Trong các hệ thống điều khiển tự động, encoder là thiết bị quan trọng để theo dõi vị trí, tốc độ và hướng quay của động cơ hoặc trục máy. Có hai loại encoder chính: encoder tương đối và encoder tuyệt đối. Bài viết này sẽ so sánh encoder tương đối và tuyệt đối, giúp bạn hiểu rõ sự khác biệt và lựa chọn loại phù hợp cho ứng dụng của mình.
1. Encoder là gì?
Encoder (bộ mã hóa vòng quay) là một thiết bị cảm biến cơ điện. Nó chuyển đổi chuyển động quay (hoặc chuyển động thẳng) thành tín hiệu điện (xung vuông, sóng sin, hoặc tín hiệu số). Tín hiệu này được sử dụng để xác định vị trí, tốc độ, hướng quay hoặc gia tốc của trục quay (hoặc vị trí của vật thể chuyển động thẳng).
Encoder hoạt động dựa trên nguyên tắc ngắt quang hoặc cảm ứng từ. Bên trong encoder có một đĩa mã hóa (thường là đĩa tròn có các rãnh, lỗ hoặc vạch từ tính) gắn với trục quay. Khi trục quay (hoặc thước thẳng di chuyển), đĩa mã hóa quay theo. Một nguồn sáng (thường là LED) chiếu qua đĩa (hoặc một cảm biến từ đọc các vạch từ), một cảm biến nhận tín hiệu và chuyển đổi thành tín hiệu điện.
Encoder được sử dụng rộng rãi trong điều khiển động cơ, máy CNC, robot, băng tải, và các thiết bị đo lường chính xác.
2. Tìm hiểu về encoder tuyệt đối và tương đối
Có hai loại encoder chính, dựa trên cách chúng cung cấp thông tin về vị trí: encoder tuyệt đối và encoder tương đối.
2.1. Encoder tuyệt đối
Encoder tuyệt đối (Absolute Encoder) là loại encoder cung cấp một mã số duy nhất (thường là mã nhị phân, mã Gray hoặc BCD) cho mỗi vị trí góc của trục quay. Mã số này được đọc trực tiếp từ đĩa mã hóa, không cần phải đếm xung hay có vị trí tham chiếu.
Đĩa mã hóa của encoder tuyệt đối có nhiều vòng tròn đồng tâm, mỗi vòng tròn có các vạch mờ/trong suốt (hoặc vạch từ) được sắp xếp theo một mã số nhất định. Mỗi vị trí góc của trục quay sẽ tương ứng với một tổ hợp vạch mờ/trong suốt (hoặc trạng thái từ) khác nhau, tạo ra một mã số duy nhất.
Ưu điểm:
- Biết vị trí tuyệt đối: Xác định được vị trí chính xác ngay cả khi mất điện và khởi động lại.
- Không cần homing: Không cần phải di chuyển về vị trí tham chiếu ban đầu.
Nhược điểm:
- Giá thành cao: Do cấu tạo phức tạp hơn.
- Kích thước lớn hơn: Thường lớn hơn so với encoder tương đối.
- Độ phân giải bị giới hạn.
2.2. Encoder tương đối
Encoder tương đối (Incremental Encoder) là loại encoder tạo ra các xung khi trục quay. Số lượng xung tỷ lệ với góc quay, nhưng không cung cấp thông tin về vị trí tuyệt đối.
Đĩa mã hóa của encoder tương đối thường có một hoặc hai vòng tròn đồng tâm với các rãnh (hoặc lỗ) bằng nhau. Khi trục quay, các rãnh này lần lượt chắn ánh sáng từ nguồn phát đến cảm biến, tạo ra các xung. Một số encoder tương đối có thêm một rãnh tham chiếu (kênh Z) để tạo ra một xung duy nhất mỗi vòng quay, dùng để xác định vị trí tham chiếu.
Ưu điểm:
- Giá thành thấp do cấu tạo đơn giản.
- Kích thước nhỏ gọn.
- Độ phân giải cao.
Nhược điểm:
- Mất vị trí khi mất điện: Cần phải thực hiện quá trình homing (di chuyển về vị trí tham chiếu) để xác định lại vị trí.
- Có thể bị sai số tích lũy: Nếu có nhiễu hoặc mất xung, sai số có thể tăng dần theo thời gian.
