انکودر چیست؟ راهنمای کامل انکودر صنعتی، انواع، کاربردها و نحوه عملکرد
در دنیای پیشرفته امروز، کنترل دقیق حرکت در ماشین‌آلات صنعتی اهمیت بسزایی دارد. یکی از ابزارهای مهم و کاربردی در این زمینه، انکودر است. انکودرها با تبدیل حرکت مکانیکی به سیگنال‌های الکتریکی، اطلاعات حیاتی مانند موقعیت، سرعت و جهت حرکت را فراهم می‌کنند. این اطلاعات برای کنترل دقیق فرآیندها در صنایع مختلف از جمله خودروسازی، رباتیک، بسته‌بندی و آسانسور ضروری است. در این مقاله از سایت آکام صنعت به عنوان نمایندگی SICK در لاله زار، به بررسی کامل انکودر، انواع آن، کاربردها و نحوه عملکرد آن می‌پردازیم.
انکودر چیست؟
انکودر (Encoder) یک دستگاه الکترومکانیکی است که حرکت مکانیکی را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند. این سیگنال‌ها می‌توانند دیجیتال یا آنالوگ باشند و اطلاعاتی مانند موقعیت، سرعت و جهت حرکت را به سیستم‌های کنترل ارسال کنند. انکودرها در انواع مختلفی طراحی می‌شوند و بسته به نوع کاربرد، از انکودرهای چرخشی یا خطی استفاده می‌شود. انکودرهای چرخشی برای اندازه‌گیری حرکت دورانی و انکودرهای خطی برای اندازه‌گیری حرکت خطی به کار می‌روند. این دستگاه‌ها در سیستم‌های اتوماسیون صنعتی، رباتیک، ماشین‌های CNC و بسیاری از تجهیزات دیگر نقش پراهمیتی دارند.
در انتخاب انکودر مناسب، آگاهی از مشخصات فنی آن اهمیت زیادی دارد. رزولوشن یا دقت اندازه‌گیری، نوع سیگنال خروجی، ولتاژ کاری، محدوده دمایی، و درجه حفاظت در برابر گرد و غبار یا رطوبت از جمله ویژگی‌هایی هستند که باید با شرایط محیطی و نیاز سیستم هماهنگ باشند. جنس بدنه و شفت نیز در دوام و عملکرد انکودر در محیط‌های صنعتی پرتنش مؤثر است.
وظیفه انکودر چیست؟
وظیفه اصلی انکودر، اندازه‌گیری و گزارش‌گیری از پارامترهای حرکتی مانند موقعیت، سرعت و جهت حرکت است. این اطلاعات به سیستم‌های کنترل مانند PLC ارسال می‌شود تا فرآیندهای صنعتی با دقت بالا کنترل شوند. به عنوان مثال، در یک خط تولید، انکودر می‌تواند موقعیت دقیق یک قطعه را تعیین کرده و به سیستم کنترل اطلاع دهد تا عملیات بعدی به درستی انجام شود.
انکودرها همچنین در کنترل سرعت موتورها نقش دارند. با اندازه‌گیری سرعت چرخش شفت موتور، انکودر می‌تواند به سیستم کنترل اطلاعات لازم را بدهد تا سرعت موتور تنظیم شود. این امر در کاربردهایی مانند آسانسورها، نوار نقاله‌ها و ماشین‌های بسته‌بندی بسیار مهم است.
انواع انکودر
انواع انکودر سنسور بر اساس نحوه عملکرد و تکنولوژی ساخت به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند:
انکودر فتوالکتریکی
انکودر فتوالکتریکی با استفاده از نور برای تشخیص حرکت شفت طراحی شده است. در این نوع انکودر، یک دیسک با شکاف‌های نوری بین منبع نور و گیرنده قرار دارد که با چرخش دیسک، نور قطع و وصل می‌شود و این تغییرات به سیگنال تبدیل می‌گردد. دقت بسیار بالا و حساسیت زیاد از جمله ویژگی‌های بارز این انکودرهاست، اما در مقابل، در محیط‌های آلوده نیاز به مراقبت بیشتری دارند.
