انکودر چیست و نحوه کانفیگ آن در PLC به چه صورت است؟

در بسیاری از سیستم‌های اتوماسیون صنعتی، اندازه‌گیری دقیق موقعیت، سرعت و جهت حرکت از اهمیت بالایی برخوردار است. انکودر به‌عنوان یکی از مهم‌ترین تجهیزات فیدبک در صنعت، وظیفه تبدیل حرکت مکانیکی به سیگنال الکتریکی را بر عهده دارد و در کنترل دقیق ماشین‌آلات، سروو موتورها و خطوط تولید نقش کلیدی ایفا می‌کند.

در این مقاله به‌صورت جامع به معرفی انکودر، انواع آن از نظر ساختار و سیگنال خروجی (افزایشی، مطلق، رزولور و تحت شبکه)، نحوه پلاک‌خوانی انکودر افزایشی، روش سیم‌کشی به PLC دلتا و همچنین تنظیمات نرم‌افزاری High Speed Counter پرداخته شده است تا دیدی کامل و کاربردی برای انتخاب، نصب و راه‌اندازی صحیح این تجهیز در اختیار شما قرار گیرد.

چنانچه برای تأمین، انتخاب فنی، مشاوره تخصصی یا خدمات تعمیر تجهیزات اتوماسیون برق از جمله انکودر نیاز به راهنمایی دارید، می‌توانید از طریق سوین صنعت با کارشناسان این مجموعه در ارتباط باشید. سوین صنعت علاوه بر تأمین تجهیزات اتوماسیون صنعتی، خدمات فنی و تعمیرات را نیز ارائه می‌دهد و نمایندگی برندهای معتبری مانند سانترو، ورتکس، کنرون و هیوندای را در اختیار دارد.

انکودر چیست؟

انکودر یک تجهیز الکترومکانیکی است که حرکت مکانیکی را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند. این سیگنال می‌تواند به‌صورت پالس، اعداد باینری، موج سینوسی یا کسینوسی باشد.

کاربرد های انکودر چیست؟

• محاسبه سرعت
• تعیین موقعیت
• محاسبه طول یا مسافت
• تعیین جهت

دسته‌بندی انکودرها از لحاظ نوع حرکت

انکودر ها از لحاظ حرکت به دو دسته تقسیم می شوند:

1. انکودر دورانی (ROTARY):

انکودر دورانی که به آن شفت‌انکودر نیز گفته می‌شود، سنسوری است که حرکت چرخشی یک شفت یا محور را به سیگنال‌های دیجیتال یا آنالوگ تبدیل می‌کند. این تجهیز برای اندازه‌گیری زاویه، موقعیت، سرعت و تعداد دور در سیستم‌های کنترلی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

2. انکودر خطی(LINEAR):

انکودر خطی تجهیزی است که حرکت خطی و مستقیم را در یک کورس حرکتی آنالیز کرده و در خروجی، سیگنال الکتریکی (دیجیتال یا آنالوگ) ارائه می‌دهد. از معایب انکودر خطی آن است که با افزایش طول خط حرکت، باید از انکودر بزرگ‌تری استفاده شود. این نوع انکودر بیشتر در اسکنرهای لیزری کاربرد دارد.

انواع انکودر از نظر نوع شفت

انکودر ها از لحاظ نوع شفت به سه دسته تقسیم می‌شوند:

• SOLID SHAFT: این نوع انکودر دارای شفت داخلی است و به‌وسیله کوپلینگ مخصوص، به شفت موردنظر متصل می‌شود.
• BLIND HOLLOW SHAFT: در این نوع، انکودر فاقد شفت داخلی است و محور دستگاه داخل حفره تعبیه‌شده در انکودر قرار می‌گیرد. از آنجا که این حفره از یک سمت مسدود است، نصب انکودر تنها از انتهای محور امکان‌پذیر خواهد بود.
• THROUGH HOLLOW SHAFT: این نوع انکودر نیز مانند نوع BLIND HOLLOW SHAFT فاقد شفت داخلی بوده و دارای حفره‌ای برای قرارگیری محور است؛ با این تفاوت که حفره آن مسدود نیست. این ویژگی امکان نصب انکودر را در هر نقطه از محور فراهم می‌کند.

