Encoder push pull
Encoder a collettore aperto
Quando si tratta di scegliere un encoder per un’applicazione di controllo del movimento ci sono una serie di scelte che devono essere fatte. Un ingegnere che specifica un sensore deve decidere se la sua applicazione richiede un encoder incrementale, assoluto o a commutazione. Una volta che sanno di quale tipo hanno bisogno, c’è una lunga lista di altri parametri da considerare come: risoluzione, schema di montaggio, dimensioni dell’albero motore e altro. Inoltre, e a volte trascurato, è il tipo di segnale di uscita dell’encoder necessario. La risposta non è sempre chiara, quindi in questo post esamineremo i tre principali tipi di uscite visti su quasi tutti gli encoder: open-collector, push-pull e line driver differenziale. Questi tre tipi di uscita descrivono il livello fisico della comunicazione digitale.
Che si tratti dell’uscita in quadratura di un encoder incrementale, dell’uscita del polo motore di un encoder di commutazione o di un’interfaccia seriale che utilizza un protocollo specifico, tutti questi segnali sono digitali e hanno stati alti e bassi. Ciò significa che per un encoder a 5 V, i segnali passeranno sempre tra 0 V (terra) che è basso o uno 0 binario, e 5 V che è alto o un 1 binario. Per questo post ci concentreremo sulle uscite degli encoder incrementali che forniscono un’onda quadra di base.
Encoder a+ a- b+ b-
Gli encoder rotativi incrementali generano un segnale di uscita ogni volta che l’albero ruota di un certo angolo. Il numero di segnali (impulsi) per giro definisce la risoluzione del dispositivo. L’encoder incrementale non emette una posizione assoluta, il che rende i componenti interni dell’encoder molto più semplici ed economici.Oltre al tracciamento della posizione, gli encoder incrementali sono spesso utilizzati per determinare la velocità. La posizione rispetto al punto di partenza può essere calcolata contando il numero di impulsi. La velocità può essere recuperata dividendo il numero di impulsi per l’intervallo di tempo misurato.
Gli encoder rotativi incrementali forniscono un segnale di uscita seriale su una singola linea di trasmissione. Un sensore deve essere collegato ad un controllore.Un encoder incrementale ha almeno 1 segnale di uscita “A” o tipicamente 2 segnali di uscita, chiamati “A” e “B”. Questi 2 segnali sono impostati con un offset di 90°, che è necessario per il rilevamento della rotazione dell’encoder. Girando l’encoder in senso orario, l’impulso “A” sale di 90° prima dell’impulso “B”, girando l’albero in senso antiorario, l’impulso “B” sale prima dell’impulso “A”.Inoltre, alcuni encoder incrementali emettono un segnale “Z”. Una volta per ogni rotazione, questo segnale Z è in aumento per 90°, esattamente sulla stessa posizione. Questo può essere usato come un punto di riferimento accurato.Alcuni encoder incrementali hanno anche segnali differenziali aggiuntivi, chiamati “/A”, “/B” e “/Z”. Questi segnali sono segnali “A”, “B” e “Z” invertiti. I controllori possono confrontare ogni coppia (“A” deve essere uguale a “/A” invertito) per assicurare che non ci siano errori durante la trasmissione.Inoltre la sensibilità di trasmissione è migliorata trasmettendo i segnali differenziali attraverso un cavo a coppie intrecciate.
Cablaggio dell’encoder push-pull
Gli encoder incrementali possono essere collegati al controllo/contatore tramite schemi single ended (un filo per canale) o differenziali (due fili per canale). Il vantaggio di un segnale differenziale è che offre una maggiore resistenza alle interferenze elettromagnetiche. Questo viene fatto generando due segnali e riferendoli l’uno all’altro invece che alla terra. Uno svantaggio è l’aumento dei costi per l’esecuzione di un filo supplementare.
Anche se esistono delle eccezioni, un circuito ideale abbina un ingresso sourcing (es. PLC) con un’uscita sinking (es. encoder). Allo stesso modo, un ingresso sinking dovrebbe essere accoppiato con un’uscita sourcing.Le uscite sinking sono tipicamente basate su transistor NPN, mentre le uscite sourcing sono tipicamente basate su transistor PNP. I tre tipi comuni di driver di uscita dell’encoder corrispondenti a questi dispositivi sono:
Semplice ed economico, i driver di uscita a collettore aperto sono driver di uscita sinking progettati per l’uso con controlli sourcing. I driver di uscita a collettore aperto sono basati su transistor NPN. Quando il transistor è acceso, l’encoder agisce come un sink di corrente. Quando il transistor è spento, l’uscita è lasciata fluttuante (aperta). Poiché l’uscita del transistor viene lasciata aperta, i driver a collettore aperto devono essere utilizzati con una resistenza di pull-up di dimensioni adeguate. Questo resistore “tira” il segnale verso il basso, accendendo e spegnendo l’uscita per generare il segnale ad onda quadra. Poiché un collettore aperto è un dispositivo che affonda, non può generare o “spingere” la corrente, rendendolo inadatto per cavi più lunghi o ambienti ad alto rumore. Un altro fattore da considerare è che l’uscita a collettore aperto funziona meglio a risoluzioni più basse. Questo perché il resistore di pull-up altera la velocità (slew rate) a cui vengono generati gli impulsi. Di conseguenza, l’uscita a collettore aperto non dovrebbe essere usata con segnali di encoder differenziali o complementari (A, A-non, B, B-non). Tuttavia, se le caratteristiche dell’applicazione sono cavi corti e un ambiente a basso rumore, l’uscita a collettore aperto è probabilmente la scelta più economica.
Tipi di uscita dell’encoder
Gli encoder assoluti danno una posizione assoluta a causa del modello di codice unico assegnato ad ogni incremento d’angolo. Il modello di codice è usato per fare riferimento a una posizione specifica a un’unità di controllo. Questo tipo di encoder è generalmente utilizzato nella logistica dei trasporti, nella robotica e in altre applicazioni in cui è importante controllare e monitorare la posizione esatta.
La posizione degli encoder incrementali è definita dal numero di impulsi per rotazione. Le uscite degli encoder incrementali sono un’onda quadra o seno/coseno e sono trasmesse a un’unità di controllo per ogni rotazione. Contando gli impulsi con i dati di uscita, la posizione attuale può essere determinata. Gli encoder incrementali sono tipicamente usati in industrie come l’imballaggio, la stampa, i trasportatori e il converting per il controllo della velocità.
Ci sono tre diversi tipi di uscite di encoder incrementali. Quando si seleziona un encoder incrementale, è necessario determinare quale tipo di uscita è richiesto per essere compatibile con il dispositivo che riceverà i segnali dell’encoder. La scelta del tipo di uscita sbagliato si tradurrà in un sistema non funzionale e in possibili danni all’hardware.
