انکودر و کاربرد آن در صنعت آسانسور

انکودر (encoder) : یک سیستم الکترو مکانیکی می باشد به انتهای شفت الکترو موتور کوپل شده و حرکت دورانی شفت الکترو موتور را به پالسهای دیجیتال (به منظور استفاده در میکرو کنترل ها و سیستم ها کنترلی) تبدیل کرده  بدین ترتیب که به ازای هر چرخش کامل 360 درجه شفت ، یک پالس تولید شده و سپس پالس های دیجیتالی به وسیله ی تجهیز دیگر به دیکودر (با در نظر گرفتن نیاز به تعداد دوران یا سرعت زاویه ای و یا مسافت) تبدیل می شوند. به عبارت دیگر، انکودر حسگری است که به چرخ دنده، چرخ و موتور وصل شده و میزان چرخش را اندازه گیری می کند که بر اساس این اندازه گیری پارامترهایی از جمله سرعت، جابه جایی و همچنین شتاب یا زاویه چرخش معین می شوند.

وظایف انکودر:

• استفاده در آسانسور ها به منظور تشخیص سرعت
• استفاده در آسانسور ها به منظور انتقال جهت موتور اصلی به درایو
• استفاده در سیستم کنترل آسانسور به منظور افزایش دقت و کیفیت حرکتی
• مشخص نمودن لحظه ای مشخصات حرکت شفت موتور

جهت داشتن حرکتی نرم و بدون تنش و لرزش در آسانسورها، می توان در آسانسورها از انکودر( جهت مشخص نمودن لحظه ای مشخصات حرکت شفت موتور) استفاده نمود، که با اعلام این مشخصات به تابلو فرمان و با کمک  درایو می توان مطلوب ترین فرکانس را در اختیار موتور گذاشته و به هدف نهایی خود دست بیابیم. سخت افزار ماوس (رایج ترین انکودر)، جهت اندازه گیری میزان جابه جایی در سطح مورد استفاده قرار می گیرد. عملکرد این سخت افزار بدین نحو می باشد که، با حرکت دادن ماوس در سطح، گوی زیرین به حرکت در آمده و موجب به حرکت در آمدن صفحه مدرج در میان سنسورها شده و در نهایت باعث تولید دو ردیف سیگنال می شود که این سیگنال ها تعیین کننده میزان جابه جایی حول محورهای Y و  X می باشند.

اجزاء داخلی ماوس

• سنسورهای نوری
• مدار الکترونیکی
• صفحات مدرج دوار

اجزاء انکودرها به شرح ذیل می باشد:

• شفت انکودر
• گیرنده نوری
• فرستنده نوری
• خروجی الکتریکی
• صفحه مدور شیشه ای
• مدار واسطه جهت تبدبل سیگنال های گیرنده نوری به سطح ولتاژ استاندارد صنعتی

 از یک منبع نور به عنوان فرستنده ، یک گیرنده نور و همچنین از صفحات ماسک و دیسک (ما بین فرستنده و گیرنده نوری) در ساختار انکودر آسانسور استفاده شده است. نحوه تولید پالس توسط انکودر آسانسور به شرح ذیل می باشد:

در این نمونه از انکودرها، یک دیود ساطع کننده نور و همچنین یک دیسک بسیار نازک وجود دارد که با روشن شدن دستگاه ،نور ساطع شده از دیود بر مرکز دیسک شیشه ای متمرکز می شود بدین صورت که نور یک ترانزیستور نوری را که روی یکی دیگر از خطوط قرار گرفته و همچنین توانایی نمایان شدن از دیود را دارد، فعال می کند. روی یک موتور شفت دیسک نصب می شود. روشی دیگر  جهت حس کردن موقعیت این است که می توان هنگام چرخش شفت، دیسک را هم چرخاند. زمانی خطوط دیسک روشن خواهند بود که نور LED روی فتو ترانزیستور متمرکز شده باشد که با گذشت زمان فتو ترازیستور اشباع شده و موج الکتیریکی مربع شکلی را ایجاد می کند. تولید پالس به عبارت دیگر بدین صورت می باشد که هنگام عبور نور ارسالی (توسط فرستنده) از شیار چرخ دنده، توسط گیرنده دریافت شده و ولتاژ خروجی یک می شود و هنگام برخورد نور ارسالی( توسط فرستنده) به پره ها ،توسط گیرنده دریافت نمی شود و ولتاژ خروجی صفر خواهد بود.

دسته بندی انکودرها با توجه به عملکردشان:

1- انکودر افزایشی: 

در مواقع نیاز به محاسبه تعداد دور در واحد زمان از انکودر افزایشی استفاده می کنیم. در دو طرف چرخ شیاردار، یک فرستنده و گیرنده مادون قرمز با فاصله های معین وجود دارد. با چرخش چرخ، مادوپالس بوجود می آید که با هم اختلاف فاز دارند می توان بر اساس آن جهت چرخش را معین نمود. انکودرهای افزایشی دارای سیم های خروجی فازA، فازB و فاز Z  می باشند. تعداد پالس ها در هرو فاز A و B مشابه هم می باشد با این تفاوت که پالسهای فاز B به اندازه 90 درجه اختلاف مکانی دارد. از اختلاف فاز ها برای معین نمودن جهت چرخش انکودر استفاده می نماییم بدین صورت که هنگام تقدم  فاز A جهت حرکت را راستگرد و  هنگام تقدم  فاز B جهت حرکت را چپگرد اعلام می نمایند.

