PRI 50AR6 HLD 1000 Z V3 2M5R SL-TS Инкрементальный оптический энкодер с цельным валом

Описание инкрементальных оптических энкодеров серии PRI

Инкрементальные энкодеры OPKON серии PRI

Назначение

• Преобразование угла поворота или угловой скорости в импульсы.
• За один оборот вала энкодер выдаёт фиксированное количество импульсов.

Разрешение

• Количество импульсов на оборот - характеризует точность энкодера.

Обработка сигнала

• Импульсы могут быть преобразованы в физическую величину:
  • расстояние (количество оборотов, угол поворота);
  • скорость (частота вращения).
• Для этого применяются вторичные устройства: счётчики импульсов, тахометры, ПЛК.

Серия PRI

• Оптические энкодеры - наиболее универсальные в линейке инкрементальных энкодеров OPKON.
• Разрешающая способность: до 5000 импульсов на оборот.
• Корпуса диаметром 40 мм или 50 мм.

Совместимость

• Совместно с оптическими энкодерами серии PRI широко используются аксессуары OPKON, а также энкодеры других серий:
  • Муфты соединительные
    Предназначены для соединения вала энкодера с механизмом, позволяют компенсировать несоосность.
  • Энкодеры OPKON PRI 50H с полым валом
    Предназначены для установки на вал механизма, занимают минимум пространства.
  • Серия магнитных энкодеров MRI
    Для оборудования, которое подвержено воздействию вибраций и механическим нагрузкам.
  • Серия OPKON MRV с аналоговым выходом
    Для задач, в которых нужно непрерывно контролировать положение объекта.

Особенности инкрементальных оптических энкодеров OPKON PRI

• Разрешение: 100, 200, 360, 500, 600, 720, 1000, 1024, 1800, 2000, 2048, 2500, 4000, 4096, 5000 имп/об.
• Типы выходов: Push-Pull, LineDriver (TTL, HTL).
• Рабочая температура: -20…+80 °C.
• Диаметр корпуса: 40 мм, 50 мм, 58 мм.
• Монтажные аксессуары: входят в комплект поставки (для ∅50 мм).
• Кабельный вывод: с цветовой маркировкой проводов.

Принцип действия инкрементальных оптических энкодеров OPKON PRI

Инкрементальный энкодер - это устройство, преобразующее угловое перемещение вала в нормированный дискретный сигнал. Конструктивно энкодер состоит из измерительного преобразователя, защищенного корпусом и вала, передающего вращательное движение. Для защиты от внешних воздействий измерительной части предусмотрены уплотнения корпуса и вала, обеспечивающие защиту от внешних воздействий IP54. Со стороны вала расположен фланец с резьбовыми отверстиями (М3) для крепления энкодера.

Внешний вид инкрементального энкодера OPKON PRI

Внутри корпуса располагается фотоприемник (датчик) и взаимодействующий с ним специальный кодирующий диск. В качестве кодирующего диска используется лимб с нанесенными оптическими метками. Во время работы кодирующий диск приводится в движение валом и прерывает световой сигнал.

Таким образом, принцип действия энкодеров OPKON PRI основан на фотоэлектрическом эффекте: при попадании светового потока на фотоприемник, формируется сигнал, соответствующий логической единице, а при его отсутствии - логическому нулю.

Прерывание светового потока осуществляется вращающимся кодирующим диском. Количество прерываний строго постоянно и соответствует количеству меток на кодирующем диске. В характеристиках энкодеров эта величина обозначается как разрешение - количество импульсов, поступающих за один оборот (имп/об, PPR, pulse per revolution). С помощью него можно определить дискретность энкодера - перемещение, соответствующее одному импульсу энкодера.

Например, если использовать энкодеры с разрешением 100, 360 и 5000 имп/об, то один импульс будет соответствовать перемещению на 3.6°, 1°, 0.072° соответственно.

Зная разрешение энкодера и считая количество импульсов (контроллером или счетчиком) можно определить:

1. Угол поворота (φ).
   Подсчет количества импульсов (n), поступивших от энкодера, позволяет определить угол поворота (φ), совершенный валом.


