Encoder tương đối là gì? So sánh Encoder tương đối và tuyệt đối

Trong các hệ thống điều khiển tự động, việc xác định vị trí và tốc độ là vô cùng quan trọng. Bạn đã bao giờ tự hỏi làm thế nào mà một robot có thể di chuyển chính xác, hay một băng chuyền có thể dừng đúng vị trí? Câu trả lời nằm ở một thiết bị quan trọng là encoder. Bài viết này sẽ tập trung vào encoder tương đối, một loại encoder phổ biến với nhiều ưu điểm. 

1. Tổng quan về Encoder và Encoder tương đối

1.1. Encoder là gì?

Encoder (bộ mã hóa vòng quay) là một thiết bị cơ điện, có nhiệm vụ chuyển đổi chuyển động quay (hoặc chuyển động thẳng) thành tín hiệu điện (xung, tín hiệu số,…). Tín hiệu này được sử dụng để xác định vị trí, tốc độ, hướng di chuyển hoặc góc quay của đối tượng (ví dụ: trục động cơ, bánh xe, băng tải,…).

Mục đích sử dụng encoder trong công nghiệp:

• Phản hồi vị trí: Cung cấp thông tin chính xác về vị trí của đối tượng.
• Phản hồi tốc độ: Đo tốc độ quay hoặc tốc độ di chuyển của đối tượng.
• Phản hồi hướng: Xác định hướng quay (cùng chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ) hoặc hướng di chuyển (tiến/lùi).
• Điều khiển vòng kín: Cung cấp tín hiệu phản hồi cho các hệ thống điều khiển vòng kín, giúp điều khiển chính xác vị trí, tốc độ, hoặc mô-men xoắn.

Các loại encoder (theo công nghệ):

• Encoder quang học: Sử dụng nguồn sáng (thường là LED) và cảm biến ánh sáng để phát hiện sự thay đổi vị trí. Encoder quang học được ứng dụng vào trong máy công cụ CNC, robot, thiết bị đo lường, máy in, máy quét,… (những ứng dụng cần độ chính xác và độ phân giải cao).
• Encoder từ tính: Sử dụng cảm biến từ trường để phát hiện sự thay đổi vị trí. Encoder từ tính được ứng dụng vào trong động cơ servo, thang máy, cần cẩu, máy móc xây dựng, ô tô,… (những ứng dụng trong môi trường khắc nghiệt, có rung động, bụi bẩn, dầu mỡ).
• Encoder cơ học: Sử dụng các tiếp điểm cơ khí để tạo ra tín hiệu. Encoder cơ học được ứng dụng vào các thiết bị điều khiển bằng tay (ví dụ: núm xoay trên radio, bảng điều khiển), các ứng dụng không cần độ chính xác cao.
• Encoder điện dung: Sử dụng sự thay đổi điện dung để phát hiện vị trí. Encoder điện dung được ứng dụng vào máy móc công nghiệp, thiết bị y tế, hàng không vũ trụ,… (những ứng dụng cần độ bền và độ tin cậy cao).

1.2. Giới thiệu về Encoder tương đối

Encoder tương đối (Incremental Encoder) là loại encoder tạo ra một chuỗi xung khi trục quay. Số lượng xung tạo ra trong một vòng quay được gọi là độ phân giải của encoder (ví dụ: 1000 xung/vòng). Encoder tương đối chỉ cung cấp thông tin về sự thay đổi vị trí tương đối so với vị trí ban đầu, chứ không cung cấp vị trí tuyệt đối. Điểm khác biệt quan trọng nhất giữa encoder tương đối và encoder tuyệt đối là:

• Encoder tương đối: Mất thông tin vị trí khi mất điện. Khi có điện trở lại, cần phải đưa hệ thống về vị trí tham chiếu (home) để xác định lại vị trí.
• Encoder tuyệt đối: Giữ lại thông tin vị trí ngay cả khi mất điện. Khi có điện trở lại, hệ thống biết ngay vị trí hiện tại mà không cần phải tìm về vị trí tham chiếu.

1.3. Tầm quan trọng của encoder tương đối

Mặc dù không cung cấp vị trí tuyệt đối, encoder tương đối vẫn đóng vai trò rất quan trọng trong nhiều ứng dụng công nghiệp nhờ những ưu điểm sau:

• Chi phí thấp: Encoder tương đối thường có cấu tạo đơn giản hơn so với encoder tuyệt đối, dẫn đến giá thành thấp hơn.
• Dễ lắp đặt và sử dụng: Việc lắp đặt và cấu hình encoder tương đối thường đơn giản hơn.
• Độ phân giải cao: Encoder tương đối có thể đạt được độ phân giải rất cao (số xung/vòng lớn), cho phép đo lường chuyển động quay một cách chính xác.
• Đáp ứng tốc độ cao: Encoder tương đối có thể đáp ứng với tốc độ quay rất cao, phù hợp cho các ứng dụng tốc độ cao.
• Kích thước nhỏ gọn: Encoder tương đối thường có kích thước nhỏ gọn, dễ dàng tích hợp vào các hệ thống.
• Đa dạng ứng dụng: Encoder tương đối được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng đo tốc độ, đo chiều dài, điều khiển vị trí tương đối, và nhiều ứng dụng khác.

