Cara Memilih Encoder Absolut vs Inkremental yang Tepat untuk Otomasi Industri

Otomasi industri adalah tentang presisi, dan keputusan apakah sistem Anda membelanjakan uangnya untuk encoder absolut atau encoder inkremental menentukan efisiensi pengeluaran tersebut. Baik Anda merancang untuk aplikasi kontrol gerak yang kompleks atau pemantauan kecepatan sederhana, memahami jenis enkoder tertentu sangat penting. Menemukan kecocokan yang baik antara encoder absolut vs teknologi inkremental sering kali bermuara pada menyeimbangkan biaya dengan alasan keamanan dan kebutuhan kinerja.

Panduan ini mencakup berbagai macam aplikasi untuk membantu Anda memutuskan jenis encoder mana yang termasuk dalam sistem kontrol gerak Anda.

Penyandi Tambahan: Prinsip dan Kebutuhan Homing

Anda perlu mengetahui cara kerja incremental encoder untuk mengetahui pilihan yang akan Anda buat. Ini adalah pekerja keras industri, yang dicirikan oleh kesederhanaan dalam perangkat keras.

Proses ini didasarkan pada piringan encoder tambahan-biasanya berupa piringan bening dengan serangkaian garis atau lubang buram. Sumber cahaya dilewatkan melalui slot-slot ini saat cakram berputar, dan detektor foto menghasilkan aliran pulsa listrik yang terus menerus. Sinyal output ini biasanya diatur dalam tiga saluran: Sinyal A, Sinyal B, dan Sinyal Z (sinyal indeks).

Sinyal-sinyal ini muncul sebagai gelombang persegi. Frekuensi pulsa ini menentukan kecepatan sistem, dan jumlah pulsa berhubungan dengan jarak. Dengan membandingkan perbedaan fase antara Sinyal A dan Sinyal B, sistem menentukan arah gerakan (misalnya, ketika A mengarah ke B, poros berputar searah jarum jam). Pengontrol menghitung pulsa-pulsa ini untuk menentukan posisi poros.

Tetapi resolusi encoder inkremental memiliki beban operasional yang spesifik, yaitu gagasan “homing”.”

Sistem inkremental pada dasarnya mengukur posisi relatif. Sistem ini hanya menyadari bahwa ia telah bergerak. Memori volatil yang menyimpan hitungan denyut akan terhapus ketika daya dimatikan ke sistem. Ketika pengontrol dihidupkan ulang, ia membaca posisi nol, tidak peduli berapa posisi sebenarnya dari lengan atau poros mekanis.

Agar dapat berfungsi, mesin harus melakukan urutan pelacakan untuk menemukan titik referensi. Mesin harus menggerakkan sumbu secara fisik sampai memicu sensor untuk menetapkan posisi referensi. Ini adalah sifat yang menentukan dari penyandi tambahan.

Penyandi Mutlak: Kode Unik dan Protokol Komunikasi

Rotary encoder absolut adalah solusi untuk masalah kehilangan posisi karena mengubah bahasa pengukuran. Ini tidak memberikan aliran pulsa yang sama. Sebaliknya, ia memberikan kode unik untuk setiap posisi dalam rotasinya.

Cakram optik dari encoder absolut jauh lebih rumit daripada encoder inkremental. Cakram ini memiliki beberapa jalur konsentris yang terdiri dari bagian buram dan transparan. Ketika cahaya melewati jalur-jalur ini, cahaya akan menciptakan kata digital paralel dengan pola tertentu berupa angka satu dan nol.

Hal ini menyiratkan bahwa ada kode unik pada setiap sudut poros tertentu. Pengontrol tidak perlu menghitung gerakan sebelumnya untuk mengetahui posisi suatu objek; cukup membaca posisi saat ini.

Sistem absolut ini terbagi menjadi dua kategori yang berbeda:

1. Encoder Absolut satu putaran: Encoder ini memberikan kode unik untuk setiap posisi dalam 360 derajat rotasi. Jika poros menyelesaikan satu lingkaran penuh, nilainya akan diatur ulang. Ini cukup untuk lengan robot atau katup yang beroperasi dalam busur terbatas.
2. Encoder Absolut Multi-putaran: Instrumen ini merekam informasi posisi dalam 360 derajat serta jumlah putaran penuh. Encoder menyimpan jumlah putaran melalui roda gigi internal atau memori yang didukung baterai. Hal ini diperlukan dalam aplikasi linier yang digerakkan oleh sekrup utama, di mana jarak tempuh keseluruhan lebih dari satu putaran penuh poros motor.