Пример: если энкодер выдал 1250 импульсов, а сам он имеет разрешение 5000 имп/об, то это означает, что вал совершил поворот на 90° (1250 * 360 / 5000 = 90).


2. Угловую скорость (ω).
   Для определения скорости вращения (об/мин) необходимо подсчитывать количество импульсов, поступающих за единицу времени (например, за 1 секунду).


Пример: если за 1 секунду поступило 1250 импульсов и энкодер также имеет разрешение 5000 имп/об, то скорость вращения вала - 15 оборотов в минуту (1250 * 60 / 5000 = 15).

Представленные примеры справедливы для механизмов одностороннего действия. Измерение вращения в двух направлениях невозможно, так как один импульсный сигнал не может дать информацию о том, в какой момент произошла смена направления. Для решения этой проблемы в энкодерах используется два фотоприемника со специальным фильтром (маской), формирующих два сигнала (сигнал А и сигнал В). Данная конструкция позволяет энкодеру выдавать два импульсных сигнала, сдвинутых друг относительно друга на ¼ периода (90°).

Смещение сигналов обеспечивает возможность определения направления в пределах одного импульса. При вращении в прямом направлении сигнал А всегда будет опережать сигнал В, а при вращении в обратном - наоборот, первым будет сигнал В.

Последовательность импульсов при прямом и обратном вращении

Помимо сигналов А и В в энкодерах дополнительно используется сигнал Z. Он выдает единичный импульс, при прохождении кодирующим диском полного оборота (360°). Сигнал Z позволяет подсчитывать количество оборотов. Таким образом, каждый энкодер оборудован тремя каналами (ABZ) для передачи сигнала.

Разрешение энкодера

Разрешение - это основной параметр энкодера, характеризующий его точность. На первый взгляд может показаться, что лучшим выбором является энкодер с максимальным разрешением. Но они имеют более высокую стоимость и к тому же могут быть не совместимы (по частоте сигнала) с вторичным прибором. Частота сигнала (вторичного прибора) накладывает ограничение на максимальное разрешение и максимальную скорость вращения энкодера.

Например: для ПЛК с максимальной частотой на входе 10 кГц, нужно выбрать энкодер, обеспечивающий дискретность в 1° при максимальной скорости вращения 3000 об/мин.

• Если выбрать энкодер в соответствии с требуемой точностью, то необходима модель 360 имп/об. Но максимальная скорость не должна превышать 1667 об/мин.
• Если выбирать энкодер, соответствующий по скорости вращения, то это модель 200 имп/об. Но при таком разрешении обеспечивается точность 1.8°.

200 имп/об - это номинальное разрешение энкодера, но при использовании специальных алгоритмов счета его можно увеличить в 2 и в 4 раза. Для этого при счете учитываются сигнал не только канала А, но и канала В. При счете по двум каналам, для каждого импульса можно выделить четыре промежуточных состояния:

Сигнал А = лог. «1», Сигнал В = лог. «0» Сигнал А = лог. «1», Сигнал В = лог. «1» Сигнал А = лог. «0», Сигнал В = лог. «1» Сигнал А = лог. «0», Сигнал В = лог. «0»

Существует три основных режима счета.

	1. X1 Счет импульсов производится только по переднему фронту одного сигнала. Количество импульсов, выдаваемых на один оборот соответствует номинальному разрешению энкодера. Пример: с помощью энкодеров с разрешением 100, 200 и 1000 имп/об возможно отслеживание перемещения с точностью 3.6°, 1.8°, 0.36° соответственно.
	2. X2 При счете импульсов учитываются и передний и задний фронты. Таким образом стандартный шаг разбивается пополам, а разрешение увеличивается вдвое. Пример: с помощью энкодеров с разрешением 100, 200 и 1000 имп/об возможно отслеживание перемещения с точностью 1.8°, 0.9°, 0.18° соответственно.
	3. X4 Для достижения максимальной разрешающей способности счет осуществляется по переднему и заднему фронтам обоих сигналов. Используя такой метод счета разрешение увеличивается в 4 раза. Пример: с помощью энкодеров с разрешением 100, 200 и 1000 имп/об возможно отслеживание перемещения с точностью 0.9°, 0.45°, 0.09° соответственно.

