Инструменты, цифровые технологии, связь, измерения

Энкодер: мастхэв производственной линии

15 апреля 2019 г. в 10:52

Всем привет! Кто меня не знает — я представлюсь: автор блога об электрике и электронике SamElectric.ru, активно практикующий электрик и электронщик Александр Ярошенко. Как обычно, мои статьи на страницах этого журнала тесно связаны с промышленным оборудованием. На этот раз я подробно рассматриваю энкодер — устройство, без которого не обходится ни одна солидная производственная линия.

Что такое энкодер?

Я обслуживаю парк промышленного оборудования, в котором широко применяются энкодеры. Об этом сегодня и поговорим. Разберем подключение и монтаж энкодеров, а напоследок — несколько реальных случаев их применения.

Надеюсь, что все читатели знают, что такое энкодер. На всякий случай напомню, что это электронное устройство, которое позволяет измерять скорость вращения, угловое положение либо направление вращения. Можно сказать иначе, энкодер — это датчик, который выдает сигнал в зависимости от угла его поворота.

Теоретически энкодеры бывают двух видов — инкрементальные и абсолютные. Абсолютные нужны там, где в любой момент времени (в том числе в момент подачи питания) нужно знать точное положение объекта. Но сейчас, с использованием обработки при помощи контроллеров, абсолютные энкодеры практически не используются. Тем более учитывая, что их цена в несколько раз выше, чем у инкрементальных энкодеров.

Одному полному обороту энкодера обычно соответствует 1024 различных уровня сигнала, они говорят о его угловом положении. В более совершенных моделях на один оборот приходится 2048 или даже 4096 секторов.

Как подключаются энкодеры

Подключить энкодер легко — ведь это фактически датчик с транзисторными выходами. В простейшем случае выход энкодера можно подключить ко входу счетчика, и запрограммировать его на измерение скорости.

Но чаще всего выходные сигналы энкодера обрабатываются в контроллере. А далее путем расчетов можно получить информацию о скорости, направлении вращения, ускорении, положении объекта.

Энкодеры подключают не только к контроллеру. Он также может подключаться к преобразователю частоты, питающему электродвигатель. Таким образом, появляется возможность точного позиционирования, а также поддержания нужной скорости и момента вращения двигателя без использования контроллера.

Монтаж энкодеров

По монтажу сразу скажу главное — вал энкодера должен быть надежно зафиксирован! Бывали случаи, когда из-за проскальзывания самодельных и даже штатных муфт глючили производственные линии, и мы долго не могли найти причину — ведь все остается исправным!

Вал энкодера никогда не будет соосным с вращающимся валом (вспомните, для чего нужен карданный вал). Поэтому используются специальные заводские переходные муфты, нужно надежно их крепить и периодически проверять качество монтажа.

Корпус любого энкодера всегда неподвижен. Вращается только его внутренняя подвижная часть

Существуют энкодеры с полым валом, которые надеваются непосредственно на измеряемый вал и там фиксируются. Там даже нет такого понятия, как несоосность. Их гораздо проще монтировать, и они надежнее в эксплуатации. Чтобы энкодер при этом не прокручивался, используется лишь металлический поводок. На фото ниже показан энкодер с полым валом (обозначен В21.1), надетый на вал редуктора.

Энкодер с полым валом
Энкодер с полым валом

Производители энкодеров

Среди российских производителей энкодеров мне известен лишь только Питерский СКБ ИС, который производит энкодеры марки ЛИР. К сожалению, российского промышленного оборудования сейчас почти не производится, и ЛИРы применяются лишь в военном и лабораторном оборудовании.

По этой причине я имею дело только с энкодерами зарубежного производства. Производителей энкодеров много — их производят почти все производители полупроводниковых датчиков. Чаще всего я встречаюсь с энкодерами Autonics — как и в случае с датчиками, в России представлен большой ассортимент. Другие известные мне производители энкодеров — немецкий Sick, японский Omron, и несколько китайских брендов.

Использование тех или иных марок энкодеров обусловлены часто не техническими причинами, поскольку их параметры и надежность практически идентичны. Тут, скорее, политические мотивы — производители комплектующих любыми путями стараются, чтобы их продукция вошла в состав больших производственных линий, чтобы таким образом закрепиться на рынке.

Рассмотрим несколько примеров использования энкодеров в реальном оборудовании.

Измерение скорости полотна

Энкодер на валу
Энкодер на валу

В данном примере, инкрементальный энкодер ELCO используется для измерения скорости бумажного полотна при производстве бумаги. Энкодер закреплен на бумаговедущем валу через муфту, скорость вращения которого однозначно говорит о скорости бумаги.

Минус такой установки — при механической поломке вала (а это бывало уже не раз, изнашиваются подшипники) ломается либо муфта, либо сам энкодер.

