Магнитный инкрементальный энкодер OPKON MRI

Инкрементальные энкодеры (датчики угла поворота, преобразователи угловых перемещений) предназначены для преобразования угла поворота или угловой скорости в импульсы. При одном обороте вала энкодер выдает фиксированное количество импульсов. Это количество импульсов — разрешение (количество импульсов на оборот), величина характеризующая точность энкодера.

Для удобства работы импульсы могут быть преобразованы в физическую величину: расстояние (количество оборотов, угол поворота) или в скорость (частоту вращения). Для этого применяют вторичные устройства, обрабатывающие сигнал: счетчики импульсов, тахометры и ПЛК.

Серия энкодеров MRI — это магнитные энкодеры в линейке инкрементальных энкодеров OPKON для оборудования, которое подвержено воздействию вибраций и механическим нагрузкам. Имеют разрешающую способность от 4 до 512 импульсов на оборот, производятся в корпусах диаметром 40 или 50 мм.

Применение магнитного сенсора в энкодерах OPKON серии MRI делает их устойчивыми к механическим воздействиям, резким перепадам температуры (к образованию конденсата) и к условиям повышенной запыленности. Энкодеры MRI имеют защиту корпуса по классу IP54 (IP65 опционально).

Совместно с магнитными энкодерами серии MRI широко используются аксессуары OPKON, а также энкодеры других серий:

• Муфты соединительные
  Предназначены для соединения вала энкодера с механизмом, позволяют компенсировать несоосность.
• Энкодеры OPKON PRI 50H с полым валом
  Предназначены для установки на вал механизма, занимают минимум пространства.
• Серия оптических энкодеров PRI
  Универсальные энкодеры с высоким разрешением до 5000 имп/об.
• Серия OPKON MRV с аналоговым выходом
  Для задач, в которых нужно непрерывно контролировать положение объекта.

• Разрешение датчиков: 4, 8, 16, 25, 32, 40, 50, 64, 80, 100, 125, 128, 160, 200, 250, 256, 400, 500, 512 имп/об
• Типы выходов: Push-Pull, TTL, HTL
• Рабочая температура: -20…+80 °C
• Диаметр корпуса: 40, 50, 58 мм
• Модификации с угловым и осевым кабельным вводом
• Устойчивость к ударам и вибрациям

Инкрементальный энкодер — это устройство, преобразующее угловое перемещение вала в нормированный дискретный сигнал. Конструктивно энкодер состоит из измерительного преобразователя, защищенного корпусом и вала, передающего вращательное движение. Для защиты от внешних воздействий измерительной части предусмотрены уплотнения корпуса и вала, обеспечивающие защиту от внешних воздействий IP54. Со стороны вала расположен фланец с резьбовыми отверстиями (М3) для крепления энкодера.

Принцип действия энкодеров OPKON MRI основан на эффекте Холла: под действием внешнего магнитного поля в проводнике с постоянным током возникает холловское напряжение (поперечная разность потенциалов). В энкодерах OPKON серии MRI роль источника магнитного поля выполняет постоянный магнит, установленный на валу энкодера. А измерение напряжения осуществляется с помощью интегральной микросхемы со встроенным датчиком магнитного поля.

При повороте вала формируется выходной сигнал энкодера. Данный сигнал представляет собой последовательность импульсов, количество которых пропорционально углу поворота. В характеристиках энкодеров эта величина обозначается как разрешение — количество импульсов, поступающих за один оборот (имп/об, PPR, pulse per revolution). С помощью него можно определить дискретность энкодера — перемещение, соответствующее одному импульсу энкодера.

Например, если использовать энкодеры с разрешением 100, 360 и 5000 имп/об, то один импульс будет соответствовать перемещению на 3.6°, 1°, 0.072° соответственно.

Зная разрешение энкодера и считая количество импульсов (контроллером или счетчиком) можно определить:

1. Угол поворота (φ).
   Подсчет количества импульсов (n), поступивших от энкодера, позволяет определить угол поворота (φ), совершенный валом.

   $$\phi =\frac{n\cdot 360°}{\mathit{Разрешение}(\mathit{имп}/\mathit{об})}$$
   Пример: если энкодер выдал 1250 импульсов, а сам он имеет разрешение 5000 имп/об, то это означает, что вал совершил поворот на 90° (1250 * 360 / 5000 = 90).
2. Угловую скорость (ω).
   Для определения скорости вращения (об/мин) необходимо подсчитывать количество импульсов, поступающих за единицу времени (например, за 1 секунду).

   $$\omega =\frac{n\cdot 60\mathit{сек}}{\mathit{Разрешение}(\mathit{имп}/\mathit{об})}$$
   Пример: если за 1 секунду поступило 1250 импульсов и энкодер также имеет разрешение 5000 имп/об, то скорость вращения вала — 15 оборотов в минуту (1250 * 60 / 5000 = 15).

Представленные примеры справедливы для механизмов одностороннего действия. Измерение вращения в двух направлениях невозможно, так как один импульсный сигнал не может дать информацию о том, в какой момент произошла смена направления. Для защиты выходного сигнала от дребезга и определения направления вращения используются два сигнала, сдвинутые относительно друг друга на 90°.

