Encoder Çıkış Signals'e Giriş

Encoders modern otomasyon, robotik ve hareket kontrol sistemlerinde temel algılayıcı cihazlardır. Mekanik hareket vemdash'i dönüştürürler; şarj edicilerin, sürücülerin ve PLC'lerin yorumlayabildiği elektrik sinyallerine yol açabilirler.

Bu kılavuz, üç ana encoderin sinyal tipinin ayrıntılı bir teknik incelemesini sağlar: dörtlü (incremental), sinusoidal (analog), ve dijital (discrete) her format için, altta yatan elektrik özelliklerini, tipik uygulamaları, avantajları, kısıtlamalar ve sistem entegrasyonu için pratik düşünceler inceleyeceğiz.

Quadrature Encoder Signals

Quadrature encoders, endüstriyel hareket kontrolündeki en yaygın kullanılan artış formatıdır. 90 derece faz geçişinden adını iki kare-k dalga kanalı arasında alır, tarihsel olarak Channel A ve Channel B olarak adlandırılır. Bu aşama ilişkisi, hem pozisyon artışlarını hem de seyahat yönünü tek bir sensör çiftinden kodlama imkanı sağlar.

Quadrature Signals Work Nasıl Çalışıyor

Bir dörtlülük içinde, bir dönen disk, bir tür alternatif şeffaf ve tıkanma segmentleri (parçalı kodlayıcılar) veya manyetik kutuplar (mantik encoders) bir algılama elemanına geçer. Disk geri döner, sensör bir periyodik elektrik dalgası oluşturur.

Temel ilke basittir: Kanal A kanal B'ye yol açtığında, hareket saat yönünde (veya ileriye) kabul edilir. Kanal B kanalı A'ya yol açarken, hareket saatli (veya tersine) karşılanır (veya tersine). Bu liderlik/lag ilişkisi, tüm kadran decoder mantığında temeldir.

Index Pulse (Channel Z veya I)

Çoğu dörtlü encoders ayrıca üçüncü bir çıkış kanalını da içerir, genellikle Index veya Zero Pulse (Channel Z veya I) Bu nabız, devrim başına bir kez meydana gelir (köpücü kodlayıcılar için) veya sabit bir referans pozisyonunda ( lineer kodlayıcılar için)

Yüksek güvenilirlik gerektiren uygulamalar için, indeks pulu genellikle disk veya ayrı bir sensör üzerinde ayrı bir işaretle oluşturulur, her devrimin tam olarak aynı mekanik pozisyonunda olmasını sağlar. Bu özellik makine araçları, pick-and-place robotları için kritiktir ve herhangi bir sistem bir güç döngüsünden sonra bilinen bir referansa geri dönmek zorundadır.

Signal Özellikleri ve Frekans Özellikleri

Quadrature sinyalleri genellikle 5&thinsp mantığı ile dijital kare dalgalarıdır;V, 12 V, veya 24 V, encoder tipi ve çıkış sürücüsüne bağlı olarak, bu kare dalgalarının frekansı doğrudan devrim başına hız ve pul pul pul pul puls sayısına göre anlamlıdır (PPR). Örneğin, 3000 RPM her kanalda bir çıkış frekansı üretir:

Frekans = (PPR × RPM) / 60 = (1000 × 3000) / 60 = 50 kHz

En yüksek frekans bir kanal çıktı, iç elektronikleri ve alma cihazın genişliği ile sınırlıdır. Yüksek hızlı uygulamalar, kontrolün giriş frekansı sınırları içinde kalmak için daha düşük PPR'ye sahip kodlayıcılar veya tam olarak, birkaç yüz kilohertz'ı işlemek için yüksek hızlı girişler ile kontrol edilebilir.

X1, X2 ve X4 Decoding

Dört ayrı işaret geçişlerinin en güçlü özelliklerinden biri, B yükselen ve B düşüşünü çoğaltma yeteneğidir. Çünkü iki kanal aşamadan 90 derece uzaktadır, her döngü dört ayrı sinyal geçişi içerir (endüstriyel, A falling, B yükselir ve B düşer.

  • [FONT:0]X1 decoding:[Dönder:[Dönder:[Dönder: 1) Kontlar, genellikle Kanal A. Kararlarının yüksek çözünürlükte PPR'ye eşit.
  • [FONT:0)X2 decoding:[Dönetici:[Dönder: 1 ) Kanal A'nın yükselen ve düşen kenarları, 2× PPR'ye karar verme.
  • [FONT:0)X4 decoding:[Dönler:[Dönler: 1 ) Tüm dört kenar (hem kanalların her iki tarafında da kenarlar), 4 × PPR'ye karar vermek.