Chính vì những ưu điểm này, encoder tương đối là một lựa chọn phổ biến trong nhiều hệ thống điều khiển và tự động hóa, đặc biệt là trong các ứng dụng không yêu cầu thông tin vị trí tuyệt đối khi mất điện.

2. Nguyên lý đo lường của Encoder tương đối

Encoder tương đối hoạt động dựa trên nguyên lý tạo ra các xung điện khi trục quay. Cấu tạo cơ bản gồm:

• Đĩa mã hóa: Đĩa tròn có các vạch (hoặc lỗ) trong suốt và không trong suốt xen kẽ.
• Nguồn sáng (LED): Chiếu ánh sáng qua đĩa mã hóa.
• Cảm biến ánh sáng: Phát hiện ánh sáng đi qua hoặc bị chặn.
• Mạch xử lý: Chuyển tín hiệu từ cảm biến thành xung vuông.

Cách thức hoạt động:

• Khi trục quay, đĩa mã hóa quay theo, tạo ra sự thay đổi ánh sáng đến cảm biến.
• Cảm biến ánh sáng chuyển đổi sự thay đổi này thành tín hiệu điện.
• Mạch xử lý chuyển tín hiệu điện thành xung vuông (xung A, xung B).
• Số xung tỉ lệ với góc quay.
• Hai kênh A và B lệch pha 90 độ giúp xác định chiều quay.
• Một số encoder có thêm xung Z (xung chỉ mục) để xác định vị trí tham chiếu.

Encoder tương đối đo chuyển động quay bằng cách đếm xung và xác định chiều quay dựa trên độ lệch pha giữa các xung.

3. So sánh chi tiết giữa Encoder tương đối và Encoder tuyệt đối

Để hiểu rõ hơn về sự khác biệt giữa hai loại encoder này, chúng ta sẽ so sánh chúng dựa trên các đặc điểm chính. Bảng dưới đây trình bày một cách tổng quan:

4. Ứng dụng phổ biến của Encoder tương đối trong công nghiệp

Encoder tương đối được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng công nghiệp nhờ chi phí hợp lý, độ phân giải cao và khả năng đáp ứng tốc độ tốt.

• Đo tốc độ và điều khiển động cơ: Đây là ứng dụng quan trọng nhất của encoder tương đối. Encoder gắn trên trục động cơ cung cấp tín hiệu phản hồi tốc độ cho bộ điều khiển trong các hệ thống như quạt, bơm, băng tải, máy công cụ, robot và các hệ thống truyền động.
• Đo chiều dài và quãng đường: Encoder có thể đo chiều dài vật liệu (vải, giấy, thép) hoặc quãng đường di chuyển của đối tượng (bàn máy, xe tự hành) trong các máy cắt, máy in, hệ thống đo chiều dài và xe tự hành (AGV).
• Điều khiển vị trí tương đối: Dù không cung cấp vị trí tuyệt đối, encoder tương đối vẫn hữu ích trong điều khiển vị trí tương đối của bàn máy (trong máy phay, tiện không phải CNC), các cơ cấu chấp hành trong robot (nếu không yêu cầu độ chính xác tuyệt đối) và vị trí dừng của băng tải.
• Các ứng dụng khác: Encoder tương đối còn được dùng để đếm sản phẩm trên băng chuyền, đồng bộ hóa tốc độ giữa các động cơ, điều khiển tốc độ và vị trí anten, đo góc quay khớp robot, và phản hồi trong thiết bị y tế.

Nhìn chung, encoder tương đối được ứng dụng trong bất kỳ hệ thống nào cần đo lường và điều khiển chuyển động quay hoặc thẳng một cách tương đối.

Xem thêm:

• Sensor là gì? Khái niệm, các loại cảm biến phổ biến và ứng dụng
• Cảm biến chuyển động là gì? Nguyên lý hoạt động và cách lắp đặt
• Biến tần là gì? Cấu tạo, ứng dụng và nguyên lý hoạt động

Encoder tương đối là một thiết bị quan trọng và phổ biến trong các hệ thống điều khiển và tự động hóa công nghiệp. Với khả năng đo lường chuyển động quay một cách chính xác, tin cậy và chi phí hợp lý, encoder tương đối đã chứng minh được giá trị của mình trong nhiều ứng dụng khác nhau. Nếu cần tư vấn chọn mua thiết bị điện Siemens chính hãng, hãy liên hệ đến Thanh Thiên Phú qua hotline 08.12.77.88.99 để được hỗ trợ nhanh nhất!