ทำไมมอเตอร์ของฉันถึงต้องใช้ตัวเข้ารหัส? ตัวเข้ารหัสทำงานอย่างไร?

ตัวเข้ารหัสคืออะไร?

ในระหว่างการทำงานของมอเตอร์ การตรวจสอบพารามิเตอร์แบบเรียลไทม์ เช่น กระแสไฟฟ้า ความเร็วรอบ และตำแหน่งสัมพัทธ์ของทิศทางรอบวงของเพลาหมุน จะช่วยกำหนดสถานะของมอเตอร์ได้มอเตอร์ควบคุมตัวถังและอุปกรณ์ที่กำลังลากจูง รวมถึงควบคุมมอเตอร์และสภาวะการทำงานของอุปกรณ์แบบเรียลไทม์ ทำให้สามารถควบคุมการเคลื่อนที่ การปรับความเร็ว และฟังก์ชันเฉพาะอื่นๆ ได้อีกมากมาย

ในกรณีนี้ การนำตัวเข้ารหัสมาใช้เป็นองค์ประกอบการวัดด้านหน้า ไม่เพียงแต่ช่วยลดความซับซ้อนของระบบการวัดอย่างมากเท่านั้น แต่ยังมีความแม่นยำ เชื่อถือได้ และทรงประสิทธิภาพอีกด้วย

ตัวเข้ารหัส (Encoder) คือเซ็นเซอร์แบบหมุนที่แปลงตำแหน่งและการเคลื่อนที่ของชิ้นส่วนที่หมุนได้ให้เป็นชุดสัญญาณพัลส์ดิจิทัล ซึ่งระบบควบคุมจะรวบรวมและประมวลผลเพื่อออกคำสั่งปรับและเปลี่ยนแปลงสถานะการทำงานของอุปกรณ์ หากรวมตัวเข้ารหัสเข้ากับแกนเฟืองหรือสกรู ก็สามารถใช้ในการวัดปริมาณทางกายภาพของตำแหน่งและการเคลื่อนที่ของชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่เชิงเส้นได้เช่นกัน

การจำแนกประเภทพื้นฐานของตัวเข้ารหัส

ตัวเข้ารหัส (Encoder) คือการผสมผสานอย่างใกล้ชิดระหว่างกลไกและอิเล็กทรอนิกส์ของอุปกรณ์วัดความแม่นยำสูง สำหรับการเข้ารหัส การแปลงสัญญาณหรือข้อมูล เพื่อการสื่อสาร การส่ง และการจัดเก็บข้อมูลสัญญาณ
ตัวเข้ารหัส (Encoder) เป็นอุปกรณ์วัดความแม่นยำสูงที่รวมส่วนประกอบทางกลและอิเล็กทรอนิกส์เข้าด้วยกันเพื่อเข้ารหัส แปลง สื่อสาร ส่ง และจัดเก็บสัญญาณและข้อมูล ตามลักษณะที่แตกต่างกัน ตัวเข้ารหัสสามารถจำแนกได้ดังนี้: ตัวเข้ารหัสแบบจานรหัสและแบบมาตราส่วนรหัส: แปลงการเคลื่อนที่เชิงเส้นเป็นสัญญาณไฟฟ้า เรียกว่าตัวเข้ารหัสแบบมาตราส่วนรหัส แปลงการเคลื่อนที่เชิงมุมเป็นสัญญาณโทรคมนาคม เรียกว่าตัวเข้ารหัสแบบจานรหัส - ตัวเข้ารหัสแบบเพิ่มค่า: ให้ข้อมูลตำแหน่ง มุม และจำนวนรอบ ฯลฯ โดยกำหนดอัตราการแยกตามจำนวนพัลส์ต่อรอบ - ตัวเข้ารหัสแบบสัมบูรณ์: ให้ข้อมูลเช่นตำแหน่ง มุม และจำนวนรอบในหน่วยเชิงมุม โดยแต่ละหน่วยเชิงมุมจะมีรหัสเฉพาะ
- ตัวเข้ารหัสแบบสัมบูรณ์ไฮบริด: ตัวเข้ารหัสแบบสัมบูรณ์ไฮบริดจะส่งออกข้อมูลสองชุด ชุดหนึ่งใช้สำหรับตรวจจับตำแหน่งของขั้วแม่เหล็ก โดยมีฟังก์ชันเป็นข้อมูลสัมบูรณ์ ส่วนอีกชุดหนึ่งจะเหมือนกับข้อมูลที่ส่งออกจากตัวเข้ารหัสแบบเพิ่มค่าทุกประการ

