เหตุใดจึงต้องติดตั้งตัวเข้ารหัส (encoders) บนมอเตอร์? ตัวเข้ารหัสทำงานอย่างไร?

1. ตัวเข้ารหัสคืออะไร

ระหว่างการดำเนินการของเกียร์หนอน N20 มอเตอร์ DCพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น กระแส ความเร็ว และตำแหน่งสัมพัทธ์ในทิศทางรอบวงของเพลาหมุน จะถูกตรวจสอบแบบเรียลไทม์ เพื่อกำหนดสถานะของตัวมอเตอร์และอุปกรณ์ที่กำลังลากจูง และยังควบคุมสภาวะการทำงานของมอเตอร์และอุปกรณ์แบบเรียลไทม์ ทำให้สามารถใช้งานฟังก์ชันเฉพาะต่างๆ ได้มากมาย เช่น การควบคุมเซอร์โวและการควบคุมความเร็ว ในที่นี้ การใช้ตัวเข้ารหัส (encoder) เป็นองค์ประกอบการวัดด้านหน้า ไม่เพียงแต่ทำให้ระบบการวัดง่ายขึ้นอย่างมาก แต่ยังมีความแม่นยำ เชื่อถือได้ และทรงพลังอีกด้วย ตัวเข้ารหัสเป็นเซ็นเซอร์แบบหมุนที่แปลงปริมาณทางกายภาพของตำแหน่งและการเคลื่อนที่ของชิ้นส่วนที่หมุนได้ให้เป็นชุดสัญญาณพัลส์ดิจิทัล ซึ่งจะถูกรวบรวมและประมวลผลโดยระบบควบคุมเพื่อออกคำสั่งต่างๆ เพื่อปรับและเปลี่ยนแปลงสถานะการทำงานของอุปกรณ์ หากรวมตัวเข้ารหัสเข้ากับแกนเกียร์หรือสกรู ก็สามารถใช้ในการวัดตำแหน่งและการเคลื่อนที่ของชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่เชิงเส้นได้เช่นกัน

2. การจำแนกประเภทตัวเข้ารหัส

การจำแนกประเภทพื้นฐานของตัวเข้ารหัส:

ตัวเข้ารหัส (Encoder) คืออุปกรณ์วัดความแม่นยำสูงที่ผสมผสานระหว่างกลไกและอิเล็กทรอนิกส์ โดยจะทำการเข้ารหัสและแปลงสัญญาณหรือข้อมูล เพื่อการสื่อสาร การส่ง และการจัดเก็บข้อมูลสัญญาณ ตามลักษณะที่แตกต่างกัน ตัวเข้ารหัสสามารถจำแนกได้ดังนี้:

● ดิสก์รหัสและมาตราส่วนรหัส ตัวเข้ารหัสที่แปลงการเคลื่อนที่เชิงเส้นเป็นสัญญาณไฟฟ้าเรียกว่ามาตราส่วนรหัส และตัวเข้ารหัสที่แปลงการเคลื่อนที่เชิงมุมเป็นสัญญาณโทรคมนาคมเรียกว่าดิสก์รหัส

● ตัวเข้ารหัสแบบเพิ่มค่า (Incremental encoders) ให้ข้อมูล เช่น ตำแหน่ง มุม และจำนวนรอบ และกำหนดอัตราที่เกี่ยวข้องโดยจำนวนพัลส์ต่อรอบ

● ตัวเข้ารหัสแบบสัมบูรณ์ (Absolute encoder) ให้ข้อมูล เช่น ตำแหน่ง มุม และจำนวนรอบในหน่วยเชิงมุม โดยแต่ละหน่วยเชิงมุมจะได้รับรหัสเฉพาะที่ไม่ซ้ำกัน

● ตัวเข้ารหัสสัมบูรณ์แบบไฮบริด ตัวเข้ารหัสสัมบูรณ์แบบไฮบริดจะส่งออกข้อมูลสองชุด ชุดหนึ่งใช้สำหรับตรวจจับตำแหน่งขั้วด้วยฟังก์ชันข้อมูลสัมบูรณ์ และอีกชุดหนึ่งจะเหมือนกับข้อมูลเอาต์พุตของตัวเข้ารหัสแบบเพิ่มค่าทุกประการ

