Nếu có ai đó đề cập đến encoder thì bạn có thể hoàn toàn trả lời về nguyên lý, phân loại, ứng dụng của nó một cách cơ bản nếu đọc xong bài chia sẻ hôm nay của TKĐ.
Sơ lược về Encoder
Nhắc đến encoder chúng ta sẽ thấy khá xa lạ nhưng thực tế thì nó được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp tự động.
Chúng ta có thể tìm thấy nó trong máy CNC, trong sơ đồ của máy vẽ, máy cắt, máy phay và nhiều thiết bị khác.
Encoder là gì?
Encoder còn được gọi là bộ mã hóa. Nó là 1 bộ cảm biến, chuyển động cơ học để tạo ra tín hiệu kỹ thuật số nhằm đáp ứng với các chuyển động.
Nó biến chuyển động thành xung hoặc thành tín hiệu số.
Bộ mã hóa này là thiết bị vô cùng quan trọng đối với máy CNC, là thành phần không thể thiếu trong cấu tạo của máy. Nó sẽ đo và hiển thị các thông số về tốc độ của máy.
Người dùng có thể chọn bộ mã hóa quay, bộ mã hóa tuyến tính.
Loại Encoder tuyến tính thường sẽ dùng để đáp ứng chuyển động dọc theo một đường dẫn, còn Encoder loại quay thì dùng cho các chuyển động quay.
Các loại cơ bản của Encoder
Encoder được dùng để quản lý vị trí góc của 1 đĩa quay. Đĩa quay này có thể nằm trong trục động cơ, bánh xe… hay các vị trí góc. Một bộ mã hóa sẽ được phân loại dựa trên nhiều yếu tố: đặc điểm, hãng, giá thành…
Nếu phân theo phương tiện đầu ra của nó thì sẽ gồm: 1 encoder tương đối, 1 encoder tuyệt tối.
Encoder tuyệt đối
Encoder tuyệt đối là gì?
Nó có tên tiếng anh là absolute encoder. Tín hiệu nhận được từ thiết bị sẽ cho biết chính xác vị trí của nó mà chúng ta không cần phải tiến hành xử lý thêm gì cả.
Kết cấu: Bộ phát ánh sáng đèn Led, bộ thu ánh sáng nhạy với ánh sáng phát ra, đĩa mã hóa có chứa dải băng mang tín hiệu.
Sử dụng đĩa theo mã Gray hoặc mã nhị phân.
Đĩa mã hóa ở Encoder sẽ được chế tạo từ các vật liệu trong suốt và trên mặt đĩa sẽ phân thành các góc đều nhau cùng với đường tròn đồng tâm.
Thiết bị này có ưu điểm: Giữ được giá trị tuyệt đối khi nó mất nguồn. Tuy nhiên, nhược điểm giá thành cao, chế tạo phức tạp và tín hiệu đọc khó.
Encoder tương đối
Loại này có tên tiếng anh là: incremental encoder. Thiết bị sẽ phát ra tín hiệu tăng dần hoặc theo chu kỳ.
Đặc điểm của loại này:
+ Chất liệu trong suốt để ánh sáng có thể chiếu qua.
+ Đĩa mã hóa sẽ gồm 1 dải băng tạo xung. Trên đĩa có chia nhiều lỗ bằng nhau và được cách đều nhau.
+ Nó chỉ có 1, 2 hoặc 3 vòng lỗ là tối đa và có 1 lỗ định vị.
+ Giá thành rẻ, xử lý tín hiệu trả về dễ dàng, chế tạo đơn giản là ưu điểm của thiết bị.
+ Nhược điểm đó là dễ bị sai lệch về xung khi trả về. Các sai số sẽ bị tích lũy khi làm việc lâu dài.
Phân loại Encoder theo công nghệ
Nếu phân chia theo cách phân loại khác thì chúng ta có 3 loại như sau:
+ Encoder Mechanical (loại cơ khí).
+ Encoder Magnetic (loại từ trường).
+ Encoder Optical (loại quang).
+ Encoder Resistive (loại điện trở).
Cấu tạo của Encoder
Trên thị trường có rất nhiều loại Encoder tuy nhiên cấu tạo cơ bản sẽ phải bao gồm:
+ 1 Đèn led dùng làm nguồn phát sáng.
+ 1 Đĩa quay có khoét lỗ gắn vào trục động cơ.
+ 1 bảng mạch điện dùng khuếch đại tín hiệu.
+ 1 Mắt thu quang điện được sắp xếp thẳng hàng.
Nguyên lý hoạt động của Encoder
Tương tự như các thiết bị khác thì encoder có nguyên lý làm việc riêng.
Khi thiết bị chuyển động, bộ chuyển đổi sẽ xử lý các chuyển động và biến nó thành chuyển thành những tín hiệu điện.
Những tín hiệu này sẽ được truyền đi đến thiết bị điều khiển PLC. Sau đó được xử lý để biểu thị các giá trị cần đo đạc bằng những chương trình riêng.
