Aquest article analitza diferents tipus de codificadors de motor en automatització, concretament codificadors lineals i rotatius i les seves aplicacions.
I. Què és un codificador de motor?
Un codificador de motor és un dispositiu que registra dades de posició per a sistemes de control d'automatització o qualsevol maquinària que contingui motors que requereixin informació de posició. Des de braços robòtics fins a impressores 3D, són omnipresents. Els codificadors tenen un paper fonamental per permetre que les màquines autònomes funcionin correctament. Permeten la mesura precisa dels components en moviment dins d'un sistema.
Els codificadors de motor ofereixen avantatges en diverses àrees. Per exemple, els codificadors lineals s'utilitzen habitualment en aplicacions de ferrocarril i permeten que les màquines CNC i les impressores 3D creïn peces amb precisió, mentre que els codificadors rotatius fan possibles braços robòtics en la fabricació. Els senyals que transmeten activen diferents sortides en controladors o PLC en el moment precís requerit.
II. Com funcionen els codificadors de motor?
Els codificadors funcionen proporcionant informació elèctrica als dispositius de control basats en un dels dos sistemes diferents: rotatiu o lineal. Dins dels codificadors existeixen diversos mecanismes per convertir els canvis físics en dades elèctriques: resistius, mecànics, magnètics i òptics. Els codificadors òptics són els més comuns en la fabricació. Contenen almenys un transmissor de llum i un receptor de llum per convertir el moviment físic en senyals elèctrics per al processament del controlador. Independentment del mètode de conversió emprat, els codificadors sempre es classifiquen com a codificadors lineals o rotatius.
En els codificadors òptics, tant els tipus rotatius com els lineals utilitzen "finestres" tallades en una superfície sòlida, permetent que la llum entri a la unitat receptora només de manera incremental. Els codificadors lineals utilitzen sensors per detectar diferents patrons dins d'una tira al llarg de la longitud del camí, mentre que els codificadors rotatius consisteixen en un disc amb ranures que transmeten senyals al sistema de control.
En els sistemes òptics, el transmissor emet un feix de llum constant que s'interromp progressivament a mesura que el sistema es mou. Sempre que el receptor detecta llum del transmissor, envia un senyal elèctric al controlador. Existeixen diverses configuracions de disc o pista per bloquejar/rebre llum segons l'aplicació. Aquests inclouen codificadors de posició absoluta i codificadors incrementals.
III. Codificadors absoluts i codificadors incrementals: quina diferència hi ha?
Els codificadors absoluts utilitzen diversos sensors de llum per enviar codis binaris al controlador. Disposen de diferents ranures corresponents a parells d'emissors/receptors de llum. Per als codificadors absoluts d'un sol -turn, aquestes ranures generen un codi binari que indica la posició angular dins d'una revolució del motor.
En aplicacions que requereixen una precisió més alta i un rang més gran, els codificadors multi-vuelta utilitzen reductors d'engranatges i dos discos codificadors per aconseguir un rang més gran de posicions conegudes. Els codificadors absoluts són més adequats per a escenaris que requereixen dades de posició després de la pèrdua de potència, més habitualment en circuits de seguretat. Els codificadors incrementals presenten ranures espaiades uniformement per enviar polsos al controlador. Aquests codificadors es basen en polsos comptats des d'una posició zero, per la qual cosa és crucial tenir una posició coneguda per reiniciar el recompte si el sistema perd potència per qualsevol motiu.
Quan només es requereix la velocitat del motor, es pot enviar un senyal analògic al controlador, que li permet processar aquestes dades per a aplicacions útils. Si el procés requereix dades de posició, el codificador pot enviar polsos elèctrics al controlador per desxifrar la posició del motor dins de la seva àrea límit.
IV. On s'utilitzen els codificadors lineals?
Els codificadors lineals transmeten senyals de polsos elèctrics als controladors mitjançant sensors o "osques" en una escala. Aquests senyals de pols es poden descodificar per un PLC i convertir-los en instruccions que el dispositiu ha de seguir.
Els codificadors lineals són més adequats per a aplicacions amb posicionadors lliscants, com ara impressores 3D o màquines CNC. Destaquen en processos que requereixen una transmissió de dades precisa i d'alta-velocitat als controladors. Alguns codificadors lineals, si no codificadors absoluts, requereixen una posició de referència per trobar zero després de la pèrdua de potència o el reinici del PLC/controlador.
Els codificadors absoluts utilitzen la representació binària per a la posició, mentre que els codificadors incrementals només envien polsos comptats pel controlador després de l'inici. Els interruptors de límit o els sensors poden proporcionar un punt de referència quan les dades de posició s'han de restablir.
Els codificadors lineals basats en -codi-absolut poden determinar la seva posició sense moviment ni punts de referència. Utilitzen codis binaris de múltiples escales per establir la posició. Això ofereix una major flexibilitat per als processos d'aplicació i obre més oportunitats en camps que requereixen seguretat de reinici.
V. Aplicacions dels codificadors rotatius
Els codificadors rotatius consisteixen en una escala circular connectada a l'eix del motor. A mesura que el motor gira, els sensors de llum que llegeixen els patrons a l'escala envien recomptes de polsos o codis binaris al PLC. Els codificadors rotatius són molt útils en aplicacions que requereixen mesurament de la velocitat del motor o on la distància és difícil de mesurar sense la rotació del motor, com els servomotors en braços robòtics. Les aplicacions que necessiten control de velocitat del motor utilitzen codificadors incrementals que generen recomptes de polsos per mesurar la velocitat del motor.
L'escala del codificador té un nombre específic de ranures i el PLC compta aquestes ranures a mesura que gira el motor. A continuació, aquest recompte es pot convertir en RPM. Un exemple on això és útil és en un motor de cinta transportadora. Alguns paràmetres poden requerir diferents velocitats de corretja i el PLC es pot ajustar en conseqüència en funció de les RPM del motor. També són útils en aplicacions on la precisió és crítica, ja que produeixen dades més precises que els codificadors rotatius absoluts. Malgrat la seva major precisió, no poden llegir la posició sense moviment i poden requerir una posició de referència després de perdre la comunicació amb el PLC.
Els codificadors absoluts també es poden utilitzar com a codificadors de motor rotatiu. Són més adequats per a situacions que requereixen dades angulars. També conserven la capacitat de recuperar la posició després de la comunicació o la pèrdua de potència entre el codificador i el controlador, a diferència dels codificadors rotatius incrementals que requereixen moviment per transmetre dades.