Endüstriyel Otomasyon için Doğru Mutlak ve Artımlı Enkoder Nasıl Seçilir?

Endüstriyel otomasyon tamamen hassasiyetle ilgilidir ve sisteminizin para birimini mutlak bir enkodere mi yoksa artımlı bir enkodere mi harcayacağına karar vermek, bu harcamanın verimliliğini belirler. İster karmaşık hareket kontrol uygulamaları ister basit hız izleme için tasarım yapıyor olun, belirli kodlayıcı türlerini anlamak çok önemlidir. Mutlak enkoder ile artımlı teknoloji arasında iyi uyumu bulmak genellikle güvenlik nedenlerine ve performans ihtiyaçlarına karşı maliyeti dengelemeye bağlıdır.

Bu kılavuz, hareket kontrol sisteminize hangi tip kodlayıcının uygun olduğuna karar vermenize yardımcı olacak çok çeşitli uygulamaları kapsamaktadır.

Artımlı Kodlayıcılar: İlkeler ve Homing Gerekliliği

Yapmak üzere olduğunuz seçimi bilmek için artımlı enkoderin nasıl çalıştığını bilmeniz gerekir. Donanımda basitlik ile karakterize edilen endüstrinin beygiridir.

Süreç, tipik olarak bir dizi opak çizgi veya delik içeren şeffaf bir disk olan artımlı bir kodlayıcı diskine dayanmaktadır. Disk döndükçe bu deliklerden bir ışık kaynağı geçirilir ve bir foto-dedektör sürekli bir elektrik darbesi akışı üretir. Bu çıkış sinyali genellikle üç kanal halinde düzenlenir: Sinyal A, Sinyal B ve Sinyal Z (indeks sinyali).

Bu sinyaller kare dalgalar olarak görünür. Bu darbelerin frekansı sistemin hızını belirler ve darbelerin sayısı mesafe ile ilgilidir. Sistem, Sinyal A ve Sinyal B arasındaki faz farkını karşılaştırarak hareketin yönünü belirler (örneğin, A, B'yi yönlendirdiğinde şaft saat yönünde dönüyordur). Kontrolör, şaftın konumunu belirlemek için bu darbeleri sayar.

Ancak artımlı bir kodlayıcının çözünürlüğü, belirli bir operasyonel yükü de beraberinde getirir: “homing” kavramı.”

Artımlı bir sistem esasen göreceli konumu ölçer. Sadece hareket ettiğinin farkındadır. Darbe sayısını tutan uçucu bellek, sisteme güç kapatıldığında silinir. Kontrolör yeniden başlatıldığında, mekanik kolun veya milin gerçek konumu ne olursa olsun sıfır konumunu okur.

Makinenin çalışması için bir referans noktası bulmak üzere bir hedef arama dizisi gerçekleştirmesi gerekir. Bir referans konumu oluşturmak için bir sensörü tetikleyene kadar ekseni fiziksel olarak hareket ettirmelidir. Bu, artımlı enkoderlerin tanımlayıcı özelliğidir.

Mutlak Enkoderler: Benzersiz Kodlar ve İletişim Protokolleri

Mutlak döner kodlayıcı, ölçüm dilini değiştirdiği için konum kaybı sorununa bir çözümdür. Aynı darbelerden oluşan bir akış vermez. Bunun yerine, kendi dönüşü içindeki her konuma benzersiz bir kod atar.

Mutlak bir enkoderin optik diski, artımlı bir enkoderden çok daha karmaşıktır. Opak ve şeffaf parçalardan oluşan birkaç eşmerkezli şeride sahiptir. Işık bu izlerden geçtiğinde, paralel bir dijital kelime, birler ve sıfırlardan oluşan belirli bir desen oluşturur.

Bu, şaftın her bir açısında benzersiz bir kod olduğu anlamına gelir. Kontrolörün bir nesnenin konumunu bilmek için önceki hareketleri saymasına gerek yoktur; sadece mevcut konumu okur.

Bu mutlak sistem iki ayrı kategoriye ayrılır:

1. Tek turlu Mutlak Kodlayıcı: Bu enkoderler 360 derece dönüş içindeki her konum için benzersiz bir kod sağlar. Şaft tam bir daireyi tamamlarsa, değer sıfırlanır. Bu, sınırlı bir yay içinde çalışan robotik kollar veya valfler için yeterlidir.
2. Çok turlu Mutlak Kodlayıcı: Bu aletler konum bilgisini 360 derece olarak kaydetmenin yanı sıra tam dönüş sayısını da kaydeder. Kodlayıcı, devir sayısını dahili dişli veya pil destekli bellek aracılığıyla saklar. Bu, toplam hareket mesafesinin motor milinin bir tam dönüşünden daha fazla olduğu kılavuz vidalarla çalıştırılan doğrusal uygulamalarda gereklidir.