ตัวเข้ารหัส (Encoders) ที่ใช้กันทั่วไปในมอเตอร์:

●ตัวเข้ารหัสแบบเพิ่มทีละขั้น

ใช้หลักการแปลงพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรงเพื่อสร้างพัลส์คลื่นสี่เหลี่ยมสามชุด ได้แก่ ชุด A, B และ Z เฟสต่างกัน 90 องศาระหว่างพัลส์ชุด A และ B ทำให้สามารถระบุทิศทางการหมุนได้ง่าย ส่วนพัลส์ชุด Z จะสร้างหนึ่งพัลส์ต่อการหมุนหนึ่งรอบ ใช้สำหรับกำหนดตำแหน่งจุดอ้างอิง ข้อดี: โครงสร้างหลักการง่าย อายุการใช้งานเฉลี่ยหลายหมื่นชั่วโมง ทนทานต่อการรบกวนสูง ความน่าเชื่อถือสูง และเหมาะสำหรับการส่งสัญญาณระยะไกล ข้อเสีย: ไม่สามารถส่งข้อมูลตำแหน่งสัมบูรณ์ของการหมุนของเพลาได้

● ตัวเข้ารหัสแบบสัมบูรณ์

บนแผ่นรหัสวงกลมของเซ็นเซอร์ มีช่องรหัสหลายช่องเรียงตัวเป็นวงกลมตามแนวรัศมี โดยแต่ละช่องประกอบด้วยส่วนที่ยอมให้แสงผ่านได้และส่วนที่ไม่ยอมให้แสงผ่านได้ และจำนวนส่วนของช่องรหัสที่อยู่ติดกันจะเป็นสองเท่า และจำนวนช่องรหัสบนแผ่นรหัสจะเท่ากับจำนวนหลักของเลขฐานสอง เมื่อแผ่นรหัสอยู่ในตำแหน่งที่แตกต่างกัน องค์ประกอบไวแสงแต่ละตัวจะถูกแปลงเป็นสัญญาณระดับที่สอดคล้องกันตามการได้รับแสงหรือไม่ได้รับแสง ทำให้เกิดเลขฐานสองขึ้น

ตัวเข้ารหัสประเภทนี้มีลักษณะเด่นคือ ไม่จำเป็นต้องใช้ตัวนับ และสามารถอ่านรหัสดิจิทัลคงที่ที่สอดคล้องกับตำแหน่งได้ที่ตำแหน่งใดก็ได้บนแกนหมุน เห็นได้ชัดว่า ยิ่งมีช่องรหัสมากเท่าไร ความละเอียดก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น และสำหรับตัวเข้ารหัสที่มีความละเอียดไบนารี N บิต ดิสก์รหัสจะต้องมีช่องรหัส N ช่อง ปัจจุบันในประเทศจีนมีผลิตภัณฑ์ตัวเข้ารหัสแบบสัมบูรณ์ 16 บิตแล้ว

3. หลักการทำงานของตัวเข้ารหัส

โดยใช้แผ่นดิสก์รหัสโฟโตอิเล็กทริกที่มีแกนอยู่ตรงกลาง มีเส้นวงกลมโปร่งแสงและทึบแสงอยู่บนนั้น และมีอุปกรณ์ส่งและรับสัญญาณโฟโตอิเล็กทริกเพื่ออ่านค่า โดยสัญญาณคลื่นไซน์สี่กลุ่มจะถูกรวมเข้าด้วยกันเป็น A, B, C และ D แต่ละคลื่นไซน์มีความแตกต่างของเฟส 90 องศา (360 องศาเมื่อเทียบกับคลื่นวงกลม) และสัญญาณ C และ D จะกลับเฟสและซ้อนทับกับเฟส A และ B ซึ่งสามารถเพิ่มความเสถียรของสัญญาณได้ และจะมีพัลส์เฟส Z อีกตัวหนึ่งส่งออกมาในแต่ละรอบเพื่อแสดงตำแหน่งอ้างอิงศูนย์

