А программная среда позволяет писать достаточно сложный софт даже новичкам в области программирования.

Энкодер ардуино, подключённый к стандартной плате электронного конструктора, способствует получению точной информации о состоянии механизмов конструируемых устройств. Можно, к примеру, пристроить небольшие электродвигатели к жалюзи на окнах или форточкам для проветривания в теплице. А чтобы модуль управления отдавал команду на поворот на нужный угол, эта механизация снабжается датчиками поворота. 

Чтобы наладить работу с датчиком угла, понадобится скачать и установить библиотеку RotaryEncoder. Собрав схему с участием датчика поворота, следует загрузить в микроконтроллер короткую программу.

Виды угловых кодировщиков

В данном устройстве информация о повороте и направлении вращения преобразуется в аналоговый или цифровой сигнал, который затем по кабелю или беспроводной системе связи отправляется программируемому логическому контроллеру или промышленному компьютеру, управляющему производственным участком или автономным функциональным узлом.

Различают два варианта кодировщиков – инкрементальный и абсолютный. По принципу действия эти приборы классифицируются так:

1. Оптический энкодер.
2. Магнитный.
3. Магниторезисторный.
4. Индуктивный.

Остановимся подробнее на достоинствах и недостатках разных конструкций. Абсолютный угловой датчик имеет в своём составе диск, разбитый на одинаковые пронумерованные сектора. Контроллер во время работы модуля получает информацию, на каком секторе абсолютный энкодер находится. Во время вращения отправляется последовательность от нуля до максимального значения, после чего начинается всё с начала. Достоинств у этой разновидности кодировщиков несколько. Во-первых, после включения он сразу передаёт информацию, в каком положении пребывает, поскольку каждый сектор имеет свой номер. Во-вторых, данные от абсолютного энкодера не подвержены искажениям из-за вибрации, помех и ложных импульсов. Даже если скорость вращения вала будет слишком высока, чтобы успеть прочитать кодировку младших разрядов, положение вала всё равно будет достаточно точно зафиксировано путём прочтения более старших разрядов.

Инкрементный кодировщик позволяет рассчитать положение вала на основе выдаваемого импульсного кода. Устроен этот прибор проще, стоит дешевле, однако, конкретного положения вала он не транслирует. Расчётом этого значения занимается микроконтроллер. К тому же после включения модуль сперва необходимо позиционировать относительно нулевой метки, после чего пойдёт поток достоверных данных.

Оптический вариант включает миниатюрный диск с нанесённой градуировкой из прозрачных и непрозрачных полосок или прорезей. С одной стороны диска установлен яркий светодиод, а с другой – фотоэлемент, воспринимающий лучи света, проникающие через прозрачные участки.

Магнитный датчик фиксирует прохождение рядом с чувствительным элементом южных и северных магнитных полюсов постоянных магнитов. У магниторезисторной модели витки вращающейся катушки меняют положение относительно магнитного поля, в результате чего меняется поток электронов.

Факторы выбора

Подбирая подходящую модель, необходимо обратить внимание на следующее: инкрементальный энкодер определяет угол только относительно определённого положения, а абсолютный всегда показывает, на каком секторе находится сразу после включения. Точность системы будет зависеть от количества передаваемых импульсов за один оборот вала. То есть чем число импульсов больше – тем точность выше. Важно также знать тип кодировки, что влияет на возможности передачи и считывания. Многое зависит от напряжения питания, длины кабеля и типа разъёмного соединения. Необходимо учесть царящие в цеху условия – температуру, влажность, запылённость. 

Монтаж

Установка датчика угла на вал машины – предельно ответственный момент, от которого зависит точность работы устройства. Обязательным элементом является прецизионная муфта, компенсирующая биение вала, несоосность, отклонение оси. При жёстком соединении на высоких оборотах быстро износятся подшипники. Если выполнить все операции правильно, срок службы изделия может достичь 50 тыс. часов.