انکودر خطی
انکودر خطی برای اندازه‌گیری دقیق حرکت در مسیرهای مستقیم یا خطی به کار می‌رود. این نوع انکودر معمولاً شامل یک مقیاس و یک هد خوانش است که هنگام حرکت، موقعیت لحظه‌ای را ثبت و به سیستم کنترل ارسال می‌کند. در ماشین‌آلات CNC، تجهیزات اندازه‌گیری دقیق و رباتیک، استفاده از انکودر خطی رایج است؛ به‌ویژه جایی که حرکت دقیق در راستای یک محور موردنیاز باشد.
انکودر دیجیتال
انکودر دیجیتال نوعی از انکودر است که خروجی آن به صورت پالس‌های دیجیتال (۰ و ۱) ارائه می‌شود. این سیگنال‌های دیجیتال به راحتی توسط انواع PLC یا کنترلرهای صنعتی قابل پردازش هستند. دقت بالا، نویز کمتر و قابلیت اتصال آسان به سیستم‌های هوشمند از جمله مزایای مهم این مدل محسوب می‌شوند. در بسیاری از صنایع برای کنترل موقعیت، سرعت یا شمارش دور استفاده می‌شود.
انکودر مطلق
انکودر مطلق دستگاهی است که در هر لحظه موقعیت دقیق شفت را به صورت یک کد یکتا گزارش می‌دهد، حتی اگر سیستم خاموش شده باشد. این ویژگی باعث می‌شود که انکودر پس از راه‌اندازی مجدد، نیازی به تنظیم مجدد یا مرجع‌گیری نداشته باشد. به همین دلیل در سیستم‌هایی که دقت و تداوم موقعیت‌یابی اهمیت بالایی دارد، مانند بازوهای رباتیک یا تجهیزات پزشکی، کاربرد فراوانی پیدا کرده است.
انکودر افزایشی
انکودر افزایشی با تولید پالس‌های پشت سر هم هنگام چرخش شفت، اطلاعاتی درباره سرعت و تغییر موقعیت ارائه می‌دهد. این پالس‌ها به‌صورت شمارش‌گر به سیستم ارسال شده و برای محاسبه فاصله یا کنترل سرعت مورد استفاده قرار می‌گیرند. انکودر افزایشی ساده‌تر، ارزان‌تر و رایج‌تر از نوع مطلق است و در کاربردهایی مانند نوار نقاله، ماشین بسته‌بندی یا کنترل سرعت موتور بسیار مؤثر و کاربردی است.
تفاوت انکودر مطلق و افزایشی
انکودر مطلق و افزایشی از نظر نحوه ارائه اطلاعات تفاوت اساسی دارند. مدل مطلق در هر لحظه کدی مشخص برای موقعیت دارد و حتی پس از قطع برق هم آن را حفظ می‌کند، اما مدل افزایشی فقط تغییرات موقعیت را از طریق پالس اعلام می‌کند و پس از خاموش شدن سیستم، موقعیت قبلی را از دست می‌دهد. این تفاوت باعث می‌شود انتخاب بین این دو نوع، وابسته به نوع کاربرد و نیاز به دقت مداوم یا صرفاً نسبی باشد.
اجزای انکودر
انکودرها از اجزای مختلفی تشکیل شده‌اند که هر کدام نقش خاصی در عملکرد دستگاه دارند:
- دیسک کدگذاری شده
- شفت و بدنه
- مدار الکترونیکی خروجی
- سنسور نوری یا مغناطیسی
انکودر سرو موتور
انکودر سرو موتور ترکیبی از یک انکودر دقیق و یک موتور سروو است که به‌طور یکپارچه طراحی شده‌اند. این ترکیب باعث افزایش دقت، سرعت پاسخ‌دهی و قابلیت کنترل بهتر در سیستم‌های اتوماسیون صنعتی می‌شود. استفاده از انکودر سروو موتور دارای مزایایی نیز هست از جمله فیدبک دقیق موقعیت، کنترل سرعت بسیار دقیق و تطبیق بهتر با سیستم‌های کنترل پیشرفته مانند PID.
