Encoder Npn
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Gli encoder rotativi incrementali generano un segnale di uscita ogni volta che l’albero ruota di un certo angolo. Il numero di segnali (impulsi) per giro definisce la risoluzione del dispositivo. L’encoder incrementale non emette una posizione assoluta, il che rende i componenti interni dell’encoder molto più semplici ed economici. Oltre che per il tracciamento della posizione, gli encoder incrementali sono spesso utilizzati per determinare la velocità. La posizione rispetto al punto di partenza può essere calcolata contando il numero di impulsi. La velocità può essere ricavata dividendo il numero di impulsi per l’intervallo di tempo misurato.
Gli encoder rotativi incrementali forniscono un segnale di uscita seriale su una singola linea di trasmissione. Un encoder incrementale ha almeno un segnale di uscita “A” o, in genere, due segnali di uscita, chiamati “A” e “B”. Questi due segnali sono impostati con un offset di 90°, necessario per il rilevamento della rotazione dell’encoder. Ruotando l’encoder in senso orario, l’impulso “A” sale 90° prima dell’impulso “B”, mentre ruotando l’albero in senso antiorario, l’impulso “B” sale prima dell’impulso “A”.Inoltre, alcuni encoder incrementali emettono un segnale “Z”. Ad ogni rotazione, questo segnale Z si alza di solito per 90°, esattamente sulla stessa posizione. Alcuni encoder incrementali hanno anche segnali differenziali aggiuntivi, chiamati “/A”, “/B” e “/Z”. Questi segnali sono segnali “A”, “B” e “Z” invertiti. I controllori possono confrontare ogni coppia (“A” deve essere uguale a “/A” invertito) per garantire che non vi siano errori durante la trasmissione. Inoltre, la sensibilità della trasmissione viene migliorata trasmettendo i segnali differenziali attraverso un cavo a coppie intrecciate.
Encoder sinusoidale
Quando si tratta di scegliere un encoder per un’applicazione di controllo assi, occorre fare una serie di scelte. Un ingegnere che specifica un sensore deve decidere se la sua applicazione richiede un encoder incrementale, assoluto o a commutazione. Una volta stabilito il tipo di encoder di cui si ha bisogno, occorre considerare una lunga serie di altri parametri, come la risoluzione, lo schema di montaggio, le dimensioni dell’albero motore e altro ancora. Inoltre, e talvolta trascurato, è necessario il tipo di segnale di uscita dell’encoder. La risposta non è sempre chiara, quindi in questo post esamineremo i tre tipi principali di uscite presenti in quasi tutti gli encoder: a collettore aperto, push-pull e line driver differenziale. Questi tre tipi di uscita descrivono il livello fisico della comunicazione digitale.
Che si tratti dell’uscita di quadratura di un encoder incrementale, dell’uscita del polo del motore di un encoder di commutazione o di un’interfaccia seriale che utilizza un protocollo specifico, tutti questi segnali sono digitali e hanno stati alti e bassi. Ciò significa che per un encoder a 5 V, i segnali passano sempre da 0 V (massa), che è basso o uno 0 binario, a 5 V, che è alto o un 1 binario. In questo articolo ci concentreremo sulle uscite degli encoder incrementali che forniscono un’onda quadra di base.
Encoder in quadratura
Gli encoder incrementali possono essere collegati al controllo/contatore tramite schemi single ended (un filo per canale) o differenziali (due fili per canale). Il vantaggio di un segnale differenziale è che offre una maggiore resistenza alle interferenze elettromagnetiche. Ciò avviene generando due segnali e riferendoli l’uno all’altro anziché alla massa. Lo svantaggio è l’aumento del costo del cavo supplementare.
Sebbene esistano delle eccezioni, un circuito ideale abbina un ingresso sourcing (ad esempio, PLC) a un’uscita sinking (ad esempio, encoder). Allo stesso modo, un ingresso sinking dovrebbe essere abbinato a un’uscita sourcing. Le uscite sinking sono tipicamente basate su transistor NPN, mentre le uscite sourcing sono tipicamente basate su transistor PNP. I tre tipi comuni di driver di uscita per encoder corrispondenti a questi dispositivi sono:
Semplici ed economici, i driver di uscita a collettore aperto sono driver di uscita sinking progettati per essere utilizzati con controlli sourcing. I driver di uscita a collettore aperto si basano su transistor NPN. Quando il transistor è acceso, l’encoder agisce come un dissipatore di corrente. Quando il transistor è spento, l’uscita rimane flottante (aperta). Poiché l’uscita del transistor rimane aperta, i driver a collettore aperto devono essere utilizzati con una resistenza di pull-up di dimensioni adeguate. Questo resistore “tira” il segnale fino a una tensione designata, accendendo e spegnendo l’uscita per generare il segnale a onda quadra. Poiché un collettore aperto è un dispositivo sinking, non può generare o “spingere” la corrente, il che lo rende inadatto a lunghe tratte di cavo o ad ambienti ad alto rumore. Un altro fattore da considerare è che l’uscita a collettore aperto funziona meglio a risoluzioni inferiori. Questo perché la resistenza di pull-up altera la velocità (slew rate) di generazione degli impulsi. Di conseguenza, l’uscita a collettore aperto non dovrebbe essere utilizzata con segnali di encoder differenziali o complementari (A, A-non, B, B-non). Tuttavia, se le caratteristiche dell’applicazione sono la brevità dei cavi e un ambiente a basso rumore, l’uscita a collettore aperto è probabilmente la scelta più economica.
Encoder push-pull vs. collettore aperto
Un encoder incrementale è un dispositivo elettromeccanico lineare o rotativo dotato di due segnali di uscita, A e B, che emettono impulsi quando il dispositivo viene spostato.[1] Insieme, i segnali A e B indicano sia il verificarsi che la direzione del movimento. Molti encoder incrementali hanno un segnale di uscita aggiuntivo, in genere denominato indice[2] o Z,[3] che indica che l’encoder si trova in una particolare posizione di riferimento. Inoltre, alcuni encoder forniscono un’uscita di stato (tipicamente designata come allarme)[4] che indica condizioni di guasto interno, come il guasto di un cuscinetto o il malfunzionamento di un sensore.
A differenza di un encoder assoluto, un encoder incrementale non indica la posizione assoluta;[nota 1] segnala solo le variazioni di posizione[3] e, per ogni variazione di posizione segnalata, la direzione del movimento. Di conseguenza, per determinare la posizione assoluta in un determinato momento, è necessario inviare i segnali dell’encoder a un’interfaccia per encoder incrementale, che a sua volta “rintraccerà” e segnalerà la posizione assoluta dell’encoder.