При помощи системы «энкодер+контроллер» можно вычислить мгновенную скорость, а также погонную длину произведенной продукции

Положение деталей на конвейере

В этом случае энкодер насажен на вал двигателя, подключенного через преобразователь частоты. Двигатель через редуктор передает движение на конвейер, по которому движутся заготовки деталей.

Энкодер на роторе двигателя
Энкодер на роторе двигателя

С помощью энкодера и оптических датчиков, фиксирующих просвет между образцами продукции, контроллер с большой точностью может управлять обработкой деталей.

По моему мнению, насаживание энкодера на вал двигателя — не очень хорошая идея в смысле того, что энкодер крутится на больших оборотах (до 3000 об/мин). Кроме повышенного механического износа, необходимо предусмотреть обработку сигналов со сравнительно высокой скоростью. Но сегодня, с развитием промышленной электроники, это не проблема.

Крепление энкодера на валу двигателя позволяет очень точно контролировать скорость привода. С появлением высокооборотистых энкодеров многие производители наладили выпуск двигателей со встроенным энкодером

Перемещение детали

Еще большую точность, чем в предыдущем случае, можно получить, если вал энкодера закрепить на ходовой винт с резьбой.

ходовой винт
Направляющая, ходовой винт, кабель к энкодеру (сверху вниз)

Если на ходовой винт закрепить гайку, которая механически скреплена с перемещаемой деталью (в реальном примере это — металлическая заготовка), то с помощью энкодера можно до долей миллиметра узнать ее положение. Точность вычисления будет зависеть от шага резьбы и разрешающей способности энкодера.

Минус такого решения — при большой скорости возможен «промах», и нужно либо уменьшать скорость при приближении к цели, либо постоянно двигаться на низкой скорости.

Перемещение упора

Зубчатая передача
Зубчатая передача

Задача стоит в принципе такая же, как и в предыдущем случае. Но тут другой принцип перемещения — за счет зубчатой передачи.

Плюс данной реализации в том, что энкодер насажен непосредственно на зубчатое колесо, которое осуществляет передачу вращения.

При большом разрешении энкодера и отсутствии механических люфтов можно добиться очень высокой точности позиционирования.

Использование энкодера совместно с винтовой и зубчатой передачей позволяет достичь высокой точности обработки деталей в станках с ЧПУ

Вычисление точной координаты

В производстве полиграфической продукции иногда нужно нанести клей (или краску) в точное место. Когда печатная продукция (например, коробки или конверты) движутся по ленточному конвейеру, при помощи оптического датчика определяется начало, затем контроллер при помощи энкодера вычисляет нужную координату, и включает подачу клея.

Вычисление точной координаты
Вычисление точной координаты

Формируется клеевая дорожка нужной длины, затем клей выключается. Далее коробка подается на фальцовочный узел, где складывается и склеивается. При этом скорость работы линии может достигать до 300 коробок в минуту.

Системы дозирования

Для точного открытия заслонки в системе дозирования жидкостей служит система, состоящая из двигателя с редуктором, на вал которого с одной стороны закреплена задвижка, с другой — энкодер.

Поворот вала
Поворот вала

Поворот вала редуктора на угол не более 180° ограничен датчиками приближения, а точное положение определяется по сигналу от энкодера. В исходном состоянии задвижка закрыта, и датчик минимального положения активен. Это состояние принимается за ноль. Далее включается двигатель, и вал поворачивается. Точный угол поворота пропорционален количеству импульсов от энкодера обратной связи. В данном случае энкодер не делает полный оборот, его движение ограничено датчиками.

Подытожим

Энкодер является самым распространенным «измерительным инструментом» в современном промышленном оборудовании. Точнее (и дороже) его — только сервоприводы.

Источник: Александр Ярошенко, автор блога SamElectric.ru. Статья опубликована в журнале «Электротехнический рынок», №1 (85) 2019

👉 Подписывайтесь на Elec.ru. Мы есть в Телеграм, ВКонтакте и Одноклассниках

Ярошенко Александр Александрович
Все новости и публикации пользователя Ярошенко Александр в персональной ленте вашего личного кабинета на Elec.ru
Подписаться
Читайте также
Новости по теме
Объявления по теме

ПРОДАМ: АВТОМАТИКА, МОНТАЖНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, ЭЛЕКТРИКА

ООО «Лайт Креатив» поставляет: -Электрику и автоматику: ABB, Legrand, Schneider Electric, Merten, Gira, Gewiss, Fede, Fontini, Bticino, Jung, Berker, T&J; , Moller, Wessen, AVE, LLinas,. — Монтажное оборудование: электрические шкафы, щиты, кабель-каналы, лотки (лестничные, перфорированные), напольные лючки, плинтус-каналы. Труба гофрированная, монтажные коробки, клеммники WAGO и др. Минимальные сроки поставки, хорошие цены. Техническая поддержка.
Кисель Ольга · Лайт Креатив · 15 мая · Россия · г Москва
АВТОМАТИКА, МОНТАЖНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, ЭЛЕКТРИКА