ตัวเข้ารหัสที่ใช้กันทั่วไปสำหรับมอเตอร์

ตัวเข้ารหัสแบบเพิ่มทีละขั้น

ใช้หลักการแปลงพลังงานแสงเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรงเพื่อสร้างพัลส์คลื่นสี่เหลี่ยมสามชุด ได้แก่ A, B และ Z พัลส์ A และ B มีเฟสต่างกัน 90 องศา สามารถใช้กำหนดทิศทางการหมุนได้ง่าย ส่วนพัลส์ Z หนึ่งพัลส์ต่อการหมุนหนึ่งรอบ ใช้สำหรับกำหนดตำแหน่งจุดอ้างอิง ข้อดี: หลักการสร้างง่าย อายุการใช้งานเฉลี่ยหลายหมื่นชั่วโมงขึ้นไป มีความสามารถในการต้านทานการรบกวนสูง ความน่าเชื่อถือสูง เหมาะสำหรับการส่งสัญญาณระยะไกล ข้อเสีย: ไม่สามารถส่งข้อมูลตำแหน่งสัมบูรณ์ของการหมุนของเพลาได้

ตัวเข้ารหัสสัมบูรณ์

เซนเซอร์ดิจิทัลแบบเอาต์พุตโดยตรง เซนเซอร์นี้มีแผ่นรหัสวงกลมตามแนวรัศมี โดยมีช่องรหัสแบบวงกลมซ้อนกันหลายช่อง แต่ละช่องประกอบด้วยส่วนที่โปร่งแสงและทึบแสงคั่นระหว่างกัน ความสัมพันธ์ระหว่างจำนวนช่องรหัสบนแผ่นรหัสกับจำนวนหลักไบนารีบนแผ่นรหัส และจำนวนบิตบนแผ่นรหัสนั้น ด้านหนึ่งของแผ่นรหัสจะหันเข้าหาแหล่งกำเนิดแสง ส่วนอีกด้านหนึ่งจะมีองค์ประกอบไวแสงที่สอดคล้องกับแต่ละช่องรหัส เมื่อแผ่นรหัสอยู่ในตำแหน่งที่แตกต่างกัน องค์ประกอบไวแสงจะแปลงสัญญาณระดับที่สอดคล้องกันตามว่ามีแสงส่องถึงหรือไม่ เพื่อสร้างเป็นเลขไบนารี

ตัวเข้ารหัสประเภทนี้มีลักษณะเด่นคือ ไม่จำเป็นต้องใช้ตัวนับ และสามารถอ่านรหัสดิจิทัลคงที่ที่สอดคล้องกับตำแหน่งได้ที่ตำแหน่งใดก็ได้ของเพลาหมุน เห็นได้ชัดว่า ยิ่งมีช่องรหัสมากเท่าไร ความละเอียดก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น สำหรับตัวเข้ารหัสที่มีความละเอียดไบนารี N บิต แผ่นรหัสจะต้องมีช่องบาร์โค้ด N ช่อง ปัจจุบันมีผลิตภัณฑ์ตัวเข้ารหัสแบบสัมบูรณ์ 16 บิตวางจำหน่ายแล้ว

