Оптический инкрементальный энкодер OPKON PRI с цельным валом

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 PRI — это оптические энкодеры, наиболее универсальные в линейке инкрементальных энкодеров OPKON. Имеют разрешающую способность до 5000 импульсов на оборот, производятся в корпусах диаметром 40 мм или 50 мм.

Совместно с оптическими энкодерами серии PRI 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 магнитных энкодеров MRI
  Для оборудования, которое подвержено воздействию вибраций и механическим нагрузкам.
• Серия OPKON MRV с аналоговым выходом
  Для задач, в которых нужно непрерывно контролировать положение объекта.

• Разрешение датчиков: 100, 200, 360, 500, 600, 720, 1000, 1024, 1800, 2000, 2048, 2500, 4000, 4096, 5000 имп/об
• Типы выходов: Push-Pull, LineDriver (TTL, HTL)
• Рабочая температура: -20…+80 °C
• Диаметр корпуса: 40 мм, 50 мм, 58 мм
• Аксессуары для монтажа входят в комплект поставки (для ∅50 мм)
• Кабельный вывод с цветовой маркировкой проводов

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.

Внутри корпуса располагается фотоприемник (датчик) и взаимодействующий с ним специальный кодирующий диск. В качестве кодирующего диска используется лимб с нанесенными оптическими метками. Во время работы кодирующий диск приводится в движение валом и прерывает световой сигнал.

Таким образом, принцип действия энкодеров OPKON PRI основан на фотоэлектрическом эффекте: при попадании светового потока на фотоприемник, формируется сигнал, соответствующий логической единице, а при его отсутствии — логическому нулю.

Прерывание светового потока осуществляется вращающимся кодирующим диском. Количество прерываний строго постоянно и соответствует количеству меток на кодирующем диске. 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 решения этой проблемы в энкодерах используется два фотоприемника со специальным фильтром (маской), формирующих два сигнала (сигнал А и сигнал В). Данная конструкция позволяет энкодеру выдавать два импульсных сигнала, сдвинутых друг относительно друга на ¼ периода (90°).

Смещение сигналов обеспечивает возможность определения направления в пределах одного импульса. При вращении в прямом направлении 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:

• Электропривод с векторным управлением
• Контроль скорости на автоматическом аппликаторе этикеток
• Контроль положения инструмента на станке с ЧПУ
• Защита от раскачивания груза подвесной кран-балки

 

Электропривод с векторным управлением

Для повышения качества регулирования электропривода применяются датчики обратной связи. К преобразователю частоты ELHART EMD-VL может быть подключен энкодер OPKON PRI 40AR6 HLD 1024 Z V3 2M5R SL-RF. Использование векторного режима с обратной связью позволяет повысить точность поддержания скорости. Для подключения энкодеров используются карты расширения для ПЧ EMD-V-PGC, EMD-V-PGC1 и EMD-V-PGC2.

 

Контроль скорости на автоматическом аппликаторе этикеток

Энкодеры OPKON PRI 40AR6 HLD 1024 Z V3 2M5R SL-TS применяются в этикетировочных машинах для измерения скорости подачи продукта или конвейера. Измерение скорости подачи коробок дает возможность синхронизировать скорости подачи этикеток и самого конвейера. При приближении коробки к ультразвуковому датчику microsonic nero подается команда запуска аппликатора. Запускается привод ELHART EMD-MINI, отвечающий за размотку и нанесение на коробку этикетки. При срабатывании датчика наличия этикетки microsonic esf-1 частотный преобразователь EMD-MINI останавливается. Применение энкодера позволяет автоматически изменять скорость разматывающего устройства (ПЧ EMD-MINI).

 

Контроль положения инструмента на станке с ЧПУ

Энкодер OPKON PRI 50AR6 HLD 5000 Z V3 2M5R SL-TS применяется для измерения положения инструмента на фрезерном станке с ЧПУ. Датчик присоединяется к ведомому валу и передает инкрементальный сигнал на стойку управления, таким образом контроллер отслеживает скорость и положение инструмента при фрезеровании. Также энкодер может устанавливаться на вал шпинделя для контроля оборотов фрезы. Благодаря высокому разрешению энкодера PRI50 (до 5000 имп/об) достигается высокая точность обработки детали. Для управления высокоскоростным шпинделем используется ПЧ EMD-MINI, обеспечивающий выходную частоту до 999 Гц.

 

Защита от раскачивания груза подвесной кран-балки

При движении ходовой каретки по путям возможно раскачивание груза. Для защиты от раскачивания применяется энкодер OPKON PRI 40AR6 HLD 1024 Z V3 2M5R SLRF совместно с преобразователем частоты EMD-VH. Применение ПЧ, работающего в векторном режиме с обратной связью позволяет плавно регулировать скорость движения без резких ускорений и рывков, тем самым снизить время простоя.

Инкрементальный оптический энкодер OPKON PRI40

---

Инкрементальный оптический энкодер OPKON PRI50

---

Инкрементальный оптический энкодер OPKON PRI58

Подключение энкодеров c выходным сигналом Push-Pull

---

Подключение энкодеров PRI c выходным сигналом LineDriver