المُحلل مقابل أداة التشفير: رؤى أساسية للاستخدام الصناعي

فيما يتعلق بالأتمتة الصناعية، يعد نظام التحكم أحد أهم العوامل التي يجب مراعاتها. ومع ذلك، لا يمكنك التحكم في شيء ما ما لم تتمكن من قياسه أولاً. تؤدي أجهزة التشفير والمحللات نفس الوظيفة الأساسية. فهي تعمل كجهاز تغذية راجعة للمحركات المؤازرة، حيث تقوم بتحويل الحركة الميكانيكية للعمود من حركة دورانية إلى إشارات كهربائية يمكن استهلاكها وفهمها بواسطة وحدة التحكم في المحرك. في التطبيقات التي تتراوح بين الأذرع الروبوتية والمركبات الكهربائية، فإن اختيار أحد هذين الجهازين لن يحدد فقط قدرة الأجهزة على العمل بدقة، ولكن أيضًا قدرة الأجهزة على العمل بشكل موثوق.

مبادئ التشغيل

يتطلب منا اختيار المكون المثالي لكل وظيفة فحص فيزياء القيادة. تكمن الاختلافات الرئيسية بين المشفر والمحلل في كيفية استشعار أحدهما للحركة: أحدهما من خلال الكهرومغناطيسية والآخر من خلال الضوء.

المحولات الدوارة التناظرية المحولات الدوارة التناظرية

المحلِّل هو منتج من زمن كانت فيه المكونات الميكانيكية تحتاج إلى أن تكون متينة وقوية. وهو في الواقع محول دوار. يتألف محلل المحرك من جزأين: الجزء الثابت، وهو ثابت، والدوّار الذي يدور مع عمود المحرك. ومع ذلك، فإن ما يجعل هذه الأجزاء فريدة من نوعها هو حقيقة أنها لا تحتوي على أي لوحات دوائر أو لحام أو سيليكون. والمكونات الوحيدة التي تحتويها هي اللفات النحاسية (أو الملفات)، أو التصفيح الحديدي، أو العلبة المعدنية.

في بعض التصميمات، يتم استخدام مذيبات بدون إطار لتوفير المساحة عن طريق التركيب مباشرة على المحرك. تعمل المحللات عن طريق الحث الكهرومغناطيسي. يتم إرسال إشارة تيار متردد مرجعية إلى اللفات الدوارة ومع دوران الدوار، يتم حث إشارة واحدة عبر اللفات الثانوية. يتم وضع اللفات الثانوية بزاوية 90 درجة عبر الجزء الثابت وتهدف إلى قياس الموضع الزاوي للدوار.

بعد ذلك، يخرج أحد اللفات الثانوية جهدًا يتناسب مع جيب الزاوية، بينما يتناسب الجيب الآخر مع جيب التمام. بناءً على مخرجات الجيب وجيب التمام، يتم استخراج موضع الدوار الحالي بواسطة وحدة التحكم. يتم إجراء هذا التقدير على طول سلسلة متصلة بدون أي معالجة رقمية، مما ينتج إشارة تناظرية.

أجهزة التشفير: الاستشعار الكهروضوئي الرقمي

إذا كان المُحلِّل عبارة عن أداة عمل تناظرية، فإن المشفرات الضوئية هي أدوات رقمية دقيقة. يعتمد تشغيلها على انقطاع الضوء. داخل المشفر الدوار، ستجد داخل المشفر الدوار قرص شفرة - مصنوع عادةً من الزجاج أو البلاستيك عالي الجودة - مثبت على العمود الدوار. هذا القرص محفور بآلاف الخطوط المجهرية، مما يخلق نمطاً من الفتحات الشفافة وغير الشفافة. يوجد مصدر ضوء LED على جانب واحد من القرص، وتوجد مصفوفة كاشف ضوئي على الجانب الآخر.

أثناء دوران القرص، يقوم بتقطيع شعاع الضوء إلى ومضات سريعة. يكتشف المستشعر هذه الومضات ويحولها إلى نبضات كهربائية. تقوم الإلكترونيات الداخلية (رقاقة ASIC) بمعالجة هذه النبضات على الفور إلى مخرجات رقمية نظيفة - عادةً ما تكون سلسلة من الموجات المربعة (0 و1).