Dengan penyandi absolut, Anda berpindah dari ketidakpastian relatif ke posisi absolut. Perangkat ini menyediakan posisi spesifik dan data posisi dengan segera.

Perbedaan Kinerja Kritis: Inkremental vs. Absolut

Ketika kita bergerak di luar lembar data, perbedaan teoritis dalam encoder inkremental vs perbandingan absolut terwujud sebagai faktor kinerja yang kritis. Kita harus mengevaluasinya berdasarkan tiga realitas teknik spesifik: perilaku penyalaan, stabilitas sinyal (atau kekebalan terhadap derau), dan kecepatan pemrosesan.

Perilaku Startup dan Memori Posisi

Perbedaan operasional pertama adalah yang paling langsung: perilaku startup.

Dengan menggunakan enkoder inkremental, sistem memulai dalam keadaan buta. Seperti yang telah dijelaskan, mesin masuk ke kondisi non-produktif karena tidak memiliki memori posisi. Mesin tidak dapat melanjutkan pekerjaannya, ia harus mengorientasikan dirinya sendiri. Kebutuhan orientasi ini bukan hanya ketidaknyamanan dalam operasi skala besar, seperti dalam kasus derek gantry, sistem pergudangan otomatis, atau mesin cetak yang berat; ini adalah risiko operasional yang serius. Ketika listrik mati saat lengan robotik masuk ke dalam sasis mobil di jalur perakitan, homing tidak mungkin dilakukan tanpa risiko tabrakan. Lengan harus mengetahui di mana ia harus menarik keluar dengan aman.

Encoder absolut menyediakan memori posisi dan kesiapan seketika. Karena posisi ditentukan oleh pola fisik pada disk, data disediakan milidetik setelah pemulihan daya. Tidak ada gerakan yang diperlukan. Encoder diminta oleh pengontrol dan koordinat yang tepat disediakan. Fitur Memori Posisi ini pada dasarnya mengubah ukuran keamanan mesin. Ini memungkinkan untuk “restart panas.” Ini bukan kemewahan dalam infrastruktur penting, seperti peralatan pemindaian medis atau sistem kontrol lift, tetapi merupakan persyaratan keselamatan. Robot bedah tidak dapat diminta untuk mengkalibrasi ulang titik nolnya saat pasien berada di atas meja.

Stabilitas Sinyal di Lingkungan dengan Kebisingan Tinggi

Lingkungan kelistrikan di industri tidak bersahabat. Di dalamnya terdapat penggerak frekuensi variabel (VFD), peralatan las berat, dan switchgear tegangan tinggi. Gadget ini menyebabkan banyak gangguan elektromagnetik (EMI). Di sinilah ide ketahanan akan menjadi faktor penentu dalam pilihan encoder absolut vs inkremental Anda.

Encoder tambahan rentan terhadap EMI. Ketika lonjakan kebisingan disebabkan oleh tukang las di dekatnya dan menyebabkan tegangan palsu pada kabel sinyal, pengontrol dapat menafsirkan lonjakan kebisingan sebagai denyut nadi. Di sisi lain, pulsa yang sah dapat ditekan oleh gangguan yang kuat.

Risiko dalam kasus ini adalah Kesalahan Kumulatif. Ketika controller gagal menerima satu denyut dalam ribuan, posisi yang direkam tidak sama dengan posisi sebenarnya. Pengontrol tidak menyadari fakta bahwa ia melewatkan satu denyut. Ia terus menghitung angka yang salah. Kesalahan kecil ini terakumulasi selama berjam-jam bekerja. Robot tukang las mungkin suatu hari akan mengelas 2mm di luar target, sehingga menghasilkan banyak sekali produk sisa. Kesalahan terus berlanjut hingga mesin dimatikan dan dihidupkan kembali.

Penyandi absolut memiliki Koreksi Diri. Mereka tidak didasarkan pada penghitungan yang sedang berjalan. Mereka mengirimkan kata digital dari posisi saat ini.

Ambil contoh kasus ketika transmisi data dirusak oleh gangguan listrik selama lebih dari 10 milidetik. Pengontrol bisa mendapatkan data yang tidak valid selama periode singkat tersebut. Tetapi ketika gangguan telah berhenti, paket data berikut dari encoder absolut adalah kode posisi baru yang benar tergantung pada sudut poros pada saat itu. Kesalahan tidak bertambah. Sistem akan sembuh dengan sendirinya secara instan. Dalam aplikasi dengan keandalan tinggi yang mengutamakan integritas sinyal, validasi data yang kuat seperti itu membuat enkoder absolut menjadi lebih baik.