Bu kenar-saygı yeteneği, tasarımcıların dört kenarını ele geçirebilmeleri için yüksek etkili bir karar elde etmelerine izin verir ve sinyal bütünlüğüne daha fazla fiziksel hatlar ile daha sıkı zaman sınırlamaları uygular.

Uygulamaları ve Suitability

Quadrature encoders, göreceli pozisyon takip, hız ölçümü ve yön algılamanın gerekli olduğu uygulamalarda öne çıkarlar. Common use cases include:

  • CNC makine aracı axes (spindle ve servo geri bildirim)
  • Cam kemer pozisyonu izleme ve hız kontrolü
  • Robotik ortak açı ölçüm
  • Malzeme işleme ve paketleme makineleri
  • Motor hızı ve servo sürücüler için geri bildirim

Quadrature sinyalleri özellikle mutlak bir referans olmadan sürekli pozisyon izleme gerektiren sistemler için uygun, taklit prosedürleri için indeks nabına güvenmek.

Sinusoidal Encoder Signals

Sinusoidal encoders, bazen sine-kosine encoders olarak adlandırılır, döngü için kodlayan analog çıktı sinyalleri sürekli olarak değişir ve mekanik açı veya pozisyondaki kosine fonksiyonlarını talep eder.Dörtgenlik sinyallerinin aksine, sinusoidal çıktılar, döngüye kadar daha fazla bilgi sağlayan pürüzsüz, sürekli olarak farklı bir gerilim sağlar.Bu format en yüksek düzeyde hassas ve düşük seviyeli dalgalar seviyesini talep eder.

Analog Sine ve Cosine Channels

Tipik bir sinüsoidal encoder iki kanal: asi ve diğer orantılı gürültü reddedilmesi, bu küçük analogların uzun süre boyunca aktarılmasına izin vermek, yani her kanal olumlu ve negatif bir bacak (Sin+, Sin− Cos+, Cos −)

sine ve kosine gerilimi genellikle ±V ref (örneğin, ±1 V zirve-to-peak) veya ortak bir mod gerilimine atıfta bulunur.

V sin = V peak × sin( ⁇ )

V cos = V peak × cos ( ⁇ )

Bir sinyal dönemi içinde elektriksel açı nerededir. Kontrol hem analog gerilimleri hem aynı anda okur ve bir arktanjan işlevi kullanarak döngü içinde pozisyonu hesaplar.

Interpolasyon ve Yüksek Çözünürlük

Günahçıların belirleyici avantajı tek bir sinyal süresi içinde sürekli olarak pozisyon tahmin etme yeteneğidir.Bir kuature encoder sadece bir döngü içinde ayrı kenarları çözebilir (belirli 4 eyaletler 4'ü pervander), bir sinusoidal encoder, döngüdeki pozisyonu son derece iyi bir granu sürekli olarak tahmin etme yeteneğine sahiptir.

10× ile 1000 × arasındaki ara faktörler, modern servo sürücülerde ve adanmış interpolator ICs'te yaygındır. Örneğin, bir sinüsoidal encoder ile 1024-PPR kadranı için elde edilen ortalamanın ötesinde, çok yüksek PPR olmadan elde edilebilir.

Gürültü Immunity and Signal Quality

Çünkü sinusoidal sinyalleri analog, dijital meydan dalgalarından daha fazla elektrik gürültüye karşı daha hassastır. Bunu azaltmak için, yüksek kaliteli sinusoidal kodlamalar birkaç strateji kullanır:

  • [FONT:0]Differential sinyalleme:[Dönemli:[Dönemli:[D)[Dönemli:[D)[[[FONT=Q/Sin− ve Cos+/Cos − çiftler ortak mod gürültüsü iptal eder.
  • [FONT:0)Shielded çarpık kablolar: Bu elektromanyetik müdahaleyi azaltır (EMI) seçici hale getirir.
  • [FONT:0) Düşük çıktı engellendi:[Dönemli olarak tasarlanmış encoder çıktı aşamalar önemli sinyal bozulması olmadan kablo kapasitesi sürebilir.
  • [FONT:0)Amplitude monitoring:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici: 0) Bazı kontrolörler sinyal amplitüdünü sürekli olarak izler ve bir eşiğin altında sinyalin düşmesi durumunda hata bayrakları üretir (örneğin kablo hasarı, bağlayıcı sorunları veya encoder aşınma).