دستگاه انکودر چگونه کار می‌کند؟ (نحوه کار انکودر)
برای درک بهتر عملکرد انکودر، باید بدانیم که این دستگاه چگونه اطلاعات حرکتی را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند. انکودر از یک دیسک کدگذاری شده استفاده می‌کند که بر روی شفت نصب شده است. زمانی که شفت می‌چرخد، دیسک نیز می‌چرخد. این دیسک دارای الگوهایی است که توسط سنسورهای نوری یا مغناطیسی تشخیص داده می‌شوند.
در انکودرهای نوری، نور از دیسک عبور کرده و بر اساس شفاف یا مات بودن قسمت‌های مختلف، پالس‌های نوری تولید می‌شود. این پالس‌ها سپس توسط حسگرها به سیگنال‌های دیجیتال تبدیل می‌شوند. در مدل‌های افزایشی، با هر چرخش کامل شفت، تعدادی پالس تولید می‌شود که می‌توان از آن برای محاسبه سرعت یا فاصله استفاده کرد.
در انکودرهای مطلق، هر موقعیت شفت یک کد باینری خاص دارد. این نوع انکودرها حتی پس از قطع برق، موقعیت دقیق را حفظ می‌کنند. بنابراین در کاربردهایی که نیاز به حفظ موقعیت دقیق وجود دارد، مانند ربات‌های صنعتی یا بازوهای مکانیکی، انکودر مطلق کاربرد بیشتری دارد.
یکی از نکات مهم در عملکرد انکودر، نحوه سیم‌بندی صحیح آن است. سیم‌بندی اشتباه ممکن است باعث اختلال در عملکرد انکودر یا حتی آسیب به تجهیزات شود. بنابراین همیشه باید به دفترچه راهنمای انکودر مراجعه کرد یا از مهندس برق کمک گرفت.
شماتیک انکودر و نحوه سیم بندی انکودر
انکودرها بسته به نوع خروجی (NPN, PNP, Line Driver, Open Collector و غیره) و تعداد کانال‌ها (A, B, Z و …) دارای سیم‌بندی متفاوتی هستند. انکودرها معمولاً دارای ۶ سیم اصلی هستند:
- +V (ولتاژ تغذیه)
- GND (زمین)
- A (خروجی کانال A)
- B (خروجی کانال B)
- Z (پالس مرجع)
- Shield (شیلد یا ارت برای کاهش نویز)
نحوه سیم بندی انکودر
- ابتدا مشخصات فنی انکودر را از کاتالوگ یا دفترچه راهنما بخوانید.
- مطمئن شوید ولتاژ تغذیه دستگاه با سیستم شما سازگار است.
- سیم‌های خروجی A و B را به ورودی‌های شمارنده در PLC یا کنترلر متصل کنید.
- اگر از کانال Z استفاده می‌شود، آن را به ورودی مرجع متصل کنید.
- از شیلد به زمین سیستم استفاده کنید تا نویزهای الکترومغناطیسی کاهش یابد.
- در صورتی که کابل بلند است، حتما از کابل‌های شیلددار و محافظ‌دار استفاده نمایید.
نکته مهم اینکه هر برند و مدل ممکن است رنگ‌بندی متفاوتی داشته باشد، بنابراین فقط بر اساس رنگ عمل نکنید.
