Interfejs enkodera inkrementalnego

Enkodery inkrementalne zapewniają spójny odczyt prędkości i przebytej drogi, a jednocześnie upraszczają system i obniżają koszty. Oferują szeroki wybór opcji oraz programowalny interfejs zwiększający ich wszechstronność. Mimo kompaktowej średnicy 36 mm, enkodery inkrementalne POSITAL osiągają rozdzielczość do 16 384 impulsów. Dzięki obudowie ze stali nierdzewnej, klasie ochrony IP69K i odporności na wstrząsy 300 g, oferują doskonałą ochronę przed kurzem, wilgocią i olejem.

Enkodery obrotowe inkrementalne generują sygnał wyjściowy przy każdym obrocie wału o określony kąt. Liczba impulsów na obrót definiuje rozdzielczość urządzenia. Enkoder inkrementalny nie dostarcza informacji o pozycji absolutnej, co upraszcza jego konstrukcję i czyni go tańszym. Poza śledzeniem pozycji, enkodery te często wykorzystywane są do pomiaru prędkości. Pozycję względem punktu początkowego można obliczyć, zliczając impulsy, a prędkość wyznaczyć dzieląc liczbę impulsów przez przedział czasowy.

Zasada działania: enkoder inkrementalny

Inkrementalne enkodery obrotowe generują szeregowy sygnał wyjściowy na jednej linii transmisyjnej. Każdy czujnik musi być podłączony do jednego sterownika.
Enkoder inkrementalny ma co najmniej jeden sygnał wyjściowy “A”, a zazwyczaj dwa: “A” i “B”. Sygnały te są przesunięte względem siebie o 90°, co pozwala określić kierunek obrotu. Przy obrocie zgodnym z ruchem wskazówek zegara sygnał “A” wyprzedza “B” o 90°; przy przeciwnym obrocie – “B” wyprzedza “A”.

Niektóre enkodery generują dodatkowo sygnał “Z”, który pojawia się raz na obrót w tej samej pozycji, zwykle przez 90°. Może on służyć jako dokładny punkt odniesienia.
Dostępne są też wersje z sygnałami różnicowymi “/A”, “/B” i “/Z”, będącymi odwróconymi wersjami sygnałów “A”, “B” i “Z”. Sterownik może porównywać pary sygnałów, aby wykryć ewentualne błędy transmisji.

Zastosowanie skrętki do przesyłu sygnałów różnicowych poprawia odporność na zakłócenia i stabilność transmisji.

Sterowniki wyjściowe

Push-Pull (HTL)
Układy Push-Pull (HTL), znane również jako układy totem-pole, generują poziom sygnału odpowiadający przyłożonemu napięciu zasilania, zazwyczaj od 8 do 30 VDC. Przy odpowiednim podłączeniu, interfejs Push-Pull może zastąpić prawdziwy obwód otwartego kolektora poprzez zastosowanie zewnętrznej diody ograniczającej kierunek przepływu prądu.

RS422 (TTL)

Układy RS422 (TTL) zapewniają stały poziom sygnału 5 V, niezależny od napięcia zasilania. Można wybrać dwa zakresy zasilania: od 4,75 do 5,5 VDC (do zastąpienia wyjść typu open collector) lub od 8 do 30 VDC. Przy wykorzystaniu sygnałów różnicowych wyjście jest w pełni zgodne ze standardem RS422. Wyjścia różnicowe oferują najwyższą szybkość reakcji i najlepszą odporność na zakłócenia. Aby to zapewnić, odbiornik również powinien mieć wejście różnicowe.

Wymiana starszych sterowników wyjściowych

Zastąpienie PNP open collector (źródło prądowe) | Zastąpienie NPN open collector (odbiornik prądowy)

Programmable Incremental Encoder

Enkodery inkrementalne nieprogramowalne mogą być konfigurowane tylko w fabryce według specyfikacji klienta. Gdy jednak wymagania aplikacji się zmieniają, enkodery programowalne umożliwiają łatwe dostosowanie kluczowych parametrów. Za pomocą zewnętrznego narzędzia (UBIFAST Configuration Tool) można w oprogramowaniu zmienić:

Typ wyjścia: Push-Pull (HTL) lub RS422 (TTL)
Liczbę impulsów na obrót (PPR): wartość programowalna
Kierunek impulsów: „A przed B” lub „B przed A”

Programowalność jest szczególnie cenna dla dystrybutorów, integratorów systemów i producentów maszyn – umożliwia redukcję stanów magazynowych i większą elastyczność konfiguracji.

