كيفية اختيار التشفير المطلق مقابل التشفير التزايدي المناسب للأتمتة الصناعية

تتمحور الأتمتة الصناعية حول الدقة، ويحدد قرار ما إذا كان نظامك ينفق عملته على مشفر مطلق أو مشفر تزايدي كفاءة هذا الإنفاق. سواء كنت تصمم لتطبيقات معقدة للتحكم في الحركة أو مراقبة بسيطة للسرعة، فإن فهم الأنواع المحددة من أجهزة التشفير أمر بالغ الأهمية. غالبًا ما يعود العثور على الملاءمة الجيدة بين المشفر المطلق مقابل التقنية التزايدية إلى موازنة التكلفة مقابل أسباب السلامة واحتياجات الأداء.

يغطي هذا الدليل مجموعة كبيرة من التطبيقات لمساعدتك في تحديد نوع أداة التشفير التي تنتمي إلى نظام التحكم في الحركة لديك.

أجهزة التشفير التزايدي: المبادئ وضرورة الترجيع

أنت بحاجة إلى معرفة كيفية عمل أداة التشفير التزايدي من أجل معرفة الخيار الذي أنت على وشك القيام به. إنه العمود الفقري للصناعة، والذي يتميز بالبساطة في الأجهزة.

تعتمد العملية على قرص جهاز تشفير تزايدي - وهو عادةً قرص شفاف به مجموعة من الخطوط أو الفتحات غير الشفافة. يتم تمرير مصدر ضوئي عبر هذه الفتحات أثناء دوران القرص، وينتج كاشف ضوئي تيار مستمر من النبضات الكهربائية. عادةً ما يتم ترتيب إشارة الخرج هذه في ثلاث قنوات: الإشارة (أ) والإشارة (ب) والإشارة (ب) والإشارة (ز) (إشارة المؤشر).

تظهر هذه الإشارات على شكل موجات مربعة. ويحدد تردد هذه النبضات سرعة النظام، ويرتبط عدد النبضات بالمسافة. من خلال مقارنة فرق الطور بين الإشارة (أ) والإشارة (ب)، يحدد النظام اتجاه الحركة (على سبيل المثال، عندما تتقدم A على B، فإن العمود يدور في اتجاه عقارب الساعة). تقوم وحدة التحكم بعد هذه النبضات لتحديد موضع العمود.

ولكن تأتي دقة التشفير التزايدي مصحوبة بعبء تشغيلي محدد: مفهوم “التوجيه”.”

يقيس النظام التزايدي بشكل أساسي الموضع النسبي. فهو يدرك فقط أنه قد تحرك. يتم مسح الذاكرة المتطايرة التي تحتوي على عدد النبضات عند إيقاف تشغيل الطاقة عن النظام. عند إعادة تشغيل وحدة التحكم، فإنها تقرأ الموضع صفر، بغض النظر عن الموضع الفعلي للذراع الميكانيكي أو العمود.

لكي تعمل الماكينة، يجب أن تقوم الماكينة بإجراء تسلسل توجيه للعثور على نقطة مرجعية. يجب أن تقوم بتحريك المحور فعليًا حتى تقوم بتشغيل مستشعر لتحديد موضع مرجعي. هذه هي السمة المميزة لأجهزة التشفير التزايدي.

أجهزة التشفير المطلقة: الرموز الفريدة وبروتوكولات الاتصال

يعد المشفر الدوار المطلق حلاً لمشكلة فقدان الموضع لأنه يغير لغة القياس. فهو لا يعطي دفقًا من نفس النبضات. وبدلاً من ذلك، فإنه يعيّن رمزًا فريدًا لكل موضع داخل دورانه.

القرص البصري لجهاز التشفير المطلق أكثر تعقيدًا بكثير من القرص التزايدي. فهو يحتوي على عدة شرائط متحدة المركز من الأجزاء المعتمة والشفافة. عندما يمر الضوء من خلال هذه المسارات، فإنه ينشئ كلمة رقمية متوازية بنمط معين من الآحاد والأصفار.

وهذا يعني وجود رمز فريد في كل زاوية معينة من العمود. لا تحتاج وحدة التحكم إلى حساب الحركات السابقة لمعرفة موضع الجسم؛ فهي ببساطة تقرأ الموضع الحالي.