ПРОДАМ: Электрика Schneider Electric (автоматы, пускатели, реле, УЗИП, предохранители и клеммы) и прочее

Продам остатки электрики производства Schneider Electric, новые, без упаковки, с демонтажа новых электрических щитов, без паспортов, в работе не были: — Реле модульное Zelio logic на 26 входов/выходов =24В (Schneider Electric SR3 B261BD 88960161 на DIN-рейку), Франция — 3шт по 9000 руб. — Модульный блок питания на 24В 2,5А (Schneider Electric ABL7 RM24025 100-240VAC 1,1-0,6A 50/60Hz Output 24VDC, 2,5A 60W на DIN-рейку), Тайвань — 3шт по 9000 руб. — Автоматический выключатель Schneider Electric Compact NSX 100B трёхполюсный с расцепителем TM80D на 80А 25кА арт. LV429551, Франция — 1шт по 17000 руб. — Автоматический выключатель Schneider Electric Compact NSX 100B трёхполюсный с расцепителем TM32D на 32А (25 kA при 415 В пер. тока) 3P3t, арт. LV429555 с мотор-редуктором MT100/160, Compact NSX 100B, 220/240В пер. тока 50/60 Гц арт. LV429434, Францияпо — 2шт по 22000 руб. — Автоматический выключатель Schneider Electric Compact NSX 100B трёхполюсный с расцепителем TM50D на 50А (25 kA при 415 В пер. тока) 3P3t, арт. LV429553 с мотор-редуктором MT100/160, Compact NSX 100B, 220/240В пер. тока 50/60 Гц арт. LV429434, Франция — 2шт по 30000 руб. — Автоматический выключатель Schneider Electric Compact NSX 250B трёхполюсный с расцепителем TM250D на 250А (25 kA при 415 В пер. тока) 3P3t, арт. LV431110 с мотор-редуктором MT250, Compact NSX 250B, 220/240В пер. тока 50/60 Гц арт. LV431541 — 2шт по 68000 руб. — Многофункциональное 3-фазное реле контроля питания (Реле контроля фаз) Schneider Electric RM35TF30 0,1-10 сек, 5А, 2 CO, 220…480VAC на DIN-рейку, Индонезия — 3шт по 6500 руб. — Пускатель (контактор) Schneider Electric LC1D09 трёхполюсный 9А, 1НО + 1НЗ, катушка управления 220V 50Hz на DIN-рейку, Франция — 3шт по 3500 руб. — Стационарный ограничитель перенапряжения (УЗИП) (Разрядник) Merlin Gerin Schneider Electric PF20 4P С60 на 25А IP 20 230/400V 50/60Hz 20kA кат. № 15593, на DIN-рейку, Китай — 1шт по 8000 руб. — Разъединитель предохранителя Schneider Electric STI 1Р...
Чехлатый Павел · 17 мая · Россия · Хабаровский край

ПРОДАМ: РОЗЕТКИ, ВЫКЛЮЧАТЕЛИ, УЗО, АВТОМАТИКА, ДАТЧИКИ

ООО «Лайт Креатив» поставляет: — Электрооборудование, автоматику (ABB, Legrand, Schneider Electric, Merten, Gira, Gewwis, Fede, Fontini, Llinas, AVE, Bticino, Jung, Berker, MK elec, T&J; , Moller, Wessen и др.). А так же и светотехническую продукцию разного назначения, кабельную продукцию. Скидки, Подбор оборудования http://www.lc-new.ru/# Наличие. Гибкая система скидок. Тех. поддержка.
Кисель Ольга · Лайт Креатив · 14 мая · Россия · г Москва
РОЗЕТКИ, ВЫКЛЮЧАТЕЛИ, УЗО, АВТОМАТИКА, ДАТЧИКИ

