O que é Encoder?
Encoder são dispositivos/sensores eletro-mecânicos, cuja funcionalidade é transformar posição em sinal elétrico digital. Com a utilização de encoders, é possível quantizar distâncias, controlar velocidades, medir ângulos, número de rotações, realizar posicionamentos, rotacionar braços robóticos e etc.
O encoder é composto basicamente por um disco com marcações, um componente emissor e um receptor. Os encoder ópticos utilizam led como o componente emissor e um sensor photodetector como o receptor.
As marcações no disco possuem a funcionalidade de bloqueio e desbloqueio do feixe de luz do led para o photodetector, desse modo a medida que o disco vai girando o photodetector juntamente com um circuito eletrônico repassa para as saídas do encoder um sinal em forma de uma onda quadrada, proporcional ao número de marcações do encoder, de acordo com a resolução do mesmo. Logo, a resolução do encoder é o número de marcações presentes no disco do dispositivo, que equivale a quantidade de ondas quadradas, ou clock, gerado em uma volta do encoder.
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| Disco de resolução de 16 pulsos/volta | Disco de resolução de 32 pulsos/volta | Disco de resolução de 64 pulsos/volta | Disco de resolução de 128 pulsos/volta | Disco de resolução de 516 pulsos/volta |
O encoder óptico incremental, o mais comum do mercado, possui 3 sinais de saída: “A”, “B” e “O”. Com esses sinais adquire-se o ângulo de rotação, o sentido da rotação e o início/fim de uma volta. O sinal A é o sinal principal, que fornece os pulsos (ou clock) a medida que o encoder gira. O sinal B é equivalente ao sinal A, porém defasado em + ou -90°, cujo objetivo é sinalizar o sentido da rotação, e o sinal O (ou Z ou I) indica o início de uma revolução.
Quando o sinal B estiver adiantado em 90º do sinal A, o encoder gira no sentido anti-horário, neste caso a borda de subida de um sinal A se encontra com o sinal B no estado 1, analogamente, quando a B estiver em 0 durante a borda de subida do sinal A, o encoder estará girando no sentido horário.
O terceiro sinal do encoder, o sinal O ou Z ou I, tem por objetivo indicar a posição “0” (zero) do encoder, com essa informação é possível detectar o número de voltas completas que o dispositivo acoplado ao encoder gerou.
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| Disco de resolução de 32 pulsos/volta, sem sinal de sincronismo | Disco de resolução de 32 pulsos/volta, com sinal de sincronismo |
Tipos de Encoders
Há vários tipos de encoder com diferentes tecnologias. O encoder exemplificado acima é o encoder óptico incremental.
Sinais de Saídas do Encoder
Com relação aos sinais de saídas do dispositivos, temos o encoder incremental e o absoluto.
Encoder Incremental: Indica a posição relativa ao ponto onde o encoder foi ativado. Pode possuir as 3 saídas A, B e Z ou pode ser do tipo diferencial com os sinal A, /A, B, /B, Z e /Z.
Encoder Absoluto: São encoders mais complexos, e mais caros. Indicam a posição absoluta através de saídas digitais codificadas em um valor binário ou via comunicação.
A resolução é representada em bits que correspondem ao número de faixas disponíveis no sensor, por exemplo como um encoder absoluto de 4 bits irá gerar uma representação de posição absoluta de 16 valores. A grande vantagem do encoder absoluto é que, em qualquer momento, independente, por exemplo, de uma queda de energia, é possível saber a posição do dispositivo sem necessidade de resincronizar a posição.
| Discos de Encoders Absolutos | |||
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| 4 bits, 16 posições, em código binário. | 4 bits, 16 posições, em código gray. | 7 bits, 128 posições, em código gray. | 9 bits, 512 posições, em código binário. |
Tecnologias de Detecção
Há diferentes componentes que podem ser utilizados como o emissor e o receptor de um encoder. Os encoder ópticos utilizam led e photodetector, os encoder magnéticos utilizam o imãs e sensores de efeito hall em variadas configurações. Os magnéticos são mais utilizados em condições não ideais, como alta temperatura, poeira, umidade e vibração.
Utilizando o encoder em sua aplicação
Como escolher e calcular o encoder ideal?
A HI Tecnologia possui controladores capazes de interfacear com encoders incrementais, tais como o ZAP91X, P7C (módulo CDM711 e CDM715) e NEON. Para selecionar o encoder ideal é importante saber qual a precisão (número de pulsos) que será necessária para sua aplicação e a frequência máxima do encoder. Por exemplo, suponhamos que um encoder será acoplado a um motor que controlará uma esteira, a relação do deslocamento da esteira com o motor, para o nosso exemplo será de 0,5 metro por volta, ou seja, a cada 1 revolução do encoder, 360 graus, a esteira avança 50 cm. A velocidade máxima da esteira será de 1m/seg, equivalente a 2 voltas por segundo ou 120rpm no eixo do encoder.
Se utilizarmos um encoder de 1024 pulsos teremos a precisão de aproximadamente 0,5 cm da esteira, o que para muitas aplicações é razoável, caso necessite de mais precisão, basta utilizar um encoder com maior número de pulsos, como 2048, 4096 e etc. Com um encoder de 1024 pulsos e uma velocidade máxima de 2 voltas por segundo a frequência máxima dos sinais do encoder será de aproximadamente 2kHz.
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Como interfacear?
Os controladores da HI Tecnologia que possuem interface para encoder, aceitam sinais do tipo encoder incremental simples, ou seja, encoders não diferenciais, caso o encoder utilizado possuir os sinais A, /A, B, /B, O e /O, basta apenas conectar os sinais A, B, e O nas entradas digitais especificadas pelo módulo do controlador. Por exemplo, no caso do controlador ZAP91X S, a entrada digital I0 recebe o sinal A, a I1 recebe o sinal B e a I2 recebe o sinal O. Neste módulo, é necessário também selecionar em “Configurações do módulo de hardware“, a opção para operar a I0, I1 e I2 como encoder.
Encoder no Programa de Aplicação
Em sua aplicação ladder, basta utilizar o bloco funcional “FCT”, em “Elementos > Hardware > Contador Rápido/Encoder”.
Para o primeiro encoder, utilizar o identificador T0, para os próximos encoders incrementar em 1 o identificador, T1, T2, e assim sucessivamente. Quando ativar o bloco basta ler no parâmetro P2 o valor corrente do contador.
Exemplos de utilização
Alguns “cases” no qual a HI Tecnologia utilizou enconders na aplicação:
- Aquisição da carta dinamométrica de uma Unidade de Bombeio: O bombeio mecânico corresponde ao método de elevação artificial mais utilizado no mundo em poços de petróleo terrestres. É baseado em um cavalo mecânico, operando com movimentos alternativos gerados por um motor. Na unidade de bombeio, podemos utilizar um encoder para replicar o movimento alternativo do cavalo mecânico a cada ciclo de bombeamento, desta forma, o encoder incrementa os pulsos no ciclo ascendente e decrementa os pulsos no ciclo descendente. A leitura dos pulsos gerados por este encoder disponibiliza a coordenada de posição necessária para geração da carta dinamométrica associada ao poço.
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| Unidade de bombeio mecânico e localização do enconder utilizado. | Carta dinamométrica do poço utilizando a coordenada de posição gerada por um encoder |
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- Lapidadora de vidros: Nessa aplicação, utilizamos 2 encoders: um encoder para regular a abertura do mordente que prende a peça de vidro, de acordo com a sua espessura, e outro encoder para identificar a posição da peça de vidro durante a sua movimentação sob a esteira de lapidação.
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| Esteira de lapidação de vidro. |
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