Типы выходных сигналов

Для передачи сигнала энкодеры могут быть оборудованы тремя типами выходов:

	1. Транзисторный выход Push-Pull Для передачи сигнала используется три канала A, B и Z. Каждый из них может быть включен по схеме NPN и PNP. Уровень сигнала (лог. «1» или «0» ) определяется относительно питающего напряжения. На рисунке справа представлена условная схема подключения.
	2. Дифференциальный выход LineDriver TTL Для передачи сигнала используется три пары сигналов AA, BB, ZZ. Каждая пара передает дифференциальный сигнал. Уровень сигнала - 5 В. Дифференциальная передача необходима при наличии внешних источников ЭМ-помех или при большой длине сигнального кабеля.
	3. Дифференциальный выход LineDriver HTL Данный тип выхода аналогичен модификации LineDriver TTL. Но у модификации HTL уровень сигнала не фиксированный (5 В), а может изменяться в диапазоне от 5 до 24 В. Уровень сигнала соответствует питающему напряжению (см. рисунок справа). Таким образом, энкодер модификации HTL может выдавать сигнал, соответствующий TTL-логике, для этого достаточно лишь использовать блок питания 5 В. К тому же модификация LineDriver HTL может использоваться, и как обычный энкодер с Push-Pull-выходом. Благодаря этому модификация LineDriver HTL (HLD) является полностью взаимозаменяемой с LineDriver TTL и Push-Pull.

Универсальные выходы LineDriver

Каждый из выходных сигналов (A, А, B, B, Z, Z) энкодеров OPKON PRI (модификации HTL) является универсальным (реализован по схеме Push-Pull) работает с NPN, и PNP-входами. Это дает возможность использовать энкодеры с выходом LineDriver для передачи сигнала по стандартной дифференциальной схеме и по однопроводной схеме (без инвертированных сигналов).

Подключение энкодера PRI 50AR6 HLD 1000 Z V3 2M5R SL-TS к контроллеру с NPN-входами

Подключение энкодера PRI 50AR6 HLD 1024 Z V3 2M5R SL-TS к оборудованию с PNP-входами

Помехозащищенность дифференциального выходного сигнала

При использовании энкодеров со стандартным выходом (ABZ) возможно возникновение ложных срабатываний. Это может происходить из-за большой длины сигнального кабеля, стороннего оборудования (излучение ЭМ-помех) или при несоблюдение правил монтажа. Для работы в таких условиях рекомендуется использовать энкодеры с дифференциальным выходом (A, A,B, B, Z, Z).

Помехозащищенность дифференциального сигнала выше, т.к. вторичное устройство (счетчик) отслеживает разницу между двумя сигналами (A и A), а не между одиночным сигналом и уровнем питающего напряжения (А и Vобщ.). Таким образом, помехи одинаково влияющие на два проводника (A и A) при дальнейшей обработке сигнала (дифференциальным усилителем вторичного устройства) фильтруются и не вносят ошибок в измерения.

Отличия работы энкодеров со стандартным и дифференциальным выходными сигналами

Примеры использования инкрементальных оптических энкодеров PRI

Электропривод с векторным управлением

Использование энкодера OPKON PRI в качестве обратной связи электропривода

Для повышения качества регулирования электропривода применяются датчики обратной связи. К преобразователю частоты ELHART EMD-VL может быть подключен энкодер OPKON PRI 40AR6 HLD 1024 Z V3 2M5R SL-RF. Использование векторного режима с обратной связью позволяет повысить точность поддержания скорости. Для подключения энкодеров используются карты расширения для ПЧ EMD-V-PGC, EMD-V-PGC1 и EMD-V-PGC2.

Контроль скорости на автоматическом аппликаторе этикеток

Пример контроля скорости с помощью инкрементального энкодера PRI в автоматическом аппликаторе этикеток

Энкодеры OPKON PRI 40AR6 HLD 1024 Z V3 2M5R SL-TS применяются в этикетировочных машинах для измерения скорости подачи продукта или конвейера. Измерение скорости подачи коробок дает возможность синхронизировать скорости подачи этикеток и самого конвейера. При приближении коробки к ультразвуковому датчику ELHART UDS.18 подается команда запуска аппликатора.