Batas Kecepatan dan Latensi Pemrosesan Data

Meskipun penyandi absolut lebih unggul dalam keandalan, namun fisika pemrosesan data memberikan berbagai keterbatasan dalam hal kecepatan dibandingkan dengan sistem inkremental.

Frekuensi Pulsa membatasi encoder tambahan. Semakin tinggi kecepatan poros, semakin sering pulsanya. Pada titik tertentu, Anda akan mencapai batas fisik di mana elektronik tidak dapat hidup dan mati dengan cukup cepat, atau kapasitansi kabel mengubah gelombang persegi menjadi berantakan yang tidak terbaca. Namun, dalam jangkauannya, sinyal tambahan hampir seketika.

Encoder absolut dibatasi oleh Latency dan Baud Rate. Karena encoder perlu membaca pola, mengkodekannya ke protokol digital (seperti SSI atau EtherCAT), dan mengirimkan paket data tersebut ke pengontrol, maka encoder memiliki penundaan penghitungan yang kecil. Bahkan dalam aplikasi berkecepatan sangat tinggi, latensi ini, bahkan dalam mikrodetik, harus dipertimbangkan dalam loop kontrol.

Selain itu, waktu siklus komunikasi menentukan kecepatan penyegaran data posisi. Ketika Anda membutuhkan umpan balik kecepatan waktu nyata dari motor servo yang sangat dinamis, Anda perlu memastikan bahwa tingkat komunikasi encoder absolut lebih tinggi daripada loop kontrol drive Anda. Kesenjangan ini telah dijembatani oleh encoder absolut modern, meskipun dalam pemantauan kecepatan mentah yang sederhana, pulsa langsung dari encoder inkremental masih merupakan solusi latensi rendah yang valid.

Standar Antarmuka: Konektivitas dan Integrasi Pengontrol

Memilih perangkat keras encoder bukanlah keseluruhan pertempuran, Anda harus memastikan bahwa perangkat keras tersebut kompatibel dengan controller Anda. Kerumitan mengintegrasikan kedua teknologi ini sangat berbeda.

Encoder inkremental memiliki kabel yang sulit untuk dihubungkan. Anda biasanya memiliki tiga kabel output (A, B, Z) dan inversinya, daya, dan arde. Anda memerlukan modul Penghitung Kecepatan Tinggi (HSC) di sisi pengontrol. Prosesor internal PLC diperlukan untuk memproses logika, dan harus diprogram untuk membaca pulsa kuadratur. Pengkabelan adalah standar, tetapi tergantung pada CPU pengontrol Anda untuk menghitung.

Penyandi absolut adalah simpul jaringan yang cerdas. Mereka membutuhkan protokol komunikasi tertentu. Di sinilah ia tidak dapat dikompromikan dengan arsitektur Anda saat ini.

• Antarmuka Serial (SSI/BiSS): Synchronous Serial Interface (SSI) adalah standar koneksi point-to-point. SSI juga efisien dan menggunakan lebih sedikit kabel serta mentransmisikan data posisi secara sinkron dengan pulsa jam yang dikirim oleh pengontrol. Ini berevolusi dua arah menjadi BiSS, yang mendukung kecepatan data yang lebih tinggi.
• Fieldbus dan Ethernet (Modbus, EtherCAT, PROFINET): Encoder absolut modern sering kali terhubung langsung ke jaringan industri. Contoh tipikal adalah enkoder EtherCAT yang hanya cocok dengan port Ethernet drive atau PLC. Hal ini memungkinkan pengontrol untuk tidak hanya mendapatkan data posisi, tetapi juga data diagnostik seperti peringatan suhu atau peringatan getaran.

Analisis Biaya: Harga di Awal vs Nilai Jangka Panjang

Ini adalah fakta objektif: harga pembelian encoder absolut lebih tinggi daripada harga encoder tambahan. Cakram optik yang kompleks dan chip pemrosesan onboard lebih mahal untuk diproduksi. Namun, keputusan rekayasa cerdas tidak pernah dibuat berdasarkan harga stiker saja. Mereka didasarkan pada Total Biaya Kepemilikan (TCO).

Ini adalah fakta objektif: harga encoder absolut lebih tinggi daripada encoder tambahan. Cakram optik yang rumit dan chip pemrosesan di dalamnya lebih mahal untuk diproduksi. Namun demikian, harga stiker tidak pernah digunakan untuk membuat keputusan teknik yang cerdas. Mereka didasarkan pada Total Biaya Kepemilikan (TCO).