Смещение сигналов обеспечивает возможность определения направления в пределах одного импульса. При вращении в прямом направление сигнал А всегда будет опережать сигнал В, а при вращении в обратном — наоборот, первым будет сигнал В.

Помимо сигналов А и В в энкодерах дополнительно используется сигнал Z. Он выдает единичный импульс, при прохождении кодирующим диском полного оборота (360°). Сигнал Z позволяет подсчитывать количество оборотов. Таким образом, каждый энкодер оборудован тремя каналами (ABZ) для передачи сигнала.

Разрешение энкодера

Разрешение — это основной параметр энкодера, характеризующий его точность. На первый взгляд может показаться, что лучшим выбором является энкодер с максимальным разрешением. Но они имеют более высокую стоимость и к тому же могут быть не совместимы (по частоте сигнала) с вторичным прибором. Частота сигнала (вторичного прибора) накладывает ограничение на максимальное разрешение и максимальную скорость вращения энкодера.

Например: для ПЛК с максимальной частотой на входе 10 кГц, нужно выбрать энкодер, обеспечивающий дискретность в 1° при максимальной скорости вращения 3000 об/мин.

• Если выбрать энкодер в соответствии с требуемой точностью, то необходима модель 360 имп/об. Но максимальная скорость не должна превышать 1667 об/мин.
• Если выбирать энкодер, соответствующий по скорости вращения, то это модель 200 имп/об. Но при таком разрешении обеспечивается точность 1.8°.

200 имп/об — это номинальное разрешение энкодера, но при использовании специальных алгоритмов счета его можно увеличить в 2 и в 4 раза. Для этого при счете учитываются сигнал не только канала А, но и канала В. При счете по двум каналам, для каждого импульса можно выделить четыре промежуточных состояния:

Существует три основных режима счета.

---

---

Типы выходных сигналов

Для передачи сигнала энкодеры могут быть оборудованы тремя типами выходов:

---

---

Универсальные выходы LineDriver

Каждый из выходных сигналов (A, А, B, B, Z, Z) энкодеров OPKON PRI (модификации HTL) является универсальным (реализован по схеме Push-Pull) работает с NPN, и PNP-входами. Это дает возможность использовать энкодеры с выходом LineDriver для передачи сигнала по стандартной дифференциальной схеме и по однопроводной схеме (без инвертированных сигналов).

---

Помехозащищенность дифференциального выходного сигнала

При использовании энкодеров со стандартным выходом (ABZ) возможно возникновение ложных срабатываний. Это может происходить из-за большой длины сигнального кабеля, стороннего оборудования (излучение ЭМ-помех) или при несоблюдение правил монтажа. Для работы в таких условиях рекомендуется использовать энкодеры с дифференциальным выходом (A, A,B, B, Z, Z).

Помехозащищенность дифференциального сигнала выше, т.к. вторичное устройство (счетчик) отслеживает разницу между двумя сигналами (A и A), а не между одиночным сигналом и уровнем питающего напряжения (А и V_общ.). Таким образом, помехи одинаково влияющие на два проводника (A и A) при дальнейшей обработке сигнала (дифференциальным усилителем вторичного устройства) фильтруются и не вносят ошибок в измерения.

Список применений:

• Контроль скорости и положения на балансировочном станке
• Поддержание скорости размотки на печатной машине
• Линия поперечной резки полипропиленовых мешков

 

Контроль скорости и положения на балансировочном станке

При использовании балансировочных станков могут применяться магнитные энкодеры OPKON MRI 50AR6 HLD 500 Z V2 2M5R SL. Датчик позволяет точно определять угол поворота колеса при балансировке. Благодаря использованию магнитного сенсора энкодер MRI сохраняет работоспособность даже в условиях повышенной загрязненности и перепадов температур. С помощью преобразователя частоты EMD-MINI регулируется скорость вращения объекта.

 

Поддержание скорости размотки на печатной машине

Информация о скорости вращения (от энкодера OPKON MRI 50AR6 HLD 100 Z V2 2M5R SL) передается в преобразователь частоты EMD-VH. При размотке преобразователь частоты автоматически изменяет скорость вращения, поддерживая постоянную линейную скорость. Благодаря поддержанию постоянной линейной скорости обеспечивается защита полотна от растяжения и замятия.

 

Линия поперечной резки полипропиленовых мешков

При производстве полипропиленовых мешков необходимо поддерживать точность нарезки заготовок. Длина мешка контролируется с помощью энкодера OPKON MRI 40AR6 HLD 200 Z V2 2M5R SL, установленного на ведущем валу. Информация с энкодера поступает на счетчик EMKO EZM-4450 в виде инкрементального сигнала. Счётчик импульсов отсчитывает пройденный путь и при достижении заданного размера подает команду для запуска ножа гильотины.

Инкрементальный магнитный энкодер OPKON MRI40

---

Инкрементальный магнитный энкодер OPKON MRI50

---

Инкрементальный магнитный энкодер OPKON MRI58

Подключение энкодеров c выходным сигналом Push-Pull

---

Подключение энкодеров PRI c выходным сигналом LineDriver