يمتد هذا النظام المطلق إلى فئتين متميزتين:

1. مُشفِّر مطلق أحادي الدوران: توفر أجهزة التشفير هذه رمزًا فريدًا لكل موضع ضمن 360 درجة من الدوران. إذا أكمل العمود دائرة كاملة، تتم إعادة تعيين القيمة. وهذا يكفي للأذرع الروبوتية أو الصمامات التي تعمل داخل قوس محدود.
2. أداة التشفير المطلق متعدد الأدوار: تسجل هذه الأدوات معلومات الموضع بزاوية 360 درجة بالإضافة إلى عدد الدورات الكاملة. يخزن المشفر عدد الدورات عبر تروس داخلية أو ذاكرة مدعومة ببطارية. يعد هذا ضروريًا في التطبيقات الخطية التي يتم تشغيلها بواسطة براغي رصاصية، حيث تكون مسافة الانتقال الكلية أكثر من دورة كاملة لعمود المحرك.

باستخدام أجهزة التشفير المطلقة، يمكنك الانتقال من عدم اليقين النسبي إلى الموضع المطلق. يوفر الجهاز مواضع محددة وبيانات الموضع على الفور.

اختلافات الأداء الحرجة: التزايدية مقابل المطلقة

عندما نتجاوز ورقة البيانات، تظهر الاختلافات النظرية في المقارنة بين المشفر التزايدي والمقارنة المطلقة كعوامل أداء حاسمة. يجب علينا تقييمها استنادًا إلى ثلاث حقائق هندسية محددة: سلوك بدء التشغيل، واستقرار الإشارة (أو مناعة الضوضاء)، وسرعة المعالجة.

سلوك بدء التشغيل وذاكرة الموضع

الاختلاف التشغيلي الأول هو الأكثر إلحاحًا: سلوك بدء التشغيل.

باستخدام أداة تشفير تزايدي، يبدأ النظام في التشغيل بشكل أعمى. كما هو موضح، تدخل الماكينة في حالة غير منتجة لأنها تفتقر إلى ذاكرة الموضع. فهي غير قادرة على استئناف عملها، وعليها توجيه نفسها بنفسها. هذه الحاجة إلى التوجيه ليست مجرد إزعاج في العمليات واسعة النطاق، كما في حالة الرافعات الجسرية أو أنظمة التخزين الآلي أو المطابع الثقيلة؛ بل هي خطر تشغيلي خطير. عندما يحدث انقطاع في الطاقة عندما يكون الذراع الروبوتية في عمق هيكل السيارة على خط التجميع، فإن التوجيه الموجه غير ممكن دون خطر حدوث تصادم. يجب أن تكون الذراع على دراية بالمكان الذي يجب أن تنسحب منه بأمان.

يوفر جهاز التشفير المطلق ذاكرة الموضع والاستعداد الفوري. نظرًا لأنه يتم تحديد الموضع من خلال النمط المادي على القرص، يتم توفير البيانات بعد استعادة الطاقة بأجزاء من الثانية. لا توجد حركة ضرورية. يتم طلب أداة التشفير بواسطة وحدة التحكم ويتم توفير الإحداثيات الدقيقة. تعمل ميزة ذاكرة الموضع هذه بشكل أساسي على تغيير مقياس أمان الماكينة. فهي تسمح بـ “إعادة التشغيل السريع”. هذا ليس رفاهية في البنية التحتية الحرجة، مثل معدات المسح الطبي أو أنظمة التحكم في المصاعد، ولكنه مطلب سلامة. لا يمكن أن يُطلب من الروبوت الجراحي إعادة معايرة نقطة الصفر عندما يكون المريض على الطاولة.

استقرار الإشارة في البيئات عالية الضوضاء

البيئة الكهربائية في الصناعات معادية. فهي تحتوي على محركات التردد المتغير (VFDs)، ومعدات اللحام الثقيلة والمفاتيح الكهربائية عالية الجهد. تسبب هذه الأدوات الكثير من التداخل الكهرومغناطيسي (EMI). ومن هنا ستكون فكرة المتانة هي العامل الحاسم في اختيارك لأداة التشفير المطلقة مقابل التشفير التزايدي.