Mutlak enkoderler ile göreceli belirsizlikten mutlak konuma geçersiniz. Cihaz, belirli pozisyonları ve pozisyon verilerini anında sağlar.

Kritik Performans Farklılıkları: Artımlı ve Mutlak

Veri sayfasının ötesine geçtiğimizde, artımlı kodlayıcı ile mutlak karşılaştırmadaki teorik farklılıklar kritik performans faktörleri olarak ortaya çıkar. Bunları üç özel mühendislik gerçeğine göre değerlendirmeliyiz: başlangıç davranışı, sinyal kararlılığı (veya gürültü bağışıklığı) ve işleme hızı.

Başlangıç Davranışı ve Konum Belleği

İlk operasyonel fark en acil olanıdır: başlangıç davranışı.

Artımlı bir kodlayıcı kullanarak, sistem kör olarak başlar. Açıklandığı gibi, makine konum belleğinden yoksun olduğu için üretken olmayan bir duruma geçer. Çalışmasına devam edemez, kendini yönlendirmek zorundadır. Bu yön bulma ihtiyacı, portal vinçler, otomatik depolama sistemleri veya ağır matbaa makineleri gibi büyük ölçekli operasyonlarda sadece bir rahatsızlık değil, aynı zamanda ciddi bir operasyonel risktir. Bir robotik kol montaj hattında bir araba şasisinin derinliklerindeyken elektrik kesintisi meydana geldiğinde, çarpışma riski olmadan hedef arama mümkün değildir. Kol nerede güvenli bir şekilde çekilmesi gerektiğinin farkında olmalıdır.

Mutlak kodlayıcı pozisyon hafızası ve anlık hazırlık sağlar. Konum, disk üzerindeki fiziksel desen tarafından belirlendiğinden, veriler gücün geri gelmesini takiben milisaniyeler içinde sağlanır. Herhangi bir hareket gerekmez. Kontrolör tarafından enkodere sorulur ve kesin koordinat sağlanır. Bu Pozisyon Hafızası özelliği esasen makinenin güvenlik önlemini değiştirir. “Sıcak yeniden başlatmaya” olanak sağlar. Bu, tıbbi tarama ekipmanı veya asansör kontrol sistemleri gibi kritik altyapılarda bir lüks değil, bir güvenlik gereksinimidir. Bir cerrahi robottan, hasta masadayken sıfır noktasını yeniden kalibre etmesi istenemez.

Yüksek Gürültülü Ortamlarda Sinyal Kararlılığı

Endüstrilerdeki elektrik ortamı zorludur. Değişken frekanslı sürücüler (VFD'ler), ağır kaynak ekipmanları ve yüksek voltajlı şalt cihazları içerirler. Bu cihazlar çok fazla elektromanyetik girişime (EMI) neden olur. Burada sağlamlık fikri, mutlak ve artımlı enkoder seçiminizde belirleyici faktör olacaktır.

Artımlı enkoderler EMI'ye karşı hassastır. Yakındaki bir kaynakçıdan kaynaklanan bir gürültü yükselmesi sinyal kablosunda yanlış bir gerilime neden olduğunda, kontrolör gürültü yükselmesini bir darbe olarak yorumlayabilir. Öte yandan, meşru bir darbe güçlü parazit tarafından bastırılabilir.

Bu durumda risk Kümülatif Hatadır. Kontrolör binlerce darbe içinde bir darbe alamadığında, kaydedilen konum gerçek konumla aynı değildir. Kontrolör bir atımı kaçırdığının farkında değildir. Yanlış sayıyı saymaya devam eder. Bu küçük hatalar saatler süren çalışmalarda birikir. Bir robot kaynakçı bir gün hedefin 2 mm dışında kaynak yapabilir ve bu da bir parti hurda ürünle sonuçlanabilir. Makine kapatılıp yeniden çalıştırılana kadar hata devam eder.

Mutlak enkoderler Kendi Kendini Düzeltme özelliğine sahiptir. Çalışan bir çeteleye dayanmazlar. Mevcut konumun dijital bir kelimesini gönderirler.

Veri iletiminin 10 milisaniyeden uzun bir süre boyunca elektriksel gürültü nedeniyle bozulduğu bir durumu örnek alın. Kontrolör bu kısa süre boyunca geçersiz veri alabilir. Ancak gürültü durduğunda, mutlak enkoderin bir sonraki veri paketi, o andaki şaft açısına bağlı olarak yeni doğru konum kodudur. Hata birleşik değildir. Sistem anında kendi kendini iyileştirir. Sinyal bütünlüğünün çok önemli olduğu yüksek güvenilirlikli uygulamalarda, bu tür sağlam veri doğrulaması mutlak enkoderi daha iyi hale getirir.