2- انکودر نسبی:

در دو طرف چرخ شیاردار، یک فرستنده و گیرنده مادون قرمز وجود دارد.این نمونه از انکودرها تنها برای اندازه گیری موقعیت نسبی جسم چرخنده نسبت به موقعیت اولیه استفاده می شود و مشخص نمودن جهت چرخش امکان پذیر نمی باشد.

3- انکودر مطلق:

از دیسکی که دارای چندین گروه از قطعات به شکل دایره های متحدالمرکز  در مرکز دیسک انکودر چرخشی می باشد، در انکودر مطلق استفاده می شود. جهت اندازه گیری موقعیت مطلق زاویه نسبت به یک نقطه مشخص از انکودر مطلق استفاده می نماییم. در این نمونه از انکودر ها از چند فرستنده ی گیرنده و همچنین از یک صفحه ی شفافی که بخشهای خاصی از آن سیاه شده تشکیل می شود. در هر لحظه، بخشی از این گیرنده ها صفر و برخی دیگر یک می باشند. بزرگ ترین اشکال انکودرهای افزایشی ذخیره شمارش پالس های آن در یک شمارنده خارجی یا یک میانگیر (buffer) می باشد. هنگام اختلال در برق یا قطع برق شمارش گم می شود.(اگر بنا به هر دلیلی قدرت از انکودری که دارای چرخاننده الکتیریکی بوده و یا از یک ماشین الکتریکی گرفته شود انکودر قادر به درک موقعیت صحیح خود نخواهد بود) جهت حل مشکلات موجود از انکودرهای مطلق استفاده می شود.

 همانطور که می دانیم وجود انکودرها در یک آسانسور الزامی نیست اما برای دستیابی به حرکت نرم تر و دقیق تر در آسانسور توسط سیستم Close Loop از انکودر استفاده می شود. انکودرها از لحاظ ساختمانی به دسته های ذیل تقسیم می شوند:

1- انکودر خطی:

این نمونه از انکودرها از لحاظ ساختمانی در سه نوع مقاومتی ، نوری و مغناطیسی ساخته می شوند. به منظور اندازه گیری حرکت خطی از انکودر های خطی استفاده می شود. خروجی های انکودرهای نوری،مقاومتی و مغناطیسی به ترتیب دیجیتالی،آنالوگ و آنالوگ می باشد.

کاربرد انکودرهای خطی:

• دستگاه پرس(جهت اندازه گیری میزان حرکت طولی پیستون جک)
• غلتک ها (به منظور اندازه گیری میزان فاصله طولی بین توپ های غلتکی)

2- انکودر دوار:

یک ابزار الکترومکانیکی می باشد (معروف به شفت انکودر) که حرکت زاویه ای یا موقعیت یک محور یا یک شفت را به کدهای دیجیتالی یا آنالوگ تبدیل می کند.

قطعات تشکیل دهنده ی انکودر دوار به شرح ذیل می باشد:

• دیسک مدرج
• دو جفت LED گیرنده و فرستنده

ما بین سنسورهای گیرنده و فرستنده دیسک مندرج وجود دارد و این مجموعه مستقر بر روی محور چرخان می باشند که با چرخش هم زمان شفت دیسک مندرج چرخیده و سنسورها ثابت می مانند.  بدین صورت که با چرخش متوالی دیسک سیگنال های ارسالی از فرستنده به گیرنده قطع و وصل شده و همچنین حاصل خروجی مجموعه ای از پالس های صفر و یک منطقی خواهد بود. جهت تبدیل پالس های تولیدی توسط انکودر به موقعیت و تعداد دوران شفت بایستی به ورودی دیکور داده شده و طبق برنامه دیکور پالسها تبدیل شوند و جهت افزایش تعداد صفر و یک ها در یک دوران 360 درجه که دلیل بر دقت اندازه گیری بوده، بایستی نقاط سفید وسیاه مندرج بر روی دیسک افزایش یابد.

نحوه کارکرد انکودر دوار:

تولید سیگنال ها توسط  انکودر(به وسیله ی یک وسیله مدرج) متناسب با دو سنسور A,B و همچنین نوع حرکت می باشد. سیگنال های تولیدی عناوین سیگنال A و سیگنال B به خود می گیرند و با ثابت ماندن وسیلهی مدرج و چرخش سنسورها و یا برعکس تولید می شوند. چنانچه در یک فاصله ثابت میزان سیگنال های تولیدی بیش تر باشد واحد اندازه گیری کوچکتر و دقت اندازه گیری بیشتر خواهد بود. انکودر نیازمند سه مجموعه پالس خواهد بود که در مطالب فوق به علت وجود مجموعه پالس اولیه پرداخته شده است حال به دلایل ذیل وجود دو مجموعه پالس دیگر الزامی می باشد:

دلیل وجود مجموعه پالس دوم: به منظور مشخص کردن جهت چرخش

دلیل وجود مجموعه پالس سوم: به منظور شمارش تعداد دوران (به این مجموعه پالس فرمان گفته می شود که توسط یک دور چرخش کامل به وجود می آید)