เนื่องจากเฟส A และ B ต่างกัน 90 องศา จึงสามารถเปรียบเทียบได้ว่าเฟส A อยู่ข้างหน้าหรือเฟส B อยู่ข้างหน้า เพื่อแยกแยะการหมุนไปข้างหน้าและย้อนกลับของตัวเข้ารหัส และสามารถหาบิตอ้างอิงศูนย์ของตัวเข้ารหัสได้จากพัลส์ศูนย์ วัสดุของแผ่นรหัสตัวเข้ารหัส ได้แก่ แก้ว โลหะ และพลาสติก แผ่นรหัสแก้วเป็นการเคลือบเส้นบางๆ บนกระจก ทำให้มีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดี มีความแม่นยำสูง แผ่นรหัสโลหะเป็นการส่งผ่านโดยตรงโดยไม่ต้องสลักเส้น ไม่แตกหักง่าย แต่เนื่องจากโลหะมีความหนาจำกัด ความแม่นยำจึงถูกจำกัด และเสถียรภาพทางความร้อนแย่กว่าแก้วหลายเท่า แผ่นรหัสพลาสติกมีราคาประหยัด ต้นทุนต่ำ แต่ความแม่นยำ เสถียรภาพทางความร้อน และอายุการใช้งานค่อนข้างแย่

ความละเอียด - ตัวเข้ารหัสที่ใช้ระบุจำนวนเส้นที่สลักทะลุหรือเส้นทึบต่อการหมุน 360 องศา เรียกว่า ความละเอียด หรือเรียกอีกอย่างว่า การจัดทำดัชนีความละเอียด หรือโดยตรงคือจำนวนเส้น โดยทั่วไปอยู่ที่ 5 ถึง 10,000 เส้นต่อการหมุนหนึ่งรอบ

4. หลักการวัดตำแหน่งและการควบคุมแบบป้อนกลับ

ตัวเข้ารหัส (Encoder) มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในลิฟต์ เครื่องมือกล การแปรรูปวัสดุ ระบบป้อนกลับของมอเตอร์ รวมถึงอุปกรณ์วัดและควบคุม ตัวเข้ารหัสใช้ตะแกรงและแหล่งกำเนิดแสงอินฟราเรดในการแปลงสัญญาณแสงเป็นสัญญาณไฟฟ้าแบบ TTL (HTL) ผ่านตัวรับสัญญาณ โดยการวิเคราะห์ความถี่ของระดับ TTL และจำนวนระดับสูง จะสามารถแสดงมุมการหมุนและตำแหน่งการหมุนของมอเตอร์ได้

เนื่องจากสามารถวัดมุมและตำแหน่งได้อย่างแม่นยำ จึงสามารถนำตัวเข้ารหัสและอินเวอร์เตอร์มาประกอบเป็นระบบควบคุมแบบวงปิดเพื่อให้การควบคุมแม่นยำยิ่งขึ้น ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมลิฟต์ เครื่องมือกล ฯลฯ จึงสามารถใช้งานได้อย่างแม่นยำ

5. สรุป 

โดยสรุป เราเข้าใจว่าตัวเข้ารหัสแบ่งออกเป็นแบบเพิ่มค่าและแบบสัมบูรณ์ตามโครงสร้างของมัน และทั้งสองแบบต่างก็แปลงสัญญาณอื่นๆ เช่น สัญญาณแสง ให้เป็นสัญญาณไฟฟ้าที่สามารถวิเคราะห์และควบคุมได้ ลิฟต์และเครื่องมือกลต่างๆ ในชีวิตประจำวันของเรานั้นอาศัยการปรับมอเตอร์อย่างแม่นยำ และด้วยการควบคุมแบบวงปิดป้อนกลับของสัญญาณไฟฟ้า ตัวเข้ารหัสที่มีอินเวอร์เตอร์จึงเป็นอีกวิธีหนึ่งที่เป็นธรรมชาติในการควบคุมอย่างแม่นยำ