توفر أداة التشفير الضوئية لغة رقمية مباشرة تتحدث بها وحدات التحكم الحديثة في الأصل، مما يوفر تغذية راجعة عالية الدقة تقسم دورة واحدة إلى ملايين من الأعداد الدقيقة. توفر أداة التشفير الضوئية إشارة رقمية مباشرة تتحدث بها وحدات التحكم الحديثة في الأصل، مما يوفر تغذية راجعة عالية الدقة تقسم الدوران الواحد إلى ملايين من التعدادات الدقيقة. وهذا يخلق ميزة واضحة مقارنةً بأدوات التشفير التزايدي البسيطة التي قد تتطلب التوجيه بعد فقدان الطاقة.

يمكنك مقارنة المشفرات والمحللات على النحو التالي: تعمل المحللات مثل ساعات اليد الميكانيكية التقليدية. فهي مصنوعة من طبقات من نوابض وتروس معقدة وثقيلة الوزن (نحاس وحديد). وهي مصممة لتدوم طويلاً وتعتمد فقط على المبادئ الميكانيكية والفيزيائية. وعلى النقيض من ذلك، فإن جهاز التشفير البصري يشبه الساعة الذكية. هذه الأعاجيب الحديثة مليئة بالمعالجات الدقيقة والمستشعرات وجميع أنواع الإلكترونيات الحديثة. إنها غنية بالميزات بشكل لا يصدق وتقف لتكون أكثر دقة. هذا إلى أن تصطدم بصخرة. لن تتعطل أجهزة الاستشعار فحسب، بل من المحتمل أن يتصدع قرص الشفرة بسبب القصور الذاتي الناتج عن الاصطدام الشديد.

المُحلِّل مقابل أداة التشفير: مواصفات الأداء الرئيسية

ولكي ننتقل من النظرية إلى الهندسة، نحتاج إلى حقائق، حقائق إحصائية على وجه التحديد، كما يتضح من مقارنة المواصفات التالية للأنواع الشائعة من أجهزة التشفير والمحللات.

لقد رسمت البيانات خطًا واضحًا. إذا كان لدى المرء تطبيق يجب أن يدور فيه المحرك بسرعة 50,000 دورة في الدقيقة، فإن ميزات المعاوقة الخاصة بمُحلِّل الإشارات ستؤدي إلى تدهور الإشارة، مما يضطرك إلى استخدام أداة التشفير كخيار أخير. من ناحية أخرى، إذا كانت درجة حرارة غلاف محركك 140 درجة مئوية، فإن رقائق السيليكون في أداة التشفير سوف تحترق. لذلك، سيكون مستشعر المُحلِّل هو الخيار الوحيد.

ما الذي يجعل برنامجي Resolver و Encoder متميزين؟

الفرق بين المُحلِّل والمُشفِّر ليس مسألة كون أحدهما أفضل. إنها ببساطة مسألة البقاء على قيد الحياة في بيئة معادية (أي درجات الحرارة القصوى بالتأكيد) والأداء الضعيف أو الدقة وإنجاز المهمة.

قضية الصلابة (Resolver)

لا يعد التصميم العتيق للمحللات ميزة قوية فحسب، بل إنه يجعلها أيضًا بطلة التحمل الشديد. ولأنه لا يمكن أن يتعطل أي شيء بسبب الحرارة أو الإشعاع (أي البيئات القاسية)، يبقى المُحلِّل في قمة الظروف البيئية.

• درجة الحرارة: يعمل المحلّل القياسي بشكل مستمر عند درجات حرارة تصل إلى حوالي 155 درجة مئوية يتم وضعها منها. حتى أن النماذج المتخصصة تم تصميمها لتصل إلى 200 درجة مئوية أو أكثر في البيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة، والتي تعتبر الحد الأعلى. إنها ببساطة نتيجة لمواد العزل والأسلاك المستخدمة في التشكيلات النحاسية.
• الاهتزازات والصدمات: يمكن للمحلل أن يتحمل الصدمات الميكانيكية (مثل ما يزيد عن 200 جرام) والاهتزازات الشديدة. لا توجد أقراص زجاجية محطمة ولا توجد وصلات لحام تتكسر.
• الملوثات: لا تتأثر المجالات المغناطيسية بالزيت أو الشحوم أو الرطوبة أو الغبار. يمكن للمحلل أن يظل يعمل أثناء غمره بالزيت. وهذا يسمح بالتكامل المباشر داخل علب المحرك لمراقبة موضع العمود.

