Точность как в аптеке - № 1/2005 Печать
Статьи - Продукты

Полиграфические машины, промышленные роботы, системы наведения телескопов и антенн, прецизионная медицинская техника не смогли бы достигнуть такого качества, если бы в их управляющих системах не работали оптоэлектронные энкодеры
Александр Карман, Алексей Келин, Алексей Кожемяка.

Для определения линейных и угловых перемещений в системах автоматического управления различного назначения широко используются два типа оптических кодирующих устройств: шифраторы приращений (инкрементальные энкодеры) и программируемые шифраторы (абсолютные энкодеры). Для инкрементального энкодера необходим счетчик импульсов, обеспечивающий измерение относительного значения угла от точки отсчета. А поскольку счетчики импульсов обычно не сохраняют информацию при отключении питания, то и датчик теряет измеренное значение угла поворота.

Основным достоинством абсолютных энкодеров является их способность выдавать измеряемое значение как непосредственно после включения, так и в процессе вращения вала или поступательного движения объекта контроля. Кроме того, этот вид датчиков устойчив к вибрациям, а если при повышенной скорости изменения угловой позиции вала кодированный сигнал не может быть сформирован, истинное значение угла будет зарегистрировано после постепенного уменьшения скорости.

Угол на просвет

Принцип действия оптических датчиков основан на идентификации угловой позиции вала путем оптоэлектронного считывания штрихового кода с градуированного диска, жестко закрепленного на валу датчика. В абсолютном энкодере на диске выполнены концентрические дорожки. Каждая дорожка соответствует определенной цифровой битовой комбинации, и на ней формируется уникальный код для конкретной позиции вала.

Вал с закрепленным на нем диском смонтирован на двух прецизионных подшипниках. Для создания светового излучения служат инфракрасные светодиоды, лучи которых проходят через диск и попадают на фототранзисторную матрицу. Темные участки трасс на диске (концентрические дорожки) предотвращают попадание света на те или иные фрагменты матрицы. При этом на засвеченных и затемненных участках матрицы генерируются электрические сигналы, которые формируются операционными усилителями и выходными преобразователями для выдачи в виде многоразрядного цифрового сигнала.

Кольцеобразно повторяющийся штриховой код считывается оптоэлектронной системой, и с помощью микроконтроллера декодируется абсолютная позиция. В памяти EEPROM постоянно заложены все необходимые параметры — разрешение, нулевая точка, направление вращения и режим работы, причем они сохраняются в памяти при отключенном питании.

Модели и модификации

Этот принцип измерения реализован в абсолютных энкодерах компании Megatron (www.megatron.de):

  • М600 — программируемый оптоэлектронный датчик абсолютных угловых величин, разрешение 2—16 бит, SEI-интерфейс.
  • MH600 — версия прибора М600 с полым валом (отверстие для вала диаметром от 2 до 9,25 мм).
  • М600 + SPTS — гибридная версия базового датчика. Благодаря сопряжению М600 с инкрементальным датчиком типа SPTS (разрешение — до 1024 импульсов/3600) удачно комбинируются преимущества обоих типов датчиков, то есть обеспечивается возможность неограниченного выполнения как статических, так и динамических измерений.
  • MI600 — инклинометрическая версия для определения угла отклонения объекта от гравитационных нормалей. Максимальное время нарастания или затухания колебаний — 0,2 с. Габариты МI600 такие же, как у базовой версии М600 (без выступающего наружу вала).
  • M409 — малогабаритный оптоэлектронный абсолютный энкодер с разрешением 9 бит.
  • MAB25 — бесконтактный абсолютный энкодер, работающий на эффекте Холла (разрешение 10 бит).
  • MABS25 — модификация энкодера МАВ25 в алюминиевом корпусе.
Абсолютные энкодеры
Тип
M600/MH600/MI600
M409
M409A
MABS25
MAB25
Габариты, мм
64 x 28 32 x 32 32 x 32 28 x 33 25 x 17
Разрешение, бит
16 9 9 10 10
Питание, В
5 5 12—30 5 5
Выход
RS232/аналог. TTL аналог. 0—12 В SSI SSI
Время отклика
8 мс 1мс 1мс 0,1мс 0,1мс
Материал корпуса
Поликарбонат Алюминий Алюминий Алюминий Пластмасса
Защита
IP40 IP40 IP40 IP65 IP65
Рабочий диапазон температур
-25 — +70 -10 — +80 -40 — +70 -40 — +85 -40 — +125

Правила сопряжения

Правильный монтаж датчика является одним из главных условий обеспечения эффективности его применения. Если диаметр вала энкодера не соответствует оси вращения вала, то в этом случае будет уместным применение гибких соединительных муфт компании Megatron: MLK-A — алюминиевая муфта, MLK-P — пластмассовая, М491 — стальная, М420 — бронзовая. Для энкодера серии МН600 (с пустотелым валом) могут быть применены соединительные ролики, шкивы и штифтовое соединение.

