معرفی انکودر (قسمت دوم)

دکتر کیوان رستم‌پور – در صنعت آسانسور انکودر را می‌توانیم به چشم آسانسور نسبت داد. به این دلیل که انکودر همانند چشم انسان موقیعت‌ها را بررسی کرده و به مغز فرستاده و مغز آن را پردازش می‌کند. انکودر وسیله‌ای برای اندازه‌گیری میزان جابه‌جایی از نقطه‌ای به نقطه‌ی دیگر است. اندازه‌گیری این جابه‌جایی می‌تواند حول یک یک محور به صورت دوران یا اندازه‌گیری مسیر در طول، عرض، ارتفاع و یا تلفیقی از حالات ذکر شده باشد.

این وسیله به اشکال و با میزان دقت‌هایی متفاوتی ساخته می‌شود. رایج‌ترین نوع انکودر‌ها که برای اندازه‌گیری میزان جابه‌جایی در سطح مورد استفاده قرار می‌گیرد، سخت‌ افزار و ادوات موس (Mouse) است. اساس اولیه آن‌ها گوی داخل آن (شماره ۱) است.

داخل آن‌ها دو عدد چرخ دنده (شماره ۲ و ۳) وجود دارد که با حرکت ماوس گوی داخل آن حرکت و چرخ دنده‌ها را به حرکت وا می‌دارد. آن‌ها نیز از بین یک فتودیود (شماره ۴ و ۵) عبور می‌کنند و باعث ایجاد سیگنال الکتریکی می‌شوند.

کاربرد انکودر در سیستم‌های کنترلی و پارامترهای قابل اندازه‌گیری آن

انکودرها غالبا در سیستم‌های کنترلی، بیشتر در قسمتی نصب می‌شوند که بخواهند از خروجی، فیدبکی را برای کنترلر ارسال نمایند و پارارمترهای زیر را مشخص کنند:
پارامتر‌های قابل سنجش توسط انکودر را مشاهده نمایید:

1. اندازه‌ گیری سرعت در هر گردش.
2. اندازه‌ گیری و کنترل موقعیت و زاویه‌ سنجی.
3. جهت چرخش حرکت شفت ساعت‌گرد یا پاد ساعت‌گرد.

با رشد تکنولوژی فناوری آسانسور، موتورهای گیربکس‌ و موتورهای گیرلس، نیاز به موقعیت دقیق کابین، کنترل سرعت و ایمنی داشتند که انکودر تبدیل شد به بخشی حیاتی که این حلقه را تشکیل می‌دهد، تبدیل شد.

تفاوت سیستم حلقه باز و حلقه بسته در کنترل آسانسور

همان طور که در تصویر مشاهده می‌کنید این مدار یک حلقه باز (3VF open) است و هیچ انکودری وجود ندارد. همچنین هیچ کنترلی روی موتور و موقیعت کابین وجود ندارد، ولی در ادامه مدار حلقه بسته به شما نمایش داده می‌شود. در این تصویر می‌توانید مشاهده کنید انکودر در کدام مرحله وارد عمل می‌شود که این عمل سبب بسته شدن این حلقه باز و تسلط کامل درایو روی موتور است که درایو از موقعیت کابین با خبر است و دیگر به موتور اجازه نمی‌دهد به اشتباه توقف کند.

به همین دلیل خطاها در تابلو‌های بسته (3VF close) به کل حذف و لول شدن طبقه به‌درستی انجام می‌شود. درایو کنترل کامل روی موتور و کابین دارد. فناوری «انکودر» هم‌تراز با نیاز به فیدبک دقیق موتور و کنترل حرکت در ماشین‌آلات صنعتی پدید آمد.

ساختار و نحوه عملکرد انکودر در موتور آسانسور

با پیشرفت الکترونیک و نیاز به دقت و بازگشت‌پذیری حرکت، انکودر به معنای مدرن، یعنی سنسور که حرکت شفت را به سیگنال دیجیتال یا آنالوگ تبدیل می‌کند، شکل گرفت.

در ابتدا شاید انکودرها ساده‌تر بودند و بیشتر کاربرد سرعت و شمارش دور موتور را داشتند، اما با توسعه سنسورهای نوری، مغناطیسی و الکترونیکی، انکودرهایی با دقت بسیار بالا و با خروجی دیجیتال مطلق (Absolute) وارد بازار شد.

انکودر روی محور موتور اصلی آسانسور نصب می‌شود و از یک دیسک کدگذاری شده و یک هد نوری تشکیل شده است. دیسک کدگذاری شده با علامت‌گذاری‌های منحصربه‌فرد پوشیده شده که در هنگام چرخش دیسک توسط هد نوری خوانده می‌شوند.