หลักการทำงานของตัวเข้ารหัส

โดยมีแกนกลางของแผ่นรหัสโฟโตอิเล็กทริก ซึ่งมีวงแหวนผ่านเส้นสีดำ มีอุปกรณ์ส่งและรับสัญญาณโฟโตอิเล็กทริกเพื่ออ่านค่า เพื่อให้ได้สัญญาณคลื่นไซน์สี่ชุดที่รวมกันเป็น A, B, C, D โดยแต่ละคลื่นไซน์มีเฟสต่างกัน 90 องศา (เทียบกับคลื่นวงกลม 360 องศา) สัญญาณ C และ D ที่กลับเฟส จะซ้อนทับอยู่บนสัญญาณสองเฟส A และ B ซึ่งสามารถเพิ่มประสิทธิภาพเพื่อทำให้สัญญาณเสถียรขึ้น และในแต่ละรอบจะส่งพัลส์เฟส Z ออกมาแทนตำแหน่งอ้างอิงศูนย์
เนื่องจากเฟส A และ B มีความต่างกัน 90 องศา จึงสามารถนำมาเปรียบเทียบกับเฟส A ที่อยู่ด้านหน้าหรือเฟส B ที่อยู่ด้านหน้า เพื่อแยกแยะการหมุนบวกและการหมุนกลับของตัวเข้ารหัสได้ โดยใช้พัลส์ศูนย์เพื่อหาตำแหน่งอ้างอิงศูนย์ของตัวเข้ารหัส

วัสดุของแผ่นเข้ารหัสมีทั้งแก้ว โลหะ และพลาสติก แผ่นแก้วนั้นเกิดจากการเคลือบเส้นบางๆ ลงบนเนื้อแก้ว ทำให้มีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดี มีความแม่นยำสูง ส่วนแผ่นโลหะจะผ่านหรือไม่ผ่านเส้นที่สลักไว้โดยตรง ไม่แตกหักง่าย แต่เนื่องจากความหนาของโลหะมีจำกัด ความแม่นยำจึงถูกจำกัด และเสถียรภาพทางความร้อนจะแย่กว่าแก้วหลายเท่าตัว ส่วนแผ่นพลาสติกนั้นประหยัด ต้นทุนต่ำ แต่ความแม่นยำ เสถียรภาพทางความร้อน และอายุการใช้งานแย่กว่า

ความละเอียด - ตัวเข้ารหัสจะระบุจำนวนเส้นทึบหรือเส้นทึบต่อการหมุน 360 องศา หรือเรียกอีกอย่างว่าความละเอียดของดัชนี หรือเรียกโดยตรงว่าจำนวนเส้น โดยทั่วไปอยู่ที่ 5 ถึง 10,000 เส้นต่อดัชนีการหมุนหนึ่งรอบ

หลักการวัดตำแหน่งและการควบคุมแบบป้อนกลับ

ตัวเข้ารหัส (Encoders) มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในลิฟต์ เครื่องมือกล การแปรรูปวัสดุ ระบบป้อนกลับของมอเตอร์ และอุปกรณ์วัดและควบคุม ตัวเข้ารหัสใช้ตะแกรงแสงและแหล่งกำเนิดแสงอินฟราเรดในการแปลงสัญญาณแสงเป็นสัญญาณไฟฟ้า TTL (HTL) ผ่านตัวรับ ซึ่งจะแสดงผลมุมการหมุนและตำแหน่งของมอเตอร์โดยการวิเคราะห์ความถี่ของระดับ TTL และจำนวนระดับสูง

เนื่องจากสามารถวัดมุมและตำแหน่งได้อย่างแม่นยำ จึงสามารถสร้างระบบควบคุมแบบวงปิดโดยใช้ตัวเข้ารหัสและอินเวอร์เตอร์เพื่อให้การควบคุมแม่นยำยิ่งขึ้น ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมลิฟต์ เครื่องมือกล ฯลฯ จึงสามารถใช้งานได้อย่างแม่นยำ

สรุป

โดยสรุป เราเข้าใจว่าตัวเข้ารหัสแบ่งออกเป็นสองประเภทตามโครงสร้าง คือ แบบเพิ่มค่าและแบบสัมบูรณ์ นอกจากนี้ยังสามารถแปลงสัญญาณอื่นๆ เช่น สัญญาณแสง ให้เป็นสัญญาณไฟฟ้าที่สามารถวิเคราะห์และควบคุมได้ และในชีวิตประจำวันของเรา ลิฟต์และเครื่องมือกลต่างๆ อาศัยการควบคุมมอเตอร์อย่างแม่นยำผ่านการควบคุมแบบวงปิดด้วยสัญญาณไฟฟ้า การใช้ตัวเข้ารหัสร่วมกับตัวแปลงความถี่จึงเป็นวิธีการควบคุมที่แม่นยำอย่างหนึ่ง