Не каждому дано иметь свой личный интерфейс

Важным достоинством энкодеров Megatron серии М600 является возможность обеспечения комплексного мониторинга объекта, которая достигается созданием локальной сети датчиков.

Объединение датчиков М600 в локальную сеть предусмотрено на основе SEI-интерфейса (Serial Encoder Interface Bus), запатентованного фирмой US Digital (США). SEI-интерфейс аналогичен широко применяемому RS485, но обладает важным преимуществом — дополнительно обеспечивает контроль состояния «занято».

По SEI-шине допускается совместная работа в сети до 15 объектов, скорость передачи данных — до 115 Kб/с, формат сигнала: один стартовый бит, 8 бит данных, один бит останов.

Обмен данными с устройствами осуществляется с помощью компьютера, который назначает индивидуальный адрес каждому устройству на программном уровне. Двунаправленные линии данных коммутируют сигналы от компьютера и отклики от приборов, при этом компьютер в течение 20 мкс после последнего командного бита освобождает линию во избежание конфликта с откликом от приборов, находящихся в сети.

Максимальная длина кабеля к любому устройству не должна превышать 300 м. Если используемая скорость двоичной передачи выше чем 19,2 Kб/с, длина кабеля должна быть уменьшена пропорционально (например, при скорости 115 Kб/с — 60 м). Существует и ряд других требований, которые необходимо соблюдать, особенно при использовании кабеля большой длины.

Адаптер интерфейса SEI/RS232 обеспечивает быстрое и удобное коммутирование питания для локальной сети и сопряжение объектов на одном трехпарном телефонном кабеле длиной до 300 м. Он является соединительным звеном между шиной SEI, к которой присоединены датчики, и интерфейсом RS232 (25-pin DSUB/9-pin DSUB) компьютера. Также через адаптер обеспечивается питание системы. Адаптер интерфейса преобразует сигналы от шины SEI в сигнал для RS232 персонального компьютера. Шина SEI содержит разностные сигналы «занято» и «данные», а также рабочее напряжение и «землю».

Программная поддержка

SEI Explorer — пакет программ, который работает в ОС Windows 98/МЕ/NT/2000/ХР. ПО воспроизводит полное графическое отображение устройств шины SEI, с помощью которого может быть произведено программирование любых разрешений в диапазоне от 2 до 16 бит. Программа также проводит диагностику (состояние, адреса, номера серий и версии датчиков). При запуске она автоматически опрашивает шину SEI и компилирует список устройств, которые подключены к шине. Если некоторые из этих устройств конфликтуют, то SEI Explorer автоматически назначает новые адреса этим устройствам.

Каждое устройство, подключенное к шине, SEI Explorer отображает на экране в отдельном окне. Это позволяет пользователю легко взаимодействовать с каждым из устройств. Информация о состоянии датчиков автоматически обновляется несколько раз в секунду и отображается графически. Данные, которые используются редко, пользователь может вручную запросить от устройства — и требуемая информация появится на экране в виде выпадающего меню. Также может быть активирована функция, при которой данные, опрашиваемые с датчиков (положение и время) сведены в текстовый файл.

Комплекс датчиков абсолютных величин М600, объединенных в локальную сеть на основе SEI-интерфейса, работающий под управлением программной оболочки SEI Explorer, представляет собой технически и экономически целесообразное решение для широкого круга задач, связанных с определением величин угловых и линейных перемещений. Комплекс допускает целенаправленную коммуникацию систем, состоящих из нескольких приложений, и сведение управления этих систем к одному источнику.

Основным преимуществом такого решения является возможность программирования разрешающей способности датчиков в диапазоне 2—16 бит, а также высокое качество и надежность компонентов системы при сравнительно низкой стоимости.

Кто следующий?

Поскольку абсолютные оптические энкодеры обладают высоким разрешением (до 18 угловых секунд), они с успехом используются в самых различных приложениях, где требуются прецизионные измерения угловых перемещений. Перечень таких применений, приведенный в начале статьи, безусловно, не отражает всего многообразия техники, где работают энкодеры. А может быть, он дополнится и вашим оборудованием, если в нем требуется выполнять точные измерения углов поворота?

 
След. »

Архив журнала

Год 2017:


Год 2016:


Год 2015:


Год 2014:


Год 2013:


Год 2012:


Год 2011:


Год 2010:


Год 2009:


Год 2008:


Год 2007:

Год 2006:

Год 2005:

AdvertisementAdvertisementAdvertisementAdvertisementAdvertisementAdvertisementAdvertisementAdvertisementAdvertisement
AdvertisementAdvertisementAdvertisementAdvertisementAdvertisementAdvertisementAdvertisementAdvertisementAdvertisement

© 2018, Мир Автоматизации. Издательский Дом "ПРОФИТ". ООО "Издательский Дом "ПРОФИТ". Все права защищены.