Ketika Anda memutuskan untuk menghemat uang pada komponen dengan memilih encoder tambahan, Anda sebenarnya hanya memindahkan biaya ke bagian lain dari sistem. Anda perlu membeli sakelar batas. Anda harus membayar untuk memasang dan memasang sakelar tersebut. Waktu pemrograman PLC untuk menulis rutinitas pelacakan harus dibayar.

Yang paling penting, Anda perlu mempertimbangkan biaya waktu henti. Dengan asumsi bahwa mesin membutuhkan 15 menit untuk kembali ke rumah setiap pergantian shift atau pemadaman listrik, dan bahwa mesin memproduksi $1000 produk per jam, maka encoder inkremental yang lebih murah akan merugikan Anda sebesar 250 per hari dalam hal hilangnya produktivitas.

Implikasi keuangan yang sebenarnya adalah sebagai berikut:

Encoder absolut juga dapat membayar kembali dalam beberapa bulan dalam sistem multi-sumbu yang kompleks, di mana perangkat keras dan tenaga kerja untuk menginisialisasi posisi dihilangkan.

Aplikasi Industri: Memilih Berdasarkan Skenario

Teknologi ditentukan, namun penggunaan menentukan keputusan. Tidak semua poros memerlukan alamat mutlak. Rekayasa cerdas berkaitan dengan jumlah teknologi yang sesuai untuk masalah tanpa rekayasa berlebihan atau kurang spesifik.

Berikut ini adalah panduan referensi untuk jenis encoder yang paling mungkin cocok dengan situasi industri yang khas ketika mempertimbangkan solusi encoder absolut vs inkremental:

Keputusan Akhir: Mengoptimalkan Sistem Otomasi Anda

Pemilihan antara penyandi absolut dan inkremental bukanlah pertarungan “lebih baik vs lebih buruk”. Ini adalah perhitungan “kecocokan vs. gesekan.”

Jika aplikasi Anda melibatkan kontrol kecepatan kontinu, penghitungan sederhana, atau mesin dengan anggaran terbatas di mana homing merupakan ketidaknyamanan kecil, maka Encoder Tambahan tetap menjadi standar yang andal dan hemat biaya.

Namun, jika sistem Anda menuntut pengaktifan segera, beroperasi di lingkungan listrik dengan kebisingan tinggi, mengoordinasikan beberapa sumbu, atau menimbulkan risiko keselamatan jika posisi hilang, maka Penyandi Mutlak bukan hanya sebuah peningkatan-ini adalah sebuah kebutuhan. Investasi awal yang lebih tinggi dikembalikan melalui desain mekanis yang disederhanakan, upaya pemrograman yang berkurang, dan penghapusan waktu henti.

Daftar Periksa Pilihan Anda:

1. Keamanan: Apakah gerakan yang tidak terduga selama melakukan homing menimbulkan risiko? (Jika ya -> Mutlak)
2. Downtime: Apakah waktu yang dihabiskan untuk melakukan perawatan mesin merugikan pendapatan produksi Anda? (Jika ya -> Mutlak)
3. Lingkungan: Apakah pemasangannya dekat dengan VFD, tukang las, atau saluran tegangan tinggi? (Jika ya -> Mutlak untuk kekebalan terhadap kebisingan)
4. Fungsi: Apakah kebutuhan utama adalah Kontrol Kecepatan (Tambahan) atau Kontrol Posisi (Absolut)?

Di OMCH, kami tidak hanya merakit sensor; kami merekayasa kepastian. Dengan pengalaman manufaktur lebih dari 38 tahun, kami menawarkan berbagai macam encoder yang disesuaikan untuk memenuhi kebutuhan dunia. Lebih penting lagi, encoder kami memiliki desain kompatibilitas universal, yang kompatibel dengan protokol industri utama untuk memberikan jabat tangan yang mulus dengan berbagai antarmuka pengontrol. Kami mendukung fleksibilitas ini dengan standar kualitas tanpa kompromi. Kami memiliki produksi yang ketat yang didasarkan pada sistem manajemen ISO 9001, dan semua unit sejalan dengan sertifikasi CE, CCC, dan ROHS. Keandalan ini bukan kebetulan, ini adalah konsekuensi dari prosedur pemeriksaan empat langkah kami yang ketat, dimulai dengan keakuratan pengujian bahan baku, dan berpuncak pada uji penuaan beban penuh 100 persen yang diwajibkan.

Jangan biarkan ketidakpastian posisi mengorbankan kinerja mesin Anda. Hubungi teknisi OMCH hari ini, dan biarkan kami membantu Anda memilih solusi umpan balik yang tepat untuk sistem otomasi Anda.