بیشتر بخوانید:

• اهمیت سینی زیر کابین آسانسور در ایمنی و نگهداری
• پله برقی هوشمند کم مصرف و مزایای کاربردی آن

انواع سیگنال در انکودرها

انکودر آسانسور عموماً از نوع نوری بوده و شامل فرستنده و گیرنده مادون قرمز است. حسگرها در طرفین جسم مکانیکی قرار گرفته و از چرخش موتور پالس الکتریکی ایجاد می‌شود. مقدار یک به معنی عبور نور از شیارها بوده و مقدار صفر نیز مشخص‌کننده عدم عبور نور و برخورد با پره‌هاست. بهترین راه برای آنالیز حرکت گردشی موتور نصب انکودر روی شفت موتور است.

نوع سیگنال‌دهی هر انکودر به دو دسته تقسیم می‌شود:

1. افزایشی
2. مطلق

انکودرهای مطلق در هر نقطه و موقعیتی که باشند سیگنالی که در خروجی برای کنترلر ارسال می‌کنند بیانگر همان مکان است.

انکودر مطلق (Absolute Encoders)

انکودرهای مطلق عددهای منحصر به فردی برای هر زاویه از انکودر دارند که با قرارگیری در آن نقطه پالس و کد آن در خروجی ظاهر می‌شود. این انکودرها نسبت به انکودرهای افزایشی گران‌تر بوده و پس از هربار بازنشانی کنترلر موقعیت شفت انکودر فراموش نمی‌شود. در انکودرهای مطلق از یک صفحه شفاف استفاده می‌شود، که بخش‌های خاصی از آن سیاه شده‌اند.

این صفحه در میان چندین گیرنده و فرستنده مادون قرمز قرار دارد، در هر لحظه تعدادی از این گیرنده‌ها صفر و تعدادی یک را نشان می‌دهند، بدین ترتیب یک عدد باینری بدست می‌آید که زاویه‌ای بین ۰ تا ۳۶۰ را نشان می‌دهد. انکودرهای افزایشی یک نوع پروتکل یا قرارداد مشترک با در نظر گرفتن خروجی یکسان در این نوع است. بدان معنا که انکودر افزایشی جدای از نوع ساختار خود دارای یک نوع سیگنال است.

انکودر افزایشی (Incremental Encoders)

این نوع انکودر هر بار که جسم جابه‌جا می‌شود، تعداد مشخصی پالس ارسال می‌کند. تعداد پالس‌ها نشان‌دهنده میزان جابه‌جایی است. در انکودر افزایشی به‌ازای چرخش موتور به اندازه مشخصی، یک رشته پالس (که قطار پالس هم می‌گویند) در خروجی تولید می‌شود.

این سری پالس‌ها، یکنواخت و پشت سر هم، متناسب با چرخش و حرکت مکانیکی مورد نظر، تولید می‌شود. برای نمونه، اگر بخواهیم چرخش مکانیکی محور را به هزار قسمت تقسیم کنیم، می‌توان از انکودری استفاده کرد که هزار سیکل موج مربعی به‌ازای هر دور چرخش ایجاد می‌‌کند.

انواع فناوری ساخت انکودر

انکودرها بر اساس فناوری ساخت و نحوه تشخیص حرکت به چند دسته اصلی تقسیم می‌شوند. هر یک از این فناوری‌ها با استفاده از اصول فیزیکی متفاوتی مانند نور، میدان مغناطیسی یا تغییرات ظرفیت خازنی، حرکت شفت یا جابه‌جایی را تشخیص داده و آن را به سیگنال الکتریکی قابل پردازش برای کنترلر تبدیل می‌کنند.

شناخت این فناوری‌ها به انتخاب صحیح انکودر در کاربردهای مختلف صنعتی، از جمله سیستم‌های دقیق مانند آسانسور، کمک می‌کند. مهم‌ترین انواع فناوری ساخت انکودر شامل موارد زیر است:

• انکودر نوری
• انکودر مغناطیسی
• انکودر خازنی

انکودر نوری (Optical Encoder)

دیسک انکودر نوری، از پلاستیک و یا شیشه ساخته شده و دارای مناطق شفاف و غیرشفاف است. یک منبع نور و یک آشکارساز نور، طرح‌های نوری ایجاد شده ناشی از موقعیت دیسک در هر لحظه را می‌خواند.