تكون أجهزة التشفير التزايدي عرضة للتشويش الكهرومغناطيسي الكهرومغناطيسي. عندما يحدث ارتفاع في الضوضاء بسبب لحام قريب ويسبب جهدًا كاذبًا في كابل الإشارة، يمكن لوحدة التحكم تفسير ارتفاع الضوضاء على أنه نبضة. ومن ناحية أخرى، قد يتم كبت النبضة المشروعة بسبب التداخل القوي.

الخطر في هذه الحالة هو الخطأ التراكمي. عندما تفشل وحدة التحكم في تلقي نبضة واحدة من بين آلاف النبضات، فإن الموضع المسجل ليس هو نفسه الموضع الفعلي. وحدة التحكم غير مدركة لحقيقة أنها أخطأت في العد. وتستمر في عد الرقم الخطأ. تتراكم هذه الأخطاء الطفيفة على مدى ساعات من العمل. قد يقوم عامل اللحام الآلي في يوم من الأيام باللحام بعيدًا عن الهدف بمقدار 2 مم، مما يؤدي إلى دفعة كاملة من المنتج الخردة. ويستمر الخطأ إلى أن يتم إيقاف تشغيل الماكينة وإعادة تشغيلها.

تحتوي أجهزة التشفير المطلقة على تصحيح ذاتي. فهي لا تستند إلى إحصاء جارٍ. فهي ترسل كلمة رقمية للموضع الحالي.

خذ مثالاً على حالة تلف نقل البيانات بسبب التشويش الكهربائي لأكثر من 10 ميلي ثانية. يمكن أن تحصل وحدة التحكم على بيانات غير صالحة خلال تلك الفترة القصيرة. ولكن عندما يتوقف التشويش، تكون حزمة البيانات التالية من أداة التشفير المطلقة هي رمز الموضع الصحيح الجديد اعتمادًا على زاوية العمود في الوقت الحالي. لا يتضاعف الخطأ. يعالج النظام نفسه ذاتيًا على الفور. في التطبيقات ذات الموثوقية العالية حيث تكون سلامة الإشارة أمرًا بالغ الأهمية، فإن مثل هذا التحقق القوي من صحة البيانات يجعل التشفير المطلق أفضل.

حدود السرعة والكمون في معالجة البيانات

على الرغم من تفوق أجهزة التشفير المطلقة من حيث الموثوقية، إلا أن فيزياء معالجة البيانات تفرض قيودًا مختلفة من حيث السرعة مقارنةً بالأنظمة التزايدية.

يحد تردد النبض من أجهزة التشفير التزايدي. كلما زادت سرعة العمود، زادت وتيرة النبضات. عند نقطة ما تصل إلى حد مادي حيث لا يمكن للإلكترونيات التشغيل والإيقاف بسرعة كافية، أو أن سعة الكابل تحول الموجات المربعة إلى فوضى غير مقروءة. ولكن، في نطاقها، تكون الإشارات المتزايدة لحظية تقريبًا.

المشفرات المطلقة مقيدة بوقت الاستجابة ومعدل الباود. نظرًا لأن أداة التشفير تحتاج إلى قراءة النمط، وترميزه إلى بروتوكول رقمي (مثل SSI أو EtherCAT)، وإرسال حزمة البيانات هذه إلى وحدة التحكم، فإن لها تأخير حسابي صغير. حتى في التطبيقات فائقة السرعة، يجب مراعاة هذا التأخير، حتى بالميكروثانية، في حلقة التحكم.

علاوة على ذلك، يحدد وقت دورة الاتصال معدل تحديث بيانات الموضع. عندما تحتاج إلى تغذية راجعة للسرعة في الوقت الفعلي لمحرك مؤازر ديناميكي للغاية، فأنت بحاجة إلى التأكد من أن معدل الاتصال الخاص بالمشفّر المطلق أعلى من حلقة التحكم في محرك الأقراص. تم سد هذه الفجوة من خلال أجهزة التشفير المطلقة الحديثة، على الرغم من أنه في مراقبة السرعة الأولية البسيطة، لا يزال النبض المباشر للمشفّر التزايدي حلاً صالحًا ومنخفض الكمون.

