Wozu brauche ich einen Encoder an meinem Motor? Wie funktionieren Encoder?

Was ist ein Encoder?

Während des Motorbetriebs wird der Zustand des Motors durch Echtzeitüberwachung von Parametern wie Stromstärke, Drehzahl und der relativen Position der rotierenden Welle in Umfangsrichtung bestimmt.MotorKörper und die gezogene Ausrüstung sowie darüber hinaus die Echtzeitsteuerung des Motors und der Betriebsbedingungen der Ausrüstung, wodurch Servoregelung, Geschwindigkeitsregelung und viele andere spezifische Funktionen realisiert werden.

Hierbei vereinfacht der Einsatz eines Encoders als vorgelagertes Messelement nicht nur das Messsystem erheblich, sondern macht es auch präzise, ​​zuverlässig und leistungsstark.

Ein Encoder ist ein Drehsensor, der die Position und Verschiebung rotierender Teile in digitale Impulssignale umwandelt. Diese werden vom Steuerungssystem erfasst und verarbeitet, um Befehle zur Anpassung und Änderung des Betriebszustands der Anlage auszugeben. In Kombination mit einem Zahnrad oder einer Spindel kann der Encoder auch zur Messung der physikalischen Größen Position und Verschiebung linear bewegter Teile eingesetzt werden.

Grundlegende Klassifizierung von Encodern

Ein Encoder ist eine mechanisch und elektronisch eng verbundene Kombination aus Präzisionsmessgeräten, dem Signal oder den Daten zur Codierung, Umwandlung, Kommunikation, Übertragung und Speicherung von Signaldaten.
Ein Encoder ist ein Präzisionsmessgerät, das mechanische und elektronische Komponenten kombiniert, um Signale und Daten zu kodieren, umzuwandeln, zu übertragen und zu speichern. Encoder werden anhand ihrer Eigenschaften wie folgt klassifiziert: Code-Disk- und Code-Skalen-Encoder: Lineare Verschiebungen werden in elektrische Signale umgewandelt (Code-Skalen-Encoder), Winkelverschiebungen in Telekommunikationssignale (Code-Disk-Encoder). Inkrementalgeber: Sie liefern Informationen wie Position, Winkel und Umdrehungszahl. Die Schrittweite wird durch die Anzahl der Impulse pro Umdrehung definiert. Absolutwertgeber: Sie liefern Informationen wie Position, Winkel und Umdrehungszahl in Winkelinkrementen. Jedes Winkelinkrement erhält einen eindeutigen Code.
-Hybride Absolutwertgeber: Hybride Absolutwertgeber geben zwei Datensätze aus: Der eine Datensatz dient zur Ermittlung der Position der Magnetpole und liefert absolute Informationen; der andere Datensatz entspricht exakt den Ausgabedaten von Inkrementalgebern.

Häufig verwendete Encoder fürMotoren

Inkrementalgeber

Das System nutzt direkt das Prinzip der Fotoelektronenumwandlung zur Ausgabe von drei Rechteckimpulsen A, B und Z. Die Impulse A und B weisen eine Phasenverschiebung von 90° auf, wodurch sich die Drehrichtung leicht bestimmen lässt. Der Impuls Z, der pro Umdrehung einen Impuls erzeugt, dient zur Positionierung eines Referenzpunktes. Vorteile: einfaches Konstruktionsprinzip, durchschnittliche mechanische Lebensdauer von mehreren zehntausend Stunden, hohe Störfestigkeit, hohe Zuverlässigkeit, geeignet für die Übertragung über große Entfernungen. Nachteil: Es können keine absoluten Positionsinformationen der Wellendrehung ausgegeben werden.

Absolutwertgeber

Der digitale Direktausgangssensor verfügt über eine kreisförmige Codescheibe mit mehreren konzentrischen Codekanälen in radialer Richtung. Jeder Kanal ist durch lichtdurchlässige und lichtundurchlässige Bereiche voneinander getrennt. Die Anzahl der benachbarten Codekanalbereiche auf der Codescheibe entspricht der Anzahl der Binärziffern bzw. Bits der Codescheibe. Auf der Seite der Lichtquelle befindet sich jeweils ein lichtempfindliches Element, das einem der Codekanäle zugeordnet ist. Je nach Position der Codescheibe wandelt das lichtempfindliche Element das entsprechende Signal in eine Binärzahl um.