حالة الدقة (أداة التشفير)

تعني البيانات الأكثر دقة أن المشفر البصري سيكون أقل متانة.

• الدقة: سيكون للتقنية البصرية دقة أعلى بكثير. دقة التشفير أعلى مقارنةً بالمحلل. يفقد المُحلِّل الدقة بسبب دقة اللف الميكانيكية وضوضاء الإشارة. لا تعاني أداة التشفير الضوئية من هذه المشكلة ويمكن أن تصل دقتها إلى 20 بت للحصول على دقة عالية.
• وضوح الإشارة: يتم ترقيم الإشارة على الفور مما يعني تعرضًا أقل للتداخل الكهرومغناطيسي الكهرومغناطيسي. لذا، مقارنةً بالمُحلِّل، تكون أجهزة التشفير الضوئية أكثر حماية أثناء الإرسال.
• استجابة ديناميكية: بالنسبة لبعض التطبيقات، يُفضل استخدام أداة التشفير الضوئية على أداة التشفير المحللة نظرًا لاحتوائها على كثافة تغذية مرتجعة أكبر وتحقيق عدد خطوط أعلى للتحكم الدقيق في السرعة.

ما وراء سعر الملصق: تحليل التكلفة في العالم الحقيقي

عندما يقوم مدير المشتريات بمراجعة فاتورة المواد (BOM)، فإن أحد أكثر أشكال الخطأ شيوعًا هو مقارنة تكلفة مستشعر واحد فقط في قائمة المواد. ستؤدي النظرة الأوسع نطاقًا والمتكاملة إلى اتخاذ قرار أفضل في شكل التكلفة الإجمالية للملكية (TCO). في سياق مقارنة تكلفة المُحلِّل مقابل تكلفة أداة التشفير، من الضروري النظر إلى ما هو أبعد من سعر الملصق.

في معظم الحالات، يكون جهاز التشفير البصري عالي الجودة أعلى سعرًا، وبالتالي يكون تصنيعه أكثر تكلفة مقارنةً بالمحلل القياسي. يبدو أن المُحلِّل البسيط أقل تكلفة على الرف، وبالتالي فهو مهيمن في السعر.

يكمن الخطر الأكبر في التكامل. يقوم المحلل بإخراج إشارة تناظرية “غبية” لا يستطيع نظام التحكم الخاص بك قراءتها مباشرةً. يحتاج محرك الأقراص الخاص بك إلى دمج محول محلل إلى رقمي (R/D)، والذي غالبًا ما يكون ميزة متميزة في محرك سيرفو أو بطاقة إضافية مكلفة. بالإضافة إلى ذلك، تحتاج المحاليل إلى كابلات متعددة الأزواج وملتوية ومحمية باهظة التكلفة لمسارات الكابلات الطويلة من أجل الحفاظ على الإشارة التناظرية التالفة من الضوضاء.

من ناحية أخرى، تقوم أداة التشفير الضوئية بإخراج إشارة رقمية قابلة للاستخدام. وهو يتصل بسهولة بالمدخلات القياسية لأي وحدة تحكم تقريبًا ولا يحتاج إلى أجهزة وبرامج متخصصة باهظة الثمن لفك تشفير الإشارة أو قمع الضوضاء الإضافي. لهذا السبب، عادةً ما تؤدي أجهزة التشفير الضوئية إلى انخفاض التكلفة الإجمالية للنظام في تطبيقات الأتمتة الصناعية العامة لأنها تبسط البنية والتصميم العام، على افتراض أن الأجهزة أكثر تكلفة.

تطبيقات الصناعة: المحلّل مقابل أداة التشفير

أدت السمات التقنية التي ناقشناها إلى فصل طبيعي للسوق في الصناعة بناءً على الاحتياجات المختلفة.