معايير الواجهة: التوصيل وتكامل وحدة التحكم

إن اختيار جهاز التشفير ليس هو المعركة بأكملها، فأنت بحاجة إلى التأكد من توافقه مع وحدة التحكم الخاصة بك. إن تعقيد دمج التقنيتين مختلف للغاية.

يتم توصيل أداة التشفير التزايدي بأسلاك التوصيل. عادةً ما يكون لديك ثلاثة أسلاك إخراج (A، B، Z) ومعكوساتها والطاقة والأرض. تحتاج إلى وحدة عداد عالي السرعة (HSC) على جانب وحدة التحكم. المعالج الداخلي لوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) مطلوب لمعالجة المنطق، ويجب برمجته لقراءة نبضات التربيع. الأسلاك قياسية، ولكن الأمر متروك لوحدة المعالجة المركزية لوحدة التحكم المنطقي لوحدة التحكم المنطقي.

المشفرات المطلقة هي عقد شبكة ذكية. فهي تحتاج إلى بروتوكولات اتصال معينة. هذا هو المكان الذي لا يمكن اختراقه مع بنيتك الحالية.

• الواجهات التسلسلية (مباحث أمن الدولة/BiSS): الواجهة التسلسلية المتزامنة (SSI) هي معيار الاتصال من نقطة إلى نقطة. كما أنها فعالة وتستخدم عددًا أقل من الأسلاك وتنقل بيانات الموضع متزامنة مع نبضة ساعة ترسلها وحدة التحكم. تم تطويرها ثنائي الاتجاه إلى BiSS، والتي تدعم معدلات بيانات أعلى.
• الناقل الميداني و إيثرنت (مودبوس, EtherCAT, بروفينيت): كثيرًا ما ترتبط أجهزة التشفير المطلقة الحديثة مباشرةً بالشبكة الصناعية. والمثال النموذجي على ذلك هو مشفر EtherCAT الذي يتم تركيبه ببساطة في منفذ Ethernet لمحرك الأقراص أو وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة. يتيح ذلك لوحدة التحكم ليس فقط الحصول على بيانات الموضع، ولكن أيضًا بيانات التشخيص مثل تنبيهات درجة الحرارة أو تنبيهات الاهتزاز.

تحليل التكلفة: السعر المقدم مقابل القيمة على المدى الطويل

إنها حقيقة موضوعية: سعر شراء المشفر المطلق أعلى من سعر المشفر التزايدي. يكلف القرص الضوئي المعقد ورقاقات المعالجة المدمجة أكثر في التصنيع. ومع ذلك، لا تُتخذ القرارات الهندسية الذكية أبدًا بناءً على سعر الملصق وحده. فهي تستند إلى التكلفة الإجمالية للملكية (TCO).

إنها حقيقة موضوعية: سعر المشفر المطلق أعلى من المشفر التزايدي. فالقرص الضوئي المعقد ورقاقات المعالجة الموجودة على متنه أغلى في الإنتاج. ومع ذلك، لا يتم استخدام السعر الملصق أبدًا لاتخاذ قرارات هندسية ذكية. فهي تستند إلى التكلفة الإجمالية للملكية (TCO).

عندما تقرر توفير المال على المكون عن طريق اختيار أداة تشفير تزايدي، فأنت في الواقع تنقل النفقات إلى أجزاء أخرى من النظام. ستحتاج إلى شراء مفاتيح حدية. عليك أن تدفع لتركيب هذه المفاتيح وتوصيلها سلكيًا. يجب دفع وقت برمجة PLC لكتابة روتين التوجيه الموجه.

الأهم من ذلك، تحتاج إلى النظر في تكلفة وقت التعطل. بافتراض أن الماكينة تحتاج إلى 15 دقيقة لإعادة التشغيل في كل تغيير في الوردية أو انقطاع التيار الكهربائي، وأن الماكينة تنتج $1000 من المنتج في الساعة، فإن أداة التشفير الإضافية الأرخص تكلفك 250 في اليوم في الإنتاجية المفقودة.