Những tín hiệu có ánh sáng chiếu qua hoặc không có ánh sáng chiếu qua thì chúng ta vẫn có thể ghi nhận được đèn led có chiếu được qua lỗ hay không. Hơn thế, số xung đếm được và số xung tăng lên sẽ được tính bằng số lần mà ánh sáng bị cắt.
Trên đĩa có 1 lỗ duy nhất nên khi con mắt thu nhận được 1 tín hiệu đèn led thì đồng thời đĩa cũng quay được 1 vòng.
Trên đây chỉ là nguyên lý cơ bản của 1 encoder. Mỗi loại loại, 1 model thì sẽ khác nhau về cấu tạo, đặc điểm, đĩa quay cũng có nhiều lỗ hơn khi đó tín hiệu thu nhận cũng sẽ khác nhau.
Cách xác định chiều quay của Encoder
Mỗi một encoder đều có 2 tín hiệu xung đó là A, B. Nó giúp chúng ta xác định được chiều quay của động cơ được chính xác.
Tín hiệu khe Z là tín hiệu mà chỉ xuất ra khi động cơ quay được 1 vòng. Muốn xác định được chiều quay của động cơ thì các bạn phải xem xét giới thiệu, hướng dẫn cụ thể.
Khi đèn Led phát ra tín hiệu. Hai pha A và pha B sẽ có nhiệm vụ thu tín hiệu. Khi đó, A và B sẽ tạo ra các xung vuông để có thể bật tắt theo trình tự. Chính nhờ vào sự chênh lệch tần số xung giữa A và B mà ta có thể phân biệt được chiều quay của động động cơ. Nếu pha A có chu kỳ trước pha B thì ta sẽ quy đó là chiều thuận. Nếu pha B có chu kỳ trước pha A thì đó là chiều ngược.
Một encoder có 4 dây hoặc 6 dây tùy vào model, loại. Các dây sẽ gồm: 2 dây pha A, pha B, 2 dây nguồn, 1 dây pha Z.
Qua 2 dây A, dây B ta có thể xác định được vận tốc, số vòng quay hay chiều quay của động cơ.
Kỹ thuật muốn lập trình, xử lý tín hiệu encoder thì sẽ nối 2 dây tín hiệu A, B vào 2 chân của timer hay có thể ngắt ngoài của vi điều khiển rồi thiết lập vi điều khiển ở chế độ counter. Các vi điều khiển sẽ đếm xung từ vi điều khiển.
Các vị trí có thể lắp đặt Encoder
Theo quan sát của Thủy Khí Điện hiện nay thì có 3 vị trí mà có thể lắp encoder này. Đó cũng là vị trí thông dụng nhất hiện nay:
+ Đầu tiên là gắn trên trục động cơ Linear, thường thì dùng cho các chuyển động tịnh tiến.
+ Lắp ở phía sau của các động cơ servo.
+ Gắn trên băng tải, băng chuyền: Mục đích sẽ xác định được chính xác tốc độ của băng tải hoặc băng chuyền.
Thông số cần quan tâm khi chọn Encoder
Những thông số liên quan đến thiết bị này có ở đâu: Tên nhãn tại thân sản phẩm, trong catalog hãng cung cấp hoặc tìm mã hàng trên google và nhận kết quả trả về. Bạn cần nắm:
Độ phân giải
Còn được gọi là số xung. Nó tương ứng với số tín hiệu encoder đếm được khi quay 1 vòng. Nếu thiết bị có số xung càng lớn thì giá càng cao. Thang máy di chuyển thường dùng xung 1024p/r, chế tạo máy thì sẽ là 1000p/r hoặc 360p/r. Một số thiết bị sẽ từ 6000p/r hoặc 6pr.
Đường kính trục, dạng trục
1 Encoder sẽ có dạng trục âm hoặc trục dương. Đường kính của trục nằm trong khoảng 5- 50mm. Đối với các đường kính 6mm trở lên thì thường là loại trục lõm hay còn gọi là trục âm.
Điện áp
Thiết bị thường xuyên bị cháy do các kỹ thuật lắp đặt không chú ý nguồn cấp. Đối với các encoder có dãy điện áp: 5~24V thì khá dễ dàng nhưng nó có trục lớn: 30-40mm thì điện áp sẽ là 5V, 12V hoặc 15V.
Chính vì thế mà ThuyKhiDien luôn khuyên khách hàng là đọc kỹ thông tin thiết bị trước khi lắp. Nó bị cháy thì buộc phải thay thế mới.
Ngõ ra
AB đảo, ABZ đảo, AB đảo, ABZ đảo. Việc xác định rõ ra sẽ dựa trên số dây được ký hiệu trên tem.
Dây cáp
Nếu dây càng dài thì hoạt động càng dễ bị nhiễu. Thường dây tiêu chuẩn 1-3 m. Một số hệ thống thì có thể là 10m.
Ngõ ra
Đó có thể là Voltage Output, Open Collector hay Complemental, Totem Pole, Line Driver. Loại ngõ ra sẽ quyết định đến đầu đọc thông tin, nguồn cấp…
Các phụ kiện đi kèm
Đi kèm với trục âm là pass, đi kèm với trục dương là counling. Nếu coupling giúp nối trục dương encoder với motor trục dương, thì pass nó có nhiệm vụ giúp gắn encoder vào máy. Một encoder trục âm thì có đến 1 hoặc 2 trục âm tùy thuộc model, loại.