دفع المركبات الكهربائية: حالة المحولات

عند التفكير في المكونات الإلكترونية التي يمكنها تحمل أقسى الظروف، يأتي محرك الجر في السيارة الكهربائية (EV) على رأس القائمة. ويتعرض المحرك لصدمات الحفر واهتزازات الطرقات ودرجات الحرارة المرتفعة بسبب التيارات العالية وتبريد المستشعرات، ويزداد الأمر سوءاً بسبب دفنها عميقاً داخل هيكل المحرك.

في هذه الظروف القاسية، من المتوقع أن يؤدي المستشعر وظيفته بشكل موثوق لأن القيام بخلاف ذلك يمكن أن يؤدي إلى مخاطر الطريق من خلال جعل السيارة الكهربائية غير صالحة للعمل. وهذا ما يفسر سبب اختيار معظم مصنعي المركبات الكهربائية للمحللات: حيث يمكن أن تدوم في الظروف التي قد تتعطل فيها أجهزة التشفير الضوئية في غضون دقائق. وقد وُصفت المحللات بأنها مصنوعة من ‘خزان’، حيث تكون إشارة التغذية المرتدة لموضع المحرك ثابتة طالما أن عمود المحرك يدور.

التصنيع باستخدام الحاسب الآلي والروبوتات: حالة أجهزة التشفير البصرية

في التصنيع الآلي باستخدام التحكم العددي بالكمبيوتر (CNC) والروبوتات سداسية المحاور التي تقوم به، لم يعد البقاء على قيد الحياة هو الأولوية. بل تم استبدال ذلك بالتحكم الدقيق في الحركة على خطوط التجميع.

• تشطيب السطح: يجب أن يكون ملف تعريف معدل تغذية ماكينة بنظام التحكم الرقمي دقيقًا عند قطع قالب الهاتف الذكي. سيتسبب أي انحراف عن معدل التغذية المبرمج في تكوين تموجات على سطح المعدن. تضمن أجهزة التشفير الضوئية أن المحرك المؤازر يمكنه إجراء التصحيحات اللازمة للسرعة للحفاظ على سرعة ثابتة.
• التمركز: يجب أن يحافظ الذراع الروبوتية على دقة أقل من ميكرون عند إنزال رقاقة على لوحة دارة. من الصعب تحقيق هذا المستوى من دقة التثبيت بسبب أرضية الضوضاء التناظرية للمُحلِّل. بالنسبة لهذا المستوى من الأتمتة، توفر أجهزة التشفير الضوئية التحكم المستقر اللازم وحلقة التغذية الراجعة الدقيقة.

اتجاهات السوق: صعود البدائل المغناطيسية

على مدار العقود العديدة الماضية، تبين أن الاختيار الثنائي الساحق لأجهزة التشفير الضوئية وأجهزة التشفير الحلولية كان دون المستوى الأمثل وفقًا لأحدث دراسات السوق. مع التقدم في تقنية Hall Effect وAMR (المقاومة المغناطيسية متباينة الخواص)، بدأت الصناعة في تفضيل المشفرات المغناطيسية (وأحيانًا المشفرات السعوية) كحل وسط متوازن بين أنواع المشفرات.

إن الشركات الرائدة في مجال السيارات الكهربائية مثل Tesla و BYD وأنظمة التحكم في الحركة مثل Universal Robots و Yaskawa هي الشركات الرائدة في الصناعة التي تستبدل أجهزة الحل الثقيلة الوزن بمستشعرات مغناطيسية مصغرة. تحقق التغذية الراجعة المغناطيسية 10-20 بت تخفيضات كبيرة في المساحة وخفض التكاليف بهامش 151 تيرابايت 3 تيرابايت دون تقويض الأداء. وهذا دليل على أن التقنية المغناطيسية هي الحل الأمثل العقلاني للعديد من حالات الاستخدام.