Dieser Encodertyp zeichnet sich dadurch aus, dass er keinen Zähler benötigt und ein fester, der Position entsprechender digitaler Code an jeder beliebigen Position der rotierenden Welle ausgelesen werden kann. Je mehr Codekanäle vorhanden sind, desto höher ist die Auflösung. Für einen Encoder mit N-Bit-Binärauflösung muss die Codescheibe N Barcodekanäle aufweisen. Aktuell sind 16-Bit-Absolutwertgeber erhältlich.

Funktionsprinzip des Encoders

Durch ein Zentrum mit dem Schaft der fotoelektrischen Codierplatte, die einen Ring durch die dunklen Linien aufweist, befinden sich fotoelektrische Sender- und Empfängervorrichtungen zum Auslesen, um vier Sätze von Sinussignalen zu erhalten, die zu A, B, C, D kombiniert werden, wobei jede Sinuswelle eine Phasendifferenz von 90 Grad aufweist (relativ zu einer Umfangswelle für 360 Grad), das C, D-Signal invertiert und dem A, B-Zweiphasensignal überlagert ist, welches zur Stabilisierung des Signals verstärkt werden kann; und die andere gibt bei jeder Umdrehung einen Z-Phasen-Impuls als Referenzposition für die Nullposition aus.
Da die Phasendifferenz zwischen A und B jeweils 90 Grad beträgt, kann man die A-Phase vorne oder die B-Phase vorne vergleichen, um die positive und negative Drehung des Encoders zu erkennen. Mithilfe des Nullimpulses erhält man die Nullreferenzposition des Encoders.

Das Material für Encoderscheiben besteht aus Glas, Metall oder Kunststoff. Bei Glasscheiben wird eine sehr dünne Gravurlinie in das Glas eingearbeitet. Sie zeichnen sich durch gute thermische Stabilität und hohe Präzision aus. Metallscheiben durchlaufen die Gravurlinie direkt und sind daher robust. Aufgrund der Materialstärke ist die Präzision jedoch begrenzt, und die thermische Stabilität ist um eine Größenordnung schlechter als die von Glasscheiben. Kunststoffscheiben sind kostengünstig, weisen aber eine geringere Genauigkeit, thermische Stabilität und Lebensdauer auf.

Auflösung - Der Encoder gibt an, wie viele durchgezogene oder dunkle Linien pro 360 Grad Drehung angezeigt werden. Diese Zahl wird als Auflösung bezeichnet, auch als Indexauflösung oder direkt als Anzahl der Linien, im Allgemeinen 5 bis 10.000 Linien pro Umdrehung.

Prinzipien der Positionsmessung und Rückkopplungsregelung

Encoder spielen eine zentrale Rolle in Aufzügen, Werkzeugmaschinen, der Materialbearbeitung, Motorrückkopplungssystemen sowie Mess- und Regeltechnik. Sie nutzen optische Gitter und Infrarotlichtquellen, um optische Signale über einen Empfänger in elektrische TTL- (bzw. HTL-)Signale umzuwandeln. Dieser Empfänger erfasst visuell den Drehwinkel und die Position des Motors, indem er die Frequenz des TTL-Pegels und die Anzahl der High-Pegel analysiert.

Da Winkel und Position genau gemessen werden können, ist es möglich, mit dem Encoder und dem Frequenzumrichter ein geschlossenes Regelsystem zu bilden, um die Steuerung noch präziser zu gestalten. Deshalb können Aufzüge, Werkzeugmaschinen usw. so genau eingesetzt werden.

Zusammenfassung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Encoder bauartbedingt in inkrementelle und absolute Encoder unterteilt werden. Sie wandeln zudem andere Signale, wie beispielsweise optische Signale, in elektrische Signale um, die analysiert und gesteuert werden können. In der heutigen Arbeitswelt, etwa bei Aufzügen und Werkzeugmaschinen, ist die präzise Motorregelung unerlässlich. Durch die Rückkopplung elektrischer Signale in geschlossenen Regelkreisen wird eine präzise Steuerung erreicht, wobei Encoder mit Frequenzumrichtern selbstverständlich sind.