Hız Sınırları ve Veri İşleme Gecikmesi

Mutlak enkoderler güvenilirlik açısından üstün olsa da, veri işleme fiziği, artımlı sistemlere kıyasla hız açısından çeşitli sınırlamalar getirmektedir.

Darbe Frekansı artımlı enkoderleri sınırlar. Milin hızı ne kadar yüksekse, darbeler de o kadar sık olur. Bir noktada, elektronik aksamın yeterince hızlı açılıp kapanamadığı fiziksel bir sınıra ulaşırsınız veya kablonun kapasitansı kare dalgaları okunaksız bir karmaşaya dönüştürür. Ancak, kendi aralıklarında, artan sinyaller neredeyse anlıktır.

Mutlak kodlayıcılar Gecikme ve Baud Hızı ile kısıtlanır. Kodlayıcının deseni okuması, dijital bir protokole (SSI veya EtherCAT gibi) kodlaması ve bu veri paketini kontrolöre göndermesi gerektiğinden, küçük bir hesaplama gecikmesi vardır. Ultra yüksek hızlı uygulamalarda bile, mikrosaniye cinsinden bile olsa bu gecikme kontrol döngüsünde dikkate alınmalıdır.

Ayrıca, iletişim döngüsü süresi konum verilerinin yenilenme oranını belirler. Son derece dinamik bir servo motorun gerçek zamanlı hız geri bildirimine ihtiyaç duyduğunuzda, mutlak enkoderin iletişim hızının sürücünüzün kontrol döngüsünden daha yüksek olduğundan emin olmanız gerekir. Bu boşluk modern mutlak enkoderler tarafından kapatılmıştır, ancak basit, ham hız izlemede artımlı enkoderin doğrudan darbesi hala geçerli, düşük gecikmeli bir çözümdür.

Arayüz Standartları: Bağlanabilirlik ve Denetleyici Entegrasyonu

Kodlayıcı donanımını seçmek işin tamamı değildir, kontrol cihazınızla uyumlu olduğundan emin olmanız gerekir. İki teknolojiyi entegre etmenin karmaşıklığı çok farklıdır.

Artımlı kodlayıcı bağlanmak için sabit kabloludur. Genellikle üç çıkış kablosu (A, B, Z) ve bunların tersleri, güç ve topraklama vardır. Kontrolör tarafında bir Yüksek Hızlı Sayıcı (HSC) modülüne ihtiyacınız vardır. PLC'nin dahili işlemcisi mantığı işlemek için gereklidir ve karesel darbeleri okumak için programlanmalıdır. Kablolama standarttır, ancak sayım yapmak kontrolörünüzün CPU'suna bağlıdır.

Mutlak kodlayıcılar akıllı ağ düğümleridir. Belirli iletişim protokollerine ihtiyaç duyarlar. Bu, mevcut mimarinizle uzlaşılamayacağı yerdir.

• Seri Arayüzler (SGK/BiSS): Senkron Seri Arayüz (SSI) noktadan noktaya bağlantı standardıdır. Aynı zamanda verimlidir ve daha az kablo kullanır ve konum verilerini kontrolör tarafından gönderilen bir saat darbesiyle senkronize olarak iletir. Bu, daha yüksek veri hızlarını destekleyen BiSS'ye çift yönlü olarak geliştirilmiştir.
• Fieldbus ve Ethernet (Modbus, EtherCAT, PROFINET): Modern mutlak enkoderler sıklıkla doğrudan endüstriyel ağa bağlanır. Tipik bir örnek, bir sürücünün veya PLC'nin Ethernet portuna takılan EtherCAT enkoderdir. Bu, kontrolörün yalnızca konum verilerini değil, aynı zamanda sıcaklık uyarıları veya titreşim uyarıları gibi tanılama verilerini de almasını sağlar.

Maliyet Analizi: Peşin Fiyata Karşı Uzun Vadeli Değer

Bu nesnel bir gerçektir: mutlak bir kodlayıcının satın alma fiyatı, artımlı bir kodlayıcıdan daha yüksektir. Karmaşık optik disk ve yerleşik işleme çiplerinin üretimi daha maliyetlidir. Ancak akıllı mühendislik kararları asla sadece etiket fiyatına göre verilmez. Toplam Sahip Olma Maliyetine (TCO) göre verilir.

Bu nesnel bir gerçektir: mutlak enkoderin fiyatı artımlı enkoderden daha yüksektir. Karmaşık optik disk ve üzerindeki işleme çiplerinin üretimi daha pahalıdır. Bununla birlikte, etiket fiyatı hiçbir zaman akıllı mühendislik kararları almak için kullanılmaz. Toplam Sahip Olma Maliyeti (TCO) üzerine kurulurlar.