Signal kalitesi önemlidir, çünkü sine veya kosine kanalları doğrudan interpolasyon sonrası pozisyon hatasına çevirir. Bu nedenle sinusoidal encoders genellikle kontrol edilen ortamlarda kısa, iyi donanımlı kablolar ve yüksek kaliteli konektörler kullanılır.

Pozisyon Hatası ve Signal Durumlama

Gerçek dünya sinüsoidal encoders, asimi olmayan pozisyon hatası gibi yanlışlıklar sergilemektedir ve ilkleşme sırasında bu hataları ölçen otomatik tazminat rutinleri içerir.

Tipik hata kaynakları şunları içerir:

  • [FONT:0)Amplitude yanlış bir eşleşme:[Dönetici ve kosine tepe gerilimi farklıysa, hesaplanan açı bozuluyor.
  • [FONT=0)Resset hatası:[Döncüm:[Döncük: 0 3) Bir DC, kanaldaki bir sıfır geçişi değiştirir.
  • [FONT=0)Phase hatası:[Dönetici:0) İki sinyal tam olarak 90 derece ayrı değilse, arktangent hesaplama doğrusal olmayan bir çıktı üretir.

Hesaplama algoritmaları bu parametreleri başlangıçta ölçtü ve gerçek zamanlı olarak düzeltmeleri uygular, pozisyon hatalarının yerel sinyal kusurunun altında seviyelere iyi bir şekilde azaltılması.

Uygulamalar Sinusoidal Signals'leri Yeniden Keşfedin

Sinusoidal encoders ultra-smooth hareketinin ve son derece yüksek çözünürlükin gerekli olduğu uygulamalar için standart bir seçimdir:

  • [FONT:0) Yüksek çözünürlük servo motorlar: Birçok modern AC servo motorlar, sinusoidal kodlayıcıları komünasyon ve pozisyon geri bildirim için kullanır.
  • [FONT=0)Direct-drive tok motorlar:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönücük motorlar:[Dönücük motorlar:[Dönetici: 1) Bu motorlar, hız dalgalanmalarının en aza indirgenmesi gereken düşük hızlarda çalışır.
  • [FONT:0)Wafer işleme ve yarı iletken üretim:) Pozisyonlama aşamaları nanometre seviyesinde karar gerektirir.
  • [FONT:0)Koordin ölçüm makineleri (CMM): ) Ölçüm sensörleri en yüksek doğruluk talep eder.
  • [FONT:0)Medical Görüntüleme ekipmanı: [Döntilmiş: CT tarayıcılar ve MRG masaları düzgün, kesin bir hareket gerektirir.

Sinusoidal encoders'ın analog girişleri ele geçirebilecek ve dijital dörtlü giriş için tasarlanmış arktangent hesaplamalarını gerçekleştirebilecek uyumlu bir kontrol veya interpolator gerektirdiğini belirtmek önemlidir. Basit PLC sayacı kartları doğrudan sinusoidal sinyalleri işlemez.

Dijital Encoder Signals (Discrete Çıkışlar)

Dijital encoder sinyalleri, pozisyon veya hız bilgilerini bir dizi veya seri veya seri verileri içeren bir dizi ayrı çıkış biçimini kapsar: pul-pull, open koleksiyoncu, line driver ve seri iletişim protokolleri.

Single-Channel Pulse Tren

En basit dijital encoder çıkışı, mili döndürmeleri olarak bir nabız treni üreten tek bir kanaldır.Her nabız, sabit bir hareket artışı temsil eder.Bu format hız bilgileri sağlar ancak ikinci bir kanal olmadan yön tespit edemez. Single-kubul trenleri genellikle akış metre, hız cihazları ve olay sayması gibi uygulamalarda kullanılır.

Tipik uygulamalar şunları içerir:

  • Motor hız izleme (tachometer geri dönüşü)
  • Cam kemer hız ölçüm ölçüm ölçüm hızı
  • Rüzgar hızı anemometreler
  • Basit sayma ve toplulaştırma sistemleri

Push-Pull ve Open Jewel Çıktıları

Dijital artımlı kodlayıcılar genellikle push-pull (ayrıca totem-pole) veya açık koleksiyoner çıkış aşamalarını sunar. Bunlar encoder çıktı transistörünün yük ve güç tedarikiyle nasıl etkileşim kurduğunu tanımlar.