ساختمان داخلی و نحوه ایجاد پالس در انکودر

ساختمان داخلی انکودر شامل اجزا زیر است:

1. برد الکتریکی
2. حسگر نوری
3. دیسک انکودر
4. منبع نور
5. هوزینگ

زمانی که نور تابیده‌شده از منبع نور از میان شیارهای دیسک انکودر عبور کرده و به دتکتور (حسگر نوری) برخورد می‌کند، برد الکتریکی انکودر در خروجی پالس تولید می‌کند. تعداد شیارهای دیسک انکودر برابر با رزولوشن دستگاه، یعنی تعداد پالس تولیدی در ازای یک دور گردش، است.

انواع انکودر از لحاظ سیگنال خروجی

انکودرها از نظر سیگنال خروجی به ۴ دسته تقسیم می‌شوند:

افزایشی (INCREMENTAL):

این نوع انکودر از پرکاربردترین انواع انکودر در صنعت است؛ ازاین‌رو در این مقاله تمرکز بیشتری بر بررسی آن شده است. خروجی این انکودر به‌صورت پالس مربعی با سطح ولتاژ 5VDC است. پالس‌های انکودر افزایشی شامل فازهای A، B و Z هستند. فاز A در ازای یک دور چرخش، متناسب با رزولوشن انکودر، تعداد مشخصی پالس تولید می‌کند.

فاز B نیز مشابه فاز A در هر دور چرخش تعداد مشخصی پالس تولید می‌کند، با این تفاوت که نسبت به فاز A دارای اختلاف فاز 90 درجه است. این اختلاف فاز امکان تشخیص جهت چرخش را فراهم می‌کند. فاز Z فازی است که در ازای یک دور چرخش کامل، یک پالس تولید می‌کند.

مطلق(ABSOLUTE):

این نوع انکودر، برخلاف انکودر افزایشی، دارای یک دیسک داخلی کدگذاری‌شده است که به چندین بخش مجزا تقسیم شده است. هر بخش نمایانگر یک بیت اطلاعات بوده و مجموع خروجی‌ها یک عدد باینری را تشکیل می‌دهد که موقعیت دقیق محور را مشخص می‌کند.

تفاوت اصلی انکودر مطلق با انکودر افزایشی در این است که در صورت قطع و وصل برق، انکودر مطلق موقعیت خود را حفظ می‌کند؛ در حالی‌که انکودر افزایشی پس از قطع برق اطلاعات موقعیت را از دست می‌دهد.

رزلور(RESOLVER):

رزولور از دو بخش اصلی استاتور و روتور تشکیل شده است. با چرخش شفت، در خروجی سیگنال‌های آنالوگ به شکل موج‌های سینوسی و کسینوسی تولید می‌شود. از مهم‌ترین مزایای این حسگر می‌توان به دقت بالا و مقاومت بسیار مناسب در برابر ضربه، لرزش و دماهای بالا اشاره کرد.

تحت شبکه(NET WORK):

در این نوع انکودر، پالس‌ها در قالب داده‌های 16 یا 32 بیتی از طریق شبکه‌های صنعتی مانند Modbus، Profibus، Profinet، CANopen و EtherCAT به کنترلر ارسال می‌شوند.

پلاک خوانی انکودر افزایشی (incremental)

عبارت E40S6-600-3-N-24 بیانگر مدل انکودر است:

• 40: قطر بدنه انکودر (میلی‌متر)
• S: نوع شفت (Solid Shaft)
• 6: قطر شفت انکودر (میلی‌متر)
• 600: رزولوشن (تعداد پالس در یک دور)
• 3: تعداد فازها
• N: نوع مدار خروجی (NPN Open Collector)
• 24: ولتاژ تغذیه (24VDC)

رنگ‌بندی سیم‌ها:

• Black: فاز A
• White: فاز B
• Orange: فاز Z
• Brown: مثبت 24 ولت
• Blue: صفر ولت

سیم‌کشی انکودر به PLC دلتا

مطابق تصویر بالا، با توجه به مدل CPU و تعداد ورودی‌های سرعت بالای موجود در آن، سیم‌کشی انجام می‌شود. در CPUهای سری SA2، ورودی‌های X1، X2 و X3 از نوع سرعت بالا هستند.

• در صورتی که مدار داخلی انکودر از نوع NPN باشد، باید پلاریته مثبت منبع تغذیه به ترمینال SS متصل شود.
• در صورتی که مدار داخلی انکودر از نوع Totem Pole باشد، امکان اتصال مثبت یا منفی به ترمینال SS وجود دارد.

