1. O que é um codificador?
Durante o funcionamento de umMotor CC N20 com caixa de engrenagens sem-fimParâmetros como corrente, velocidade e posição relativa na direção circunferencial do eixo rotativo são monitorados em tempo real para determinar o estado do motor e do equipamento rebocado, além de controlar as condições de operação do motor e do equipamento em tempo real, realizando assim diversas funções específicas, como servocontrole e regulação de velocidade. Nesse contexto, a aplicação de um encoder como elemento de medição de entrada não só simplifica consideravelmente o sistema de medição, como também o torna preciso, confiável e robusto. O encoder é um sensor rotativo que converte as grandezas físicas de posição e deslocamento de partes rotativas em uma série de sinais de pulso digitais, que são coletados e processados pelo sistema de controle para emitir uma série de comandos que ajustam e alteram o estado de operação do equipamento. Se o encoder for combinado com uma barra dentada ou um fuso, ele também pode ser usado para medir a posição e o deslocamento de partes móveis lineares.
2. A classificação do codificador
Classificação básica do codificador:
O encoder é um dispositivo de medição de precisão que combina elementos mecânicos e eletrônicos, codificando e convertendo sinais ou dados para comunicação, transmissão e armazenamento. De acordo com suas características, os encoders são classificados da seguinte forma:
● Disco codificador e escala codificada. O codificador que converte o deslocamento linear em sinal elétrico é chamado de escala codificada, e aquele que converte o deslocamento angular em sinal de telecomunicação é o disco codificador.
● Encoders incrementais. Fornecem informações como posição, ângulo e número de voltas, e definem a taxa respectiva pelo número de pulsos por volta.
● Codificador absoluto. Fornece informações como posição, ângulo e número de voltas em incrementos angulares, e cada incremento angular recebe um código único.
● Encoder absoluto híbrido. O encoder absoluto híbrido emite dois conjuntos de informações: um conjunto é usado para detectar a posição do polo com a função de informação absoluta, e o outro conjunto é exatamente igual à informação de saída do encoder incremental.
Encoders comumente usados em motores:
●Codificador incremental
Utilizando diretamente o princípio da conversão fotoelétrica, gera três conjuntos de pulsos de onda quadrada, A, B e Z. A diferença de fase entre os pulsos A e B é de 90°, permitindo determinar facilmente o sentido de rotação; a fase Z corresponde a um pulso por revolução e é utilizada para o posicionamento do ponto de referência. Vantagens: princípio de construção simples, vida útil mecânica média superior a dezenas de milhares de horas, forte capacidade anti-interferência, alta confiabilidade e adequado para transmissão a longa distância. Desvantagens: incapacidade de fornecer informações sobre a posição absoluta da rotação do eixo.
● Codificador absoluto
Existem vários canais de código concêntricos dispostos radialmente na placa de código circular do sensor. Cada canal é composto por setores que transmitem e não transmitem luz, e o número de setores em canais de código adjacentes é o dobro. O número de canais de código na placa corresponde ao número de dígitos binários. Quando a placa de código está em diferentes posições, cada elemento fotossensível converte o sinal para o nível correspondente, de acordo com a presença ou ausência de luz, formando o número binário.
Este tipo de encoder caracteriza-se pelo fato de não necessitar de um contador e poder ler um código digital fixo correspondente à posição em qualquer ponto do eixo rotativo. Obviamente, quanto mais canais de código, maior a resolução, e para um encoder com resolução binária de N bits, o disco de código deve ter N canais de código. Atualmente, existem encoders absolutos de 16 bits disponíveis no mercado chinês.
3. O princípio de funcionamento do codificador
Por meio de um disco de código fotoelétrico com eixo central, existem linhas circulares e inscrições escuras sobre ele, e dispositivos fotoelétricos de transmissão e recepção realizam a leitura. Quatro grupos de sinais senoidais são combinados em A, B, C e D. Cada onda senoidal difere em uma diferença de fase de 90 graus (360 graus em relação a uma onda circunferencial), e os sinais C e D são invertidos e sobrepostos às fases A e B, o que pode aumentar a estabilidade do sinal; e um pulso de fase Z adicional é emitido a cada revolução para representar a posição de referência zero.
Como as duas fases A e B diferem em 90 graus, é possível comparar se a fase A está à frente ou se a fase B está à frente para discernir a rotação direta ou inversa do codificador, e o bit de referência zero do codificador pode ser obtido através do pulso zero. Os materiais da placa de código do codificador são vidro, metal e plástico. A placa de código de vidro possui uma linha gravada muito fina depositada sobre o vidro, apresentando boa estabilidade térmica e alta precisão. A placa de código de metal é impressa diretamente, sem linhas gravadas, sendo mais resistente, porém, devido à sua espessura, a precisão é limitada e sua estabilidade térmica é uma ordem de magnitude inferior à do vidro. A placa de código de plástico é econômica e de baixo custo, mas apresenta precisão, estabilidade térmica e vida útil inferiores.
Resolução - o codificador que fornece quantas linhas gravadas, claras ou escuras, a cada 360 graus de rotação é chamado de resolução, também conhecido como indexação de resolução ou, simplesmente, quantas linhas, geralmente em indexação de 5 a 10.000 linhas por revolução.
4. Princípio de medição de posição e controle de feedback
Os encoders desempenham um papel extremamente importante em elevadores, máquinas-ferramenta, processamento de materiais, sistemas de feedback de motores, bem como em equipamentos de medição e controle. O encoder utiliza uma grade de difração e uma fonte de luz infravermelha para converter o sinal óptico em um sinal elétrico TTL (HTL) através de um receptor. Analisando a frequência do nível TTL e o número de níveis altos, o ângulo de rotação e a posição rotacional do motor são visualizados.
Como o ângulo e a posição podem ser medidos com precisão, o encoder e o inversor podem ser integrados em um sistema de controle de malha fechada para tornar o controle mais preciso, razão pela qual elevadores, máquinas-ferramenta, etc., podem ser usados com tanta precisão.
5. Resumo
Em resumo, entendemos que os encoders são divididos em incrementais e absolutos de acordo com sua estrutura, e ambos convertem outros sinais, como sinais ópticos, em sinais elétricos que podem ser analisados e controlados. Os elevadores e máquinas-ferramenta comuns em nosso dia a dia dependem do ajuste preciso do motor, e, por meio do controle de realimentação em malha fechada do sinal elétrico, o encoder com inversor também é uma maneira natural de se obter um controle preciso.
Data da publicação: 20 de julho de 2023