انکودر مغناطیسی (Magnetic Encoder)

انکودرهای مغناطیسی دسته‌ دیگری از انکودرها هستند که فناوری آن‌ها از انکودر‌های نوری به‌روزتر است. عملکرد کلی و ساختار آن‌ها بدین گونه است که با تغییر میدان مغناطیسی بر اثر چرخش دیسک مغناطیسی شده به واسطه موقعیت‌های مختلف شفت انکودر، براساس دو فناوری حسگر داخلى که در ادامه به آن‌ها اشاره می‌شود، سیگنال‌های الکتریکی ایجاد و در خروجی ظاهر می‌شود.

که در واقع دیسک انکودر در مقابل سنسوری خواهد چرخید که در نتیجه آن یک موج سینوسی ایجاد و سپس این سیگنال به یک موج مربعی بر حسب نیاز تبدیل می‌شود.

انکودر خازنی (Capacitor Encoder)

همان‌طور که از نام این انکودر مشخص است، عملکرد انکودر خازنی بر پایه تغییر ظرفیت خازنی در داخل انکودر است که اندازه‌گیری مقدار پیموده شده، موقعیت شفت و تولید سیگنال خروجی با استفاده از این فرایند محقق می‌شود. با قرار دادن یک جسم عایق بادی الکتریک متفاوت در بین دو جسم یا صفحه رسانا توانسته‌ایم خازن الکتریکی تولید کنیم.

همان‌طور که در شکل مشخص است در انکودر‌های خازنی، یک صفحه رسانا با شکلی نامتقارن (که ظرفیت‌های خازنی به نوع شکل این صفحه مرتبط است) با چرخش شفت می‌چرخد؛ درنتیجه این حرکت سبب تغییر ظرفیت خازن بین دو الکترود می‌شود. این تغییر ظرفیت قابل اندازه‌گیری است و می‌توان از آن به عنوان پالس برای محاسبات پردازنده یا همان کنترلر استفاده کرد.

انواع انکودر بر اساس نوع حرکت

انکودرها از نظر نوع حرکت و نحوه اندازه‌گیری جابه‌جایی به دو دسته اصلی زیر تقسیم می‌شوند:

• انکودرهای دورانی
• انکودرهای خطی

هر یک از این دو نوع برای اندازه‌گیری نوع خاصی از حرکت طراحی شده‌اند. انکودر دورانی برای اندازه‌گیری حرکت چرخشی و زاویه‌ای شفت‌ها به کار می‌رود، در حالی که انکودر خطی برای اندازه‌گیری حرکت مستقیم و جابه‌جایی در مسیر خطی استفاده می‌شود. انتخاب نوع مناسب انکودر به نوع حرکت سیستم و دقت مورد نیاز در کاربردهای صنعتی بستگی دارد.

انکودر دورانی (Rotary Encoder)

انکودر دورانی در مناطقی که دوران وجود دارد و ما نیاز داریم روی آن نظارت داشته باشیم، گزینه مناسبی است. انکودر چرخشی برای اندازه‌گیری حرکت زاویه‌ای استفاده می‌شود. به همین دلیل، در ماشین‌آلاتی که حرکت دورانی نقش کلیدی دارد، انکودر دورانی انتخاب مناسب‌تری است. این نوع انکودر روی موتور آسانسور نصب می‌شود و روی موتور آسانسور کنترل کامل دارد.

انکودر خطی (Linear Encoder)

در این نوع انکودر اگر بخواهم مثالی بزنم صنایع چاپ است. در این صنعت باید تمامی برش‌ها به یک اندازه باشد و این امر دقت زیادی نیاز دارد، به همین دلیل با کمک گرفتن از انکودر راحت شده است. انکودر خطی برای اندازه‌گیری حرکت مستقیم کاربرد دارد که نوعی خاص از آن در صنعت آسانسور مورد استفاده قرار می‌گیرد.

نتیجه‌گیری

انکودر یکی از اجزای کلیدی در سیستم‌های کنترلی، به‌ویژه در صنعت آسانسور، است که با ارسال اطلاعات دقیق از موقعیت، سرعت و جهت حرکت، امکان کنترل نرم‌تر، دقیق‌تر و ایمن‌تر را فراهم می‌کند. با توجه به تنوع بالای انکودرها از نظر نوع سیگنال، فناوری ساخت و نوع حرکت، انتخاب مدل مناسب نقش مهمی در افزایش دقت عملکرد، کاهش خطا و بهبود کیفیت حرکت سیستم دارد. به همین دلیل، انکودر را می‌توان یکی از مهم‌ترین عناصر فیدبک در کنترل حرکت صنعتی دانست.

برای مطالعه قسمت اول این مقاله اینجا را کلیک کنید