فيما يلي الآثار المالية الفعلية المترتبة على ذلك:

يمكن لجهاز التشفير المطلق أيضًا أن يؤتي ثماره في غضون أشهر قليلة في الأنظمة المعقدة متعددة المحاور، حيث يتم إزالة الأجهزة والعمالة اللازمة لتهيئة الموضع.

تطبيقات الصناعة: الاختيار بناءً على السيناريو

التكنولوجيا محددة، ولكن الاستخدام هو الذي يحدد القرار. لا تتطلب جميع الأعمدة عنوانًا مطلقًا. وتهتم الهندسة الذكية بالقدر المناسب من التكنولوجيا للمشكلة دون الإفراط في الهندسة أو التقليل من المواصفات.

فيما يلي دليل مرجعي لنوع أداة التشفير التي من المرجح أن تتطابق مع الوضع الصناعي النموذجي عند التفكير في حلول التشفير المطلق مقابل حلول التشفير التزايدي:

الحكم النهائي تحسين نظام الأتمتة الخاص بك

الاختيار بين المشفرات المطلقة والتزايدية ليست معركة “الأفضل مقابل الأسوأ”. إنها معركة “الملاءمة مقابل الاحتكاك”.”

إذا كان تطبيقك يتضمن تحكمًا مستمرًا في السرعة أو عدًا بسيطًا أو آلات ذات ميزانية محدودة حيث يكون التوجيه مزعجًا بشكل طفيف، فإن أداة التشفير التزايدي يظل معيارًا موثوقًا وفعالاً من حيث التكلفة.

ومع ذلك، إذا كان نظامك يتطلب بدء التشغيل الفوري، أو يعمل في بيئات كهربائية عالية الضوضاء، أو ينسق محاور متعددة، أو يشكل خطرًا على السلامة في حالة فقدان الموقع، فإن أداة التشفير المطلق ليست مجرد ترقية، بل هي ضرورة. يتم إرجاع الاستثمار الأولي الأعلى من خلال التصميم الميكانيكي المبسط، وتقليل جهد البرمجة، وإلغاء وقت التعطل.

قائمة الاختيار الخاصة بك:

1. السلامة: هل تشكل الحركة غير المتوقعة أثناء التوجيه خطراً؟ (إذا كانت الإجابة بنعم -> مطلقاً)
2. وقت التوقف: هل الوقت المستغرق في توجيه الماكينة يكلفك إيرادات الإنتاج؟ (إذا كانت الإجابة بنعم -> مطلقًا)
3. البيئة: هل يتم التركيب بالقرب من أجهزة VFD أو اللحام أو خطوط الجهد العالي؟ (إذا كانت الإجابة بنعم -> مطلق لمناعة الضوضاء)
4. الوظيفة: هل الحاجة الأساسية هي التحكم في السرعة (تزايدي) أم التحكم في الموضع (مطلق)؟

في OMCH، لا نقوم في OMCH بتجميع المستشعرات فحسب، بل نقوم بهندسة اليقين. بعد أكثر من 38 عامًا من الخبرة في مجال التصنيع، نقدم مجموعة كاملة من أجهزة التشفير المخصصة لتلبية احتياجات العالم. والأهم من ذلك، تتمتع أجهزة التشفير لدينا بتصميم توافق عالمي، وهو متوافق مع بروتوكولات الصناعة السائدة لتوفير مصافحة سلسة مع مجموعة متنوعة من واجهات التحكم. نحن ندعم هذه المرونة بمعايير جودة لا هوادة فيها. لدينا إنتاج صارم يستند إلى نظام إدارة ISO 9001، وجميع الوحدات متوافقة مع شهادات CE وCCC وROHS. هذه الاعتمادية ليست وليدة الصدفة، بل هي نتيجة إجراءات الفحص الصارمة المكونة من أربع خطوات، بدءًا من دقة اختبار المواد الخام، ووصولاً إلى اختبار تقادم إلزامي بنسبة 100 في المائة للتحميل الكامل.

لا تدع عدم اليقين في الموضع يؤثر على أداء جهازك. اتصل بأحد مهندسي OMCH اليوم، ودعنا نساعدك في اختيار حل التغذية الراجعة الدقيق الذي يستحقه نظام التشغيل الآلي الخاص بك.