نحوه کانفیگ در نرم‌افزار

مطابق تصویر زیر وارد بخش HIGH SPEED COUNTER WIZARD می‌شویم.

پس از باز شدن پنجره، مطابق مراحل زیر تنظیمات را ادامه می‌دهیم:

مطابق تصویر بالا، بخش A مربوط به گزینه COUNTING MODE است که شامل سه حالت زیر می‌باشد:

1-Phase input
این حالت زمانی استفاده می‌شود که تنها از یک فاز انکودر بهره‌برداری شود.

1-Phase 2input
در این حالت نیز تنها یک فاز سیم‌کشی شده است، اما شمارش هم از لبه بالارونده و هم از لبه پایین‌رونده سیگنال انجام می‌شود.

2-Phase input
این گزینه زمانی کاربرد دارد که دو فاز یا سه فاز انکودر سیم‌کشی شده باشند.

در بخش B با انتخاب هر کانتر، ورودی‌های متناظر با آن در نظر گرفته می‌شود که این ورودی‌ها در بخش C قابل مشاهده هستند.
همچنین در بخش B و قسمت CONDITION می‌توان پیش‌شرطی برای شروع شمارش تعیین کرد.
بخش D زمانی فعال می‌شود که در COUNTING MODE گزینه 1-Phase Input انتخاب شده باشد. این بخش مربوط به تعیین حالت بالاشمار (Up Count) یا پایین‌شمار (Down Count) است.
در بخش E (مربوط به Counting Mode) امکان افزایش دقت شمارش وجود دارد. در این قسمت می‌توان رزولوشن انکودر را 2 یا 4 برابر در نظر گرفت.
به‌عنوان مثال، اگر انکودر دارای 360 پالس در هر دور باشد و گزینه 2 Time Frequency انتخاب شود، کانتر در ازای یک دور چرخش 720 پالس شمارش خواهد کرد.
پس از تکمیل این تنظیمات، گزینه Next را انتخاب می‌کنیم تا پنجره بعدی باز شود.

مطابق تصویر 2، در بخش A گزینه DHSCS (مربوط به Set کردن) قابل مشاهده است.
با فعال‌سازی این قابلیت و تعیین شرط شروع شمارش در بخش B (قسمت Comparison Value)، می‌توان مشخص کرد که پس از رسیدن شمارنده به مقدار مشخصی پالس (K)، خروجی موردنظر Set شود یا یک وقفه (Interrupt) اجرا گردد.
همچنین می‌توان تعیین کرد که با فعال شدن یک ورودی مشخص، وقفه غیرفعال شده و از ادامه اجرای آن جلوگیری شود.
در بخش C گزینهDHSCR (مربوط به Reset کردن) قرار دارد.
با فعال‌سازی این گزینه و تعیین پیش‌شرط در بخش D (قسمت Comparison Value)، می‌توان مشخص کرد که پس از رسیدن شمارنده به K پالس، خروجی ریست شود یا خود کانتر ریست گردد.
(این تنظیم از قسمت Functions After Counting Is Completed انجام می‌شود.)
در بخش E گزینه DHSZ قابل مشاهده است که مربوط به زون‌بندی برای فعال‌سازی سه خروجی متوالی می‌باشد. اولین خروجی از بخش F انتخاب می‌شود و دو خروجی بعد از آن نیز در این زون قرار می‌گیرند؛ در نتیجه سه خروجی به‌صورت زون‌بندی‌شده خواهیم داشت.
با فعال‌سازی این گزینه و مقداردهی به Upper Bound و Lower Bound در قسمت Comparison Value، محدوده زون تعریف می‌شود.
با فرض زون‌بندی خروجی‌های Y1، Y2 و Y3:
• اگر تعداد پالس شمارش‌شده بیشتر از Upper Bound باشد، خروجی سوم فعال می‌شود.
• اگر تعداد پالس شمارش‌شده کمتر از Lower Bound باشد، خروجی اول فعال می‌شود.
• اگر تعداد پالس شمارش‌شده بین Lower Bound و Upper Bound باشد، خروجی دوم فعال خواهد شد.
در پایان، گزینه Finish را انتخاب می‌کنیم و تنظیمات نرم‌افزاری به اتمام می‌رسد.

سوالات متداول