  • [FONT=0) Açık koleksiyoncu (NPN veya PNP): ), çıktı transistörünün mevcut (NPN) veya mevcut kaynakların (PNP) veya tedarik rayına kadar, uygun bir yük veya çekme işlemine göre, daha yavaş yavaş yavaş yavaştır.
  • [FONT-pull:0]Push-pull (totem-pole): [DFLT:1), Endüstri ortamlarda kullanılan iki transistör kullanır (bir kaynak, bir lavabo).

Line Sürücü Çıktıları (RS-422)

Uzun mesafelerde veya elektriksel gürültülü ortamlarda iletim gerektiren uygulamalar için, RS-422 standardına dayanan hat sürücü çıktıları yaygın olarak kullanılır.Bu formatta, her çıkış kanalı (A, B ve Z) bir diferansiyel çift olarak iletilir: A+/A− B+/B− Z/Z−

Line sürücü çıktıları birkaç avantaj sunar:

  • Transmisyon 100 metreye veya yüksek frekanslarda daha fazla
  • Diferansiyel sinyalleme nedeniyle mükemmel gürültü bağışıklığı
  • 1. vestinsp üzerindeki frekansları destekleyen yüksek oranlar;MHz
  • RS-422 alıcı ile PLC'lerde, servo sürücüler ve hareket kontrolörleri ile uyumluluk

Birçok yüksek çözünürlüklü kodlayıcı ve yüksek hızlı sayma uygulamaları, güvenilir operasyon için sürücü çıktıları.

Seri İletişim protokolleri (Absolute Encoders)

Arttırıcı kodlamalar sürekli pulslar çıktı olsa da, mutlak kodlayıcılar her pozisyon için eşsiz bir dijital kod sağlar.Bu kodlayıcılar birkaç tel üzerinden pozisyon verilerini iletmek için seri iletişim protokolleri kullanır. Common protokolleri şunları içerir:

  • [0]SSI (Synchronous Seri Interface): ) Endüstri otomasyonlarında yaygın olarak kullanılan basit bir saat /da protokolü. kontrolör bir saat sinyali sunar ve encoder pozisyonu veri senkronizasyonu döndürür.
  • [[Dönetici:0)BiSS (Biyolojik Senkron Seri Interface):[Dönemli Bir Seri Arayüzü)[[Dönersiz Bir Şekilde İletişim, Daha Kolay Protokol, Biyönergesel İletişim, Tanılamalar ve konfigürasyonu destekleyen daha hızlı, daha esnek bir protokol.
  • [FONT:0)EnDat:[[DDDat:[DDDDDDDDDDDDDD) Heidenhain tarafından geliştirilen, bu protokol, her iki arter ve mutlak modlarda da çalışabilir.
  • [FONT:0)CANopen:[Dönetici sistemlerde kullanılan, konfigürasyon ve tanı yetenekleri ile birlikte bir CAN otobüsü üzerinde pozisyon verileri sağlamak.

Mutlak kodlayıcılar güç kesintilerinden sonra dizinlere ihtiyaç duyar ve güç kesintilerinden dolayı pozisyon kaybına bağışıklık sağlarlar. Güvenlik-kahkadar sistemlerde, çok eksenli koordinasyonda ve referans için zaman ayıracak uygulamalar kabul edilemez.

Appropriate Signal Formatını seçin

Dört kişilik, sinusoidal ve dijital encoder çıktıları arasındaki seçim, karar verme sürecini yönlendirmek için yapılandırılmış bir karşılaştırmadır.

Çözüm ve Hassas Gereksinimler

  • [FONT=0)Quadrature: [Dönetici:[Dönetici: 0) Devrim başına birkaç bin sayıya kadar karar vermek uygun. yaklaşık 10.000-dash; X4 decoding ile devrim başına 50,000 sayı. genel hareket kontrolü için uygun maliyetli.
  • [FONT:0]Sinusoidal:[Dönetici:[Dönetici başına sayı sayısı) aşırı yüksek etkili kararın (milli devrim başına milyonlar) interpolasyon yoluyla gerekli. alt dakika doğruluk ve düşük-velocity ripple.
  • [FONT=0) Dijital (absolute): [Dönetici: [Dönetici: 0,8|Dönetici:0) Çözüm, az sayıda (örneğin, 12bit = 4096 pozisyon, 20bit = 1.048,576 pozisyonları) hemen hemen güçten kullanılabilir.