Ứng dụng của Encoder
Encoder là 1 bộ phận không thể thiếu trong nhiều ứng dụng, thiết bị. Nó tham gia trong nhiều lĩnh vực như hướng, khoảng cách, tốc độ. Encoder sẽ giúp cho những cần sử dụng thông tin để xác định chính xác hơn.
Một số ứng dụng mà chúng ta nên tham khảo như:
Về biểu thị tốc độ
Để có thể điều khiển 1 máy bơm bơm chất lỏng vào bồn chứa thì chúng ta cần có 1 biến tần.
Lúc chất lỏng, dầu nhớt được hút bơm vào bồn thì phải có tốc độ, lưu lượng xác định. Encoder sẽ kết nối với biến tần có 1 chức năng đó là giúp phản hồi tốc độ thực thế của dòng chất lỏng. Thông qua đó, người dùng sẽ nắm bắt được thông tin và có điều chỉnh sao cho thích hợp.
Về đo lường
Nếu có nhu cầu cắt 1 cuộn nhôm dài hàng nghìn mét hoặc tram mét thành các đoạn, tấm có kích thước bằng nhau và xác định qua máy cắt thì máy cắt đó phải trang bị encoder. Nó sẽ được lắp thêm vào các băng tải, sau đó nó sẽ đọc nguyên liệu khi đi qua encoder rồi tính độ dài của tấm nhôm chính xác từ khi cho vào đến vị trí cắt đã xác định ban đầu.
Người kỹ thuật có thể tự điều chỉnh sao cắt theo độ dài đã được yêu cầu dựa trên các thông số về kích thước ngang, dài, rộng, dày của tấm nhôm vật liệu.
Về đếm số lượng
Trong quá trình phát triển các chương trình của băng chuyền sản phẩm tại nhà máy không thể bỏ qua công đoạn lắp đặt bộ mã hóa Encoder. Thiết bị sẽ giúp con người có thể nhận được mỗi lọ sản phẩm khi vào và trạm trên chăng chuyền.
Các lọ nếu không ra khỏi trạm trong thời gian xác định đã được lập trình và giá trị encoder đã đếm không đúng thì máy móc này đã bị hỏng hóc. Chúng ta cần thay thế hoặc sửa chữa kịp thời.
Trong ngành cơ khí
Đối với 1 máy CNC khi hãng trang bị 1 encoder thì lập tức nó trở thành 1 thiết bị đo lường giúp xác định được vị trí chính xác của trục máy hay dao cắt. Nhờ có sự hỗ trợ này mà các máy CNC có thể đạt được sự chính xác tối đa khi làm việc.
Hiện nay, thông qua thiết bị này mà tín hiệu sẽ ghi nhận và báo về hệ thống điều khiển trung tâm của PLC. Kỹ thuật viên có thể điều chỉnh được vị trí dao cắt theo yêu cầu, hạn chế các sai sót và rủi ro có thể xảy ra.
Trong các ngành công nghiệp
Trong công nghiệp, encode này có thể ứng dụng được trong nhiều ngành:
Ô tô
Trong các ngành sản xuất và lắp ráp công nghiệp ô tô, encoder sẽ dùng trong việc sản xuất các thiết bị cảm biến chuyển động cơ học. Từ đó, những cảm biến sau khi lắp có khả năng kiểm soát được tốc độ.
Điện tử tiêu dùng và thiết bị văn phòng
Tất cả các thiết bị văn phòng hiện nay quen thuộc như: Máy quét, máy in hay PC… đều có 1 bộ mã hóa encoder, cung cấp các phản hồi chính xác cho con người trong quá trình vận hành, điều khiển.
Công nghiệp
Encoder còn được ứng dụng trong các hệ thống máy móc phục vụ cho nhiều ngành công nghiệp khác mà chúng ta có thể kể đến như: Máy dán nhãn, máy lắp ráp, máy đóng đóng, chế tạo máy… với những bộ điều khiển động cơ đa trục, động cơ đơn trục.
Y tế
Bộ mã hóa encoder thường sẽ được ứng dụng trong các máy quét y tế. Chưa dừng lại đó, nó còn thực hiện chức năng điều khiển các chuyển động bằng kính hiển vi hay thông qua nano của những bơm phân phối, thiết bị tự động.
Quân đội
Để có thể bảo vệ quốc gia và vùng lãnh thổ tốt hơn, quân đội của các nước ngày càng được trang bị những thiết bị tiên tiến với chất lượng cao.
Ứng dụng thiết bị này là 1 ví dụ. Nó rất cần thiết để chế tạo ra các ăng ten định vị thông tin liên lạc hay phòng thủ chiến đấu.
Dụng cụ khoa học
Muốn định vị kính viễn vọng dùng quan sát xa thì người ta sẽ sử dụng thiết bị này.
Những kiến thức bổ ích của encoder ngày hôm nay hy vọng sẽ giúp các khách hàng có thể biết thêm về thiết bị, sử dụng và khai thác nó hiệu quả hơn.