Specyfikacja techniczna

Logika	Poziom sygnału	Napięcie zasilania	Napięcie wyjściowe
TTL	Wysoki	4.75-30 V	min 3 V
TTL	Niski	4.75-30 V	maks. 0,5 V
HTL	Wysoki	4.75-9 V 9-30 V	min 3 V Min. napięcie – 3 V
HTL	Niski	4.75-30 V	maks. 0,5 V

Poziomy napięcia wyjściowego

Bramka logiczna rozpoznaje określone napięcia wejściowe jako stan wysoki (logiczna 1) lub niski (logiczna 0).
TTL (logika tranzystor-tranzystor): Sygnał powyżej 2 V to logiczna 1, poniżej 0,8 V to logiczna 0. Zakres napięcia wyjściowego to 0–5 V.
HTL (logika wysokiego progu): Powyżej 3 V to logiczna 1, poniżej 1 V to logiczna 0. Wysoki poziom wyjściowy zależy od napięcia zasilania. Dzięki większej różnicy napięć między stanami 0 i 1, HTL jest bardziej odporny na zakłócenia i szumy elektryczne.

Kąt elektryczny i mechaniczny

Kąt mechaniczny to rzeczywisty obrót wału wyrażony w stopniach. Kąt elektryczny dotyczy sygnałów elektrycznych. Jeden pełny cykl napięcia/prądu przemiennego to 360 stopni elektrycznych (el°). Dla enkoderów inkrementalnych jeden cykl oznacza jeden pełny impuls. Znając liczbę impulsów na obrót (PPR), można przeliczyć kąt elektryczny na kąt mechaniczny dla danego enkodera.

Współczynnik wypełnienia (Duty Cycle)

Współczynnik wypełnienia opisuje stosunek czasu „wysokiego” do „niskiego” w enkoderze inkrementalnym. Typowo wynosi on 50/50, czyli 180 el° wysoki i 180 el° niski.
Wydajność magnetycznych enkoderów inkrementalnych rośnie wraz ze wzrostem PPR i prędkości obrotowej (RPM). W przypadku enkoderów optycznych jest odwrotnie – ich wydajność spada. Podane w dokumentacji wartości DNL i INL są wartościami skrajnymi – lepszych wyników można się spodziewać przy wyższych PPR i RPM.

Kwadraura (Quadrature)

Co 90 stopni elektrycznych (el°), enkoder inkrementalny generuje zbocze narastające lub opadające na wyjściu “A” lub “B”, co oznacza zmianę sygnału. Dla enkodera ustawionego na 1000 PPR, licznik zliczy 4000 zmian sygnału (4 zmiany na impuls).

Kąt fazowy

Kąt fazowy określa odległość między dwoma zboczami sygnału, wyrażoną w stopniach elektrycznych (el°). Parametr ten jest zazwyczaj określony wartością stałą i błędem kąta (zwanym także błędem kwadraturowym).

Dokładność (DNL)

Dokładność DNL to wartość bezwzględna błędu kąta fazowego podana w stopniach mechanicznych.

Odpowiedź częstotliwościowa

To maksymalna częstotliwość, jaką enkoder może generować na wyjściach. Na przykład enkoder 200 PPR przy 600 obr./min ma częstotliwość 2000 Hz (200 × 600 ÷ 60 s).

Dokładność (INL)

Enkoder inkrementalny generuje określoną liczbę impulsów na obrót, przy czym każdy impuls odpowiada określonej pozycji mechanicznej. Maksymalne odchylenie między pozycją idealną a rzeczywistą to nieliniowość całkowa (INL). Dokładność INL ma kluczowe znaczenie przy zastosowaniach wymagających precyzyjnego pozycjonowania.