ПРОДАМ: Клистроны со склада и под заказ

Компания "Премьер Комплект Сервис" рада Вам представить клистроны и прочие электронные компоненты. Компания "Премьер Комплект Сервис" — это официальный прямой поставщик электронных компонентов и электротехнических изделий для всех областей промышленности и производств без посредников. Основные задачи нашей компании: — Предоставить российскому производителю электроники и электротехнического оборудования бесперебойную комплексную поставку электронных компонентов и электротехнического оборудования в любых количествах и по конкурентоспособным ценам непосредственно от производителя и ведущих мировых дистрибьюторов в кратчайшие сроки. — Предоставить российскому разработчику возможность использовать в своих разработках лучшие достижения мировых лидеров в производстве электронных компонентов и модулей, осуществляя весь необходимый для этого сервис: технические консультации, образцы, средства разработки и отладочного оборудования, наборы элементной базы для опытного производства. Для реализации этих задач наша компания пользуется и предоставляет нашим партнерам и клиентам весь потенциал услуг, которые предлагают ведущие производители электроники и электротехнического оборудования в странах США, Европы и Азии. Осуществляя оптовые поставки электронных компонентов на основании непосредственных контактов с производителями и ведущими мировыми дистрибьюторами, не затрагивая вторичный рынок, а также наличие хорошо организованного отдела логистики в нашей компании дает основания утверждать, что мы способны выполнять поставленные перед нами задачи.
Бахарев Денис · ПКС · 13 мая · Россия · г Москва
Клистроны со склада и под заказ

ПРОДАМ: Электротехническое оборудование

Продаю: 2.ВозбудительТЕ8-320/115 -1шт 3.Возбудитель ТЕ8-320/230 -1шт 4.Шунты 75ШСМ-М3 500А, 100А, 750А, 200А, 300А, 50А 75ШИС 30А, 20А 75ШСМ-Т2 200А 5.Привод ЭПУ-1-2.3447.М.УХЛ4 — 2шт. 6.Контроллер Б9601 7.Трансформаторы ТСЗ-20-УХЛ2 — 8шт. ТТЭС-16/70- 2шт ТТЭСЗ-25/71-1шт 8 Преобразователь оп-120 Ф3 -динамич. эл.двиг. 24в, 10.5АГенератор 127в 90Ват 9.Преобразователь ПСЧ-15 с ЗИП 18кВт 50Гц 11.Установки конденсаторные: -УКБТ-0,38-150У3 — 2шт. -УКЛН-0,38-300-150У3 — 2шт. -УКМ-59-04-265 с регулятором реакт. мощ.Б-2201 — 2шт. 12.Конденсатор КЭК-2-0,415-67-3Т3 — 7шт. 14 Преобразователь динам. По-300А Двиг 24в пост. 28.5А 3000об.мин генер. пер 120в 3.1А 1Ф50гц-1ед 1974 г 15.Блоки резисторов: -Б6-У2 228А; 0,115; 100%ИРАК 434332004-01 — 2шт. -БК12 У2 ИРАК 434.331.003 13 е/i 12×8 21×6А ПВ5% 20кг -БК12 У2 ИРАК 434.331.003 12 е/i 12×8 21×6А конт.ТД 20кг -БФК У2 ИРАК 434.334.001 28конт.фД60 е/i 35 75А 22кг -БФК У2 ИРАК 434.334.001 28 е/i 35 13А к конт ТСД60 22кг 16.Камера высоковольтного отключения КВВО (ЛЭЗ.13.2.116) 6кВ, 630Ас выключателем ВМПЭ-10-630-220. 18.Возбудитель В18-1-У3 N=5,5кВт/3000 Uвых=36В, I=153А, без двиг. и рамы 1992 г. -4шт. 19.Реостат БУ3 1989 г. 4шт. 20 Преобраз.частоты динам. ПЧ-100-14(10кват на 1450об.мин Вых частота 100Гц 21 Реостат РЭВ-11Бу3 1989 г -4ед с хранения 22 Преобразователь частоты ТПТР-10-230-3200-21 УХЛ4 -1ед 23. Преобраз частоты ТПТР-10-400-200/50 Вход-пер. 380в 50гц Выход 3ф пер. 40-400в 10А Выход пер. частоты 20-200 или 5-50гц.1ед 25. Агрегат бензоэлетрич. АБ-8-Т/230М 8кВт 230В, Двиг.Москвич с/хранения. 26. Дизель-электростанция АД-10-Т/230М 10кВт 230ВУ, дизель НЧ 8,5/11 (1Ру-6у2) 18кВт с/хранения. 28. Трансформатор закалочный Т37-800 800кВа 90г. 30. Преобразователь напряжения ПН-ТТ — Е -160-340-50-2УХЛ4 91г. — 2шт 31. Автотрансформатор TSGC2-30K — 1шт (латр)3 32. Преобразователь частоты ВМI-SО7 серии UU-006 AC/AC Converter-3шт. 33. Сирена сигнальная С-28 с эл.двиг А031-2. 1кВтх2850об 1975 г. — 2шт 34. БДР Блок диодно...
Уралев Василий · ООО "Грант-Арм-Электро" · 17 мая · Россия · Пензенская обл
ООО «КМ-профиль» — российский производитель кабеленесущих систем и электромонтажных изделий для прокладки кабеля, провода, магистральных, телекоммуникационных линий и других инженерных сетей. Компания выпускает свои изделия под брендом «Системы КМ».