انکودر زاویه‌ای چیست؟
انکودرهای زاویه‌دار ابزارهایی پیشرفته برای اندازه‌گیری حرکت چرخشی یا نوسانی هستند که شباهت زیادی به انکودرهای چرخشی دارند، اما با ویژگی‌های متمایزی که آن‌ها را در کاربردهای خاص برجسته می‌کند. این نوع انکودرها با نظارت دقیق بر تغییرات زاویه‌ای، داده‌هایی با دقت بسیار بالا تولید می‌کنند. آنچه انکودرهای زاویه‌دار را از سایر انواع متمایز می‌سازد، توانایی آن‌ها در ارائه اطلاعات فوق‌العاده دقیق است که در مواردی که صحت و کیفیت داده‌ها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است، کاربرد گسترده‌ای دارد.
به طور خاص، این انکودرها در سیستم‌هایی که نیاز به اندازه‌گیری‌های ظریف و قابل اعتماد دارند، مانند تجهیزات صنعتی پیشرفته، رباتیک، یا دستگاه‌های علمی، مورد استفاده قرار می‌گیرند. طراحی منحصربه‌فرد و فناوری به کار رفته در این ابزارها امکان ثبت جزئیات حرکتی را با کمترین خطا فراهم می‌کند.
انکودر چرخشی چیست؟
انکودر چرخشی (Rotary Encoder) یکی از متداول‌ترین انواع انکودر است که برای اندازه‌گیری حرکت دورانی یا زاویه‌ای استفاده می‌شود. این انکودر روی شفت دوار نصب شده و با چرخش آن، اطلاعاتی مانند موقعیت زاویه‌ای، سرعت چرخش و جهت حرکت را تولید می‌کند. از انواع انکودر چرخشی می‌توان به انکودر چرخشی افزایش و انکودر چرخشی مطلق اشاره کرد و هر کدام کاربردهای متنوعی دارند.
شفت انکودر چیست؟
شفت انکودر یک حسگر الکترومکانیکی است که حرکت چرخشی شفت را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کند تا موقعیت زاویه‌ای، سرعت، یا جهت چرخش را با دقت بالا اندازه‌گیری کند. این شفت انکودرها در صنایعی مانند اتوماسیون، رباتیک و تجهیزات پزشکی کاربرد دارند و یکی از قطعات مهم و کلیدی در این زمینه به شمار می‌روند.
جمع بندی
به طور کلی انکودرها به نوعی ستون فقرات سیستم‌های اتوماسیون حرکتی هستند. این دستگاه‌ها با تبدیل حرکت مکانیکی به سیگنال‌های الکتریکی، اطلاعاتی درباره موقعیت، سرعت و جهت حرکت فراهم می‌کنند. انتخاب صحیح نوع انکودر، با توجه به نیازهای خاص هر کاربرد، نقش مهمی در افزایش بهره‌وری و کاهش هزینه‌های نگهداری دارد. با بهره‌گیری از انکودرهای مناسب، می‌توان دقت عملکرد تجهیزات را بهبود بخشید و از بروز خطاهای احتمالی جلوگیری کرد. در این مقاله به معرفی انکودر و بررسی کاربرد، اجزا، انواع و نحوه کار آن پرداختیم و درباره نحوه سیم کشی آن نیز توضیحاتی ارائه دادیم. امیدواریک که این مقاله برای شما مفید واقع شده باشد.
سوالات متداول
1. آیا می‌توان از یک انکودر برای همه موتورها استفاده کرد؟
خیر. انتخاب انکودر باید بر اساس مشخصات موتور، نوع سیستم کنترل و دقت مورد نیاز انجام گیرد.
2. انکودر فتوالکتریکی بهتر است یا مغناطیسی؟
اگر محیط کاری تمیز است و دقت بالا نیاز دارید، انکودر فتوالکتریکی مناسب‌تر است. برای محیط‌های صنعتی و آلوده، انکودر مغناطیسی انتخاب بهتری است.
3. چگونه رزولوشن مناسب انکودر را انتخاب کنیم؟
رزولوشن انکودر باید با نیاز دقت سیستم شما هماهنگ باشد. برای موقعیت‌دهی دقیق‌تر، رزولوشن بالاتر انتخاب کنید.