3. So sánh encoder tương đối và tuyệt đối chi tiết
Để giúp bạn dễ dàng lựa chọn loại encoder phù hợp, dưới đây là bảng so sánh chi tiết giữa encoder tuyệt đối và encoder tương đối:
| Đặc điểm | Encoder tuyệt đối | Encoder tương đối |
| Nguyên lý | Cung cấp mã số duy nhất cho mỗi vị trí góc. | Tạo ra các xung khi trục quay. |
| Xác định vị trí | Xác định vị trí tuyệt đối. | Xác định vị trí tương đối (so với vị trí tham chiếu). |
| Mất điện | Giữ được vị trí. | Mất vị trí, cần homing. |
| Giá thành | Cao hơn. | Thấp hơn. |
| Kích thước | Thường lớn hơn. | Thường nhỏ gọn hơn. |
| Độ phức tạp | Phức tạp hơn. | Đơn giản hơn. |
| Ứng dụng | Các ứng dụng yêu cầu xác định vị trí tuyệt đối ngay cả khi mất điện (ví dụ: robot, máy CNC, thiết bị đo lường chính xác). | Các ứng dụng không yêu cầu vị trí tuyệt đối, hoặc có thể thực hiện homing (ví dụ: điều khiển động cơ, băng tải, máy in…). |
| Độ phân giải | Bị giới hạn. | Cao. |
| Đĩa mã hóa | Nhiều vòng tròn đồng tâm, mỗi vòng có các vạch được mã hóa. | Một hoặc hai vòng tròn đồng tâm với các rãnh bằng nhau. |
| Tín hiệu đầu ra | Mã nhị phân, mã Gray, BCD… | Xung vuông (kênh A, B), có thể có thêm kênh Z (xung tham chiếu). |
| Số dây tín hiệu | Nhiều (tùy thuộc vào độ phân giải và loại mã). | Thường là 3-6 dây (nguồn, kênh A, B, Z). |
| Ưu điểm | Biết vị trí tuyệt đối, không cần homing. | Giá rẻ, kích thước nhỏ, độ phân giải cao. |
| Nhược điểm | Giá cao, kích thước lớn, độ phân giải bị giới hạn. | Mất vị trí khi mất điện, có thể bị sai số tích lũy. |
4. Các ứng dụng nổi bật của encoder
Encoder được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, nhờ khả năng cung cấp thông tin chính xác về vị trí, tốc độ và hướng quay. Dưới đây là một số ứng dụng nổi bật:
- Điều khiển động cơ: Phản hồi vị trí, tốc độ, giúp điều khiển động cơ chính xác (servo, bước, DC…).
- Máy công cụ CNC: Giám sát vị trí chính xác của các trục X, Y, Z… của máy CNC, đảm bảo độ chính xác gia công.
- Robot: Cung cấp thông tin về vị trí và góc xoay của các khớp, giúp robot di chuyển và thao tác chính xác.
- Hệ thống băng tải: Điều khiển tốc độ và vị trí của băng tải, đảm bảo đồng bộ hóa trong dây chuyền sản xuất.
- Thiết bị đo lường: Đo chiều dài, góc quay, tốc độ… trong các thiết bị đo lường chính xác.
- Thang máy: Điều khiển vị trí và tốc độ của cabin thang máy, đảm bảo an toàn và êm ái.
- Cửa tự động: Điều khiển tốc độ và vị trí đóng/mở cửa.
- Máy in: Kiểm soát motor.
- Ngành dệt may: Kiểm soát tốc độ quay, vị trí.
- Ngành sản xuất giấy: Đồng bộ tốc độ.
5. Lưu ý quan trọng khi điều khiển biến tần bằng encoder
Khi sử dụng encoder để điều khiển biến tần, cần lưu ý một số điểm quan trọng sau đây để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định, chính xác và an toàn:
- Chọn encoder phù hợp: Độ phân giải, loại encoder (tương đối/tuyệt đối), kiểu đầu ra tương thích biến tần.
- Lắp đặt và kết nối: Lắp chắc chắn, đồng trục, dùng khớp nối mềm nếu cần. Kết nối dây đúng sơ đồ, dùng dây chống nhiễu.
- Chọn card phù hợp: Card cần có ngõ ra và điện áp phù hợp
- Cài đặt biến tần: Cài đặt thông số encoder, thông số bảo vệ.
- Kiểm tra, hiệu chỉnh, bảo trì: Kiểm tra hoạt động, hiệu chỉnh nếu cần. Bảo trì định kỳ, kiểm tra kết nối.
Xem thêm:
Encoder là một thiết bị quan trọng trong các hệ thống điều khiển tự động, đặc biệt là trong việc điều khiển biến tần. Việc hiểu rõ sự khác biệt giữa encoder tương đối và tuyệt đối cũng như các lưu ý khi sử dụng encoder, sẽ giúp bạn lựa chọn và ứng dụng encoder một cách hiệu quả, nâng cao độ chính xác và tin cậy của hệ thống. Nếu cần tư vấn chọn mua biến tần Siemens chính hãng, hãy liên hệ đến Thanh Thiên Phú qua hotline 08.12.77.88.99 để được hỗ trợ nhanh nhất nhé!
Trang chủ