ومع ذلك، في مجال الطيران، فإن هذا التغيير في مجال الفضاء الجوي يتعارض مع الحزمة. نظرًا للطبيعة القاسية لحالات الاستخدام، تبقى أجهزة الحل. لا تزال البعثات التي تنطوي على تحديات حرارية، مثل التشغيل بين -55 درجة مئوية و+180 درجة مئوية، أو تتطلب دقة تحديد المواقع بمقدار 0.1 درجة مئوية أو أفضل، تستخدم أجهزة الحل. وتخضع البدائل المغناطيسية حالياً للاختبار، على الرغم من أنها لا تزال غير مثبتة للاستخدام السائد في أنظمة الطيران الحرجة.

دليل الاختيار

في هذه الحالات، تلعب المفاضلات التي توجهها مجموعة من المعلمات دورًا في الوصول إلى استنتاج لاتخاذ خيار مستنير. لا يشيع هذا المُشفر مقابل المُحلل التقادم، بل يصف التخصص المطلوب. استفد من مصفوفة القرار المكونة من 3 خطوات هنا لتحديد أفضل جهاز تغذية راجعة لمحركك واختصار الفوضى في هذه العملية:

والآن بعد أن عرفت ما تحتاج إليه بالضبط، فإن السؤال الوحيد المتبقي هو من أين تحصل عليه دون دفع مبالغ زائدة.

وهنا يأتي دور شركة OMCH. فمنذ عام 1986، أثبتنا أن الموثوقية الصناعية لا تتطلب سعرًا مرتفعًا. نحن لسنا مجرد بائع آخر؛ نحن محرك تصنيع يخدم أكثر من 72,000 عميل في 100 دولة، ونشحن 20 مليون وحدة سنويًا. مع وجود أكثر من 3000 وحدة مخزون في المخزون - بما في ذلك مجموعة شاملة من أجهزة التشفير عالية الدقة المعتمدة وفقًا لمعايير CE و RoHS - من المحتمل أن يكون لدينا المواصفات الدقيقة التي تبحث عنها. لماذا تخاطر بميزانيتك على أسماء العلامات التجارية المتضخمة بينما يمكنك الحصول على نفس الأداء الثابت مباشرة من المصدر؟

سواء أكنت بحاجة إلى مستشعر متين لاستخدامات الخدمة الشاقة أو مشفر دقيق لخط آلي، توقف عن التخمين وابدأ في التحسين. تواصل مع دعم OMCH اليوم للحصول على استشارة مجانية أو تصفح كتالوج التشفير الخاص بنا للعثور على الأنسب لمشروعك القادم.

الأسئلة الشائعة

• لماذا استخدام المحلِّل بدلاً من أداة التشفير؟

يتم اختيار المرسِلات في المقام الأول من أجل المتانة. نظرًا لعدم احتوائها على مكونات إلكترونية مدمجة (رقائق أو مكثفات أو لحام)، يمكنها تحمل درجات الحرارة القصوى (>155 درجة مئوية) والاهتزازات الشديدة والإشعاع الذي قد يتسبب في تعطل الإلكترونيات الحساسة داخل المشفر على الفور.

• هل المُحلِّل مُشفِّر مطلق؟

نعم، يعمل المُحَلِّل القياسي كمُشفِّر مطلق أحادي الدوران (غالبًا ما تتم مقارنته بالمُشفِّرات المطلقة)، حيث يوفر بيانات الموضع المطلق بطريقة تناظرية. فهو يُخرج جهدًا تناظريًا مميزًا لكل قيمة موضع فريدة أثناء دوران 360 درجة مئوية (مما يوفر الموضع المطلق). بمجرد تنشيطه، فإنه يعرف موضعه، ولكن لا يمكنه تتبع الدورات الكاملة الأخرى أثناء التشغيل بدون منطق إضافي على إلكترونيات التغذية الراجعة.

• هل يمكنني ببساطة استبدال المحلِّل بمشفر؟

في معظم الحالات، الإجابة هي لا. تختلف كل واجهة إلكترونية في المُحَلِّل والمُشَفِّر اختلافًا كبيرًا؛ يستخدم المُشَفِّر مخرجات رقمية وطاقة تيار مستمر بينما يتطلب المُحَلِّل مخرجات تناظرية وإثارة تيار متردد. في حالة تبديل الأجهزة، ستحتاج على الأرجح إلى تغيير محرك المؤازرة أو توفير محول إشارة مكلف بينهما.