Запускается привод ELHART EMD-MINI, отвечающий за размотку и нанесение на коробку этикетки. При срабатывании датчика наличия этикетки ELHART ULS частотный преобразователь EMD-MINI останавливается. Применение энкодера позволяет автоматически изменять скорость разматывающего устройства (ПЧ EMD-MINI).

Контроль положения инструмента на станке с ЧПУ

Контроль положения инструмента на станке с ЧПУ

Энкодер OPKON PRI 50AR6 HLD 5000 Z V3 2M5R SL-TS применяется для измерения положения инструмента на фрезерном станке с ЧПУ. Датчик присоединяется к ведомому валу и передает инкрементальный сигнал на стойку управления, таким образом контроллер отслеживает скорость и положение инструмента при фрезеровании. Также энкодер может устанавливаться на вал шпинделя для контроля оборотов фрезы. Благодаря высокому разрешению энкодера PRI50 (до 5000 имп/об) достигается высокая точность обработки детали. Для управления высокоскоростным шпинделем используется ПЧ EMD-MINI, обеспечивающий выходную частоту до 999 Гц.

Защита от раскачивания груза подвесной кран-балки

Использование энкодера для защиты от раскачивания груза подвесной кран-балки

При движении ходовой каретки по путям возможно раскачивание груза. Для защиты от раскачивания применяется энкодер OPKON PRI 40AR6 HLD 1024 Z V3 2M5R SLRF совместно с преобразователем частоты EMD-VH. Применение ПЧ, работающего в векторном режиме с обратной связью позволяет плавно регулировать скорость движения без резких ускорений и рывков, тем самым снизить время простоя.

Технические характеристики инкрементальных оптических энкодеров OPKON PRI

Наименование составляющих комплекта	PRI 40AR4	PRI 40AR6	PRI 50AR6 PRI 50AR8 PRI 50AR10	PRI 58AR6 PRI 58AR8 PRI 58AR10
Г-образный кронштейн
Муфта

Габаритные размеры инкрементальных оптических энкодеров OPKON PRI

Инкрементальный оптический энкодер OPKON PRI40

Габаритные размеры инкрементального оптического энкодера OPKON PRI40, мм

R D ∅ 4 мм 3,3 мм ∅ 6 мм 5,3 мм

Инкрементальный оптический энкодер OPKON PRI50

Габаритные размеры инкрементального оптического энкодера OPKON PRI50, мм

R D ∅ 6 мм 5,5 мм ∅ 8 мм 7,3 мм ∅ 10 мм 9 мм

Инкрементальный оптический энкодер OPKON PRI58

Габаритные размеры инкрементального оптического энкодера OPKON PRI58, мм

R D ∅ 6 мм 5 мм ∅ 8 мм 7 мм ∅ 10 мм 9 мм

Схемы подключения инкрементальных оптических энкодеров OPKON PRI

Подключение энкодеров c выходным сигналом Push-Pull

Схема подключения к вторичному прибору с входами PNP	Схема подключения к вторичному прибору с входами NPN
Последовательность импульсов при прямом вращении (по часовой стрелке)	Контакт Обозначение Описание Коричневый V+ Питание, 5…24 В Белый V- Питание, 0 В Желтый A Выходной сигнал, фаза А Зеленый B Выходной сигнал, фаза B Серый Z Выходной сигнал, фаза Z Экран GND Заземление

Подключение энкодеров PRI c выходным сигналом LineDriver

Схема подключения инкрементального энкодера к вторичному прибору с дифференциальным выходом
Последовательность импульсов при прямом вращении (по часовой стрелке)	Контакт Обозначение Описание Коричневый V+ Питание, 5…24 В Белый V- Питание, 0 В Желтый A Выходной сигнал, фаза А Синий A Выходной сигнал, фаза A Зеленый B Выходной сигнал, фаза B Красный B Выходной сигнал, фаза B Серый Z Выходной сигнал, фаза Z Розовый Z Выходной сигнал, фаза Z Экран GND Заземление

Информация для заказа инкрементальных оптических энкодеров OPKON PRI

Документация и ПО

ИИ-консультант по оборудованию КИПиА