Artımlı bir kodlayıcı seçerek bileşenden tasarruf etmeye karar verdiğinizde, aslında masrafı sistemin diğer parçalarına aktarmış olursunuz. Limit anahtarları satın almanız gerekecektir. Bu anahtarları monte ettirmek ve kablolatmak için ödeme yapmanız gerekir. Homing rutinini yazmak için PLC programlama süresi ödenmelidir.

En önemlisi, arıza süresinin maliyetini göz önünde bulundurmanız gerekir. Bir makinenin her vardiya değişiminde veya elektrik kesintisinde yeniden devreye girmesi için 15 dakika gerektiğini ve makinenin saatte $1000 ürün ürettiğini varsayarsak, daha ucuz artımlı kodlayıcı size üretkenlik kaybı olarak günde 250'ye mal olur.

Gerçek mali sonuçlar aşağıdaki gibidir:

Mutlak enkoder, konumu başlatmak için donanım ve işçiliğin ortadan kalktığı karmaşık, çok eksenli sistemlerde de birkaç ay içinde kendini amorti edebilir.

Endüstri Uygulamaları: Senaryo Bazında Seçim

Teknoloji tanımlanmıştır, ancak kararı kullanım belirler. Tüm şaftlar mutlak bir adres gerektirmez. Akıllı mühendislik, aşırı mühendislik yapmadan veya yetersiz spesifikasyonda bulunmadan sorun için uygun miktarda teknolojiyle ilgilenir.

Aşağıda, mutlak ve artımlı enkoder çözümlerini değerlendirirken tipik bir endüstriyel duruma en çok uyan enkoder tipine ilişkin bir referans kılavuzu yer almaktadır:

Son Karar: Otomasyon Sisteminizi Optimize Etme

Mutlak ve artımlı enkoderler arasındaki seçim bir “daha iyi ve daha kötü” savaşı değildir. Bu bir “uyum ve sürtünme” hesaplamasıdır.”

Uygulamanız sürekli hız kontrolü, basit sayma veya homing işleminin küçük bir rahatsızlık olduğu bütçe kısıtlı makineler içeriyorsa Artımlı Kodlayıcı güvenilir ve uygun maliyetli bir standart olmaya devam etmektedir.

Bununla birlikte, sisteminiz anında başlatma gerektiriyorsa, yüksek gürültülü elektrik ortamlarında çalışıyorsa, birden fazla ekseni koordine ediyorsa veya konum kaybedildiğinde güvenlik riski oluşturuyorsa Mutlak Enkoder sadece bir yükseltme değil, bir gerekliliktir. Daha yüksek başlangıç yatırımı, basitleştirilmiş mekanik tasarım, azaltılmış programlama çabası ve arıza süresinin ortadan kaldırılmasıyla geri döner.

Seçim Kontrol Listeniz:

1. Güvenlik: Hedef arama sırasında beklenmedik hareketler risk oluşturuyor mu? (Evet ise -> Mutlak)
2. Kesinti süresi: Makineyi yerleştirmek için harcanan zaman size üretim gelirine mal oluyor mu? (Evet ise -> Mutlak)
3. Çevre: Kurulum VFD'lerin, kaynakçıların veya yüksek gerilim hatlarının yakınında mı? (Evet ise -> Gürültü bağışıklığı için mutlak)
4. Fonksiyon: Birincil ihtiyaç Hız Kontrolü (Artımlı) mü yoksa Pozisyon Kontrolü (Mutlak) mü?

OMCH'de sadece sensör montajı yapmıyoruz; kesinlik mühendisliği yapıyoruz. 38 yılı aşkın üretim tecrübemizle, dünyanın ihtiyaçlarını karşılamak üzere özelleştirilmiş eksiksiz bir enkoder yelpazesi sunuyoruz. Daha da önemlisi, enkoderlerimiz, çeşitli kontrolör arayüzleriyle sorunsuz bir el sıkışma sağlamak için ana akım endüstri protokolleriyle uyumlu evrensel bir uyumluluk tasarımına sahiptir. Bu esnekliği tavizsiz kalite standartlarıyla destekliyoruz. ISO 9001 yönetim sistemine dayanan sıkı bir üretimimiz var ve tüm üniteler CE, CCC ve ROHS sertifikalarına uygun. Bu güvenilirlik tesadüf değildir, hammadde testinin doğruluğu ile başlayan ve zorunlu yüzde 100 tam yük yaşlandırma testi ile sonuçlanan dört aşamalı sıkı denetim prosedürümüzün bir sonucudur.

Pozisyon belirsizliğinin makinenizin performansını tehlikeye atmasına izin vermeyin. Bir OMCH mühendisi ile iletişime geçin bugün bize ulaşın ve otomasyon sisteminizin hak ettiği hassas geri bildirim çözümünü seçmenize yardımcı olalım.