Hız ve Band genişlik

Quadrature encoders with line driver outputs can support very high rotasyon hızları, öncelikle karşıtlığın en yüksek giriş frekansı ile sınırlı olabilir. Sinusoidal encoders ayrıca yüksek hızlarda da çalışabilir, ancak interpolasyon elektronikleri sinyal frekansının üstesinden gelmek için yeterli bant genişliğine sahip olmalıdır.

Kablo uzunluğu ve Gürültü Ortamı

  • [FONT:0]Short kablo çalışır (<5 m), temiz çevre: Açık koleksiyoncu, it-pull veya tek uçlu dörtlü dörtlülük kabul edilebilir.
  • [FONT:0)Medium kablo (5–30 m), orta gürültü: Line sürücüsü (RS-422) dört kişilik veya diferansiyel sinüsoidal için.
  • [FONT:0) Uzun kablo çalışır (>30 m), yüksek gürültü: [DDÜ: 1) Doğru sürücü veya mutlak seri sağlam protokolle (örneğin, EnDat, BiSS ile CRC kontrolü).

Sistem Uyumluluk ve Maliyet

Quadrature encoders en evrensel olarak uyumlu çünkü neredeyse her hareket kontrol cihazı ve PLC, dörtlü girişleri destekler. Sinusoidal encoders özel interpolator girişleri gerektirir, artan sistem maliyeti. mutlak encoders, çok eksenli sistemler ve güvenlik uygulamaları ile sınırlanabilirlik arasındaki eşleştirme protokolü desteği gerektirir.

Bütünleşme için Pratik Değerlendirmeler

İşaret Şartma ve Tesih

Proper sinyallendirme güvenilir encoder işlemi için gereklidir:

  • [FONT=0]Tücudların tespiti:[Döneticileri için, son derece 120 ULL) kabloyu eşleştirmek ve yansımaları en aza indirmek için alıcıya yerleştirilmelidir.
  • [FONT:0) Direktif:[Döneticiler, programlanabilir dijital filtrelere debounce sinyalleri dahildir. ancak aşırı filtreleme geç erişim ve maksimum giriş frekansını tanıtabilir.
  • [FONT:0)Pull-up direnişçiler: Açık koleksiyoncular, mantık gerilim seviyelerini oluşturmak için uygun çekme veya çekmeye karşı direnicilere ihtiyaç duyar.

Kablo Seçimi ve Yerleme

Encoder bağlantıları için bükmeli kablo kullanın, özellikle de hat sürücüsü ve sinusoid sinyalleri için. sadece bir sonda kalkanı (tipik olarak kontrol taraf) zemin döngülerinden kaçınmak için.Geçmiş kablolar EMI darbesini önlemek için yüksek güç motor kablolarından ayrı tutun.

Tanıyı İzleme

Modern kodlayıcılar ve kontrolörler genellikle tanı yetenekleri sağlar:

  • Kont kayıp algılama ( mutlak protokolleri kontroller ile)
  • Signal amplitude monitoring (for sinusoidal encoders)
  • Kısa devre ve açık devre algılama (kesinlikle sürücü aşamaları)
  • Akıllı kodlayıcılarda Sıcaklık ve yaşlanma uyarıları

Bu tanılamalardan yararlanın, süresi önemli ölçüde azaltılabilir ve sorun gidermeyi basitleştirebilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Encoder çıkış sinyalleri, hareket kontrolü ve otomasyon sistemleri ile çalışan herkes için temel bir yetenektir. Quadrature sinyalleri, basit darbe protokollerine göre dengeli bir kombinasyon sunar ve bunları sayısız endüstriyel uygulamalar için varsayılan olarak doğrulayıcı sistemlere sunar.

En iyi seçim, uygulamanın belirli gereksinimlerine bağlıdır: karar, hız, kablo uzunluğu, gürültü ortamı, kontrol uyumluluk ve bütçe.Her sinyal formatının özelliklerine karşı bu faktörleri dikkatle değerlendirerek, mühendisler hem teknik hem de ekonomik hedefleri karşılayan güvenilir, yüksek performanslı hareket sistemlerini tasarlayabilirler.

Daha fazla okuma için encoder teknolojiler ve sinyal özellikleri, [[Ücretsiz kaynaklar:0)Heidenhain'in ürün genel bakışı), [[Dönetici sistemler rehberi[Döneticileri ve [[Döneticileri)[Döneticileri)[Döneticileri ile ilgili teknik makale[Döneticileri.