Là một thành phần phản hồi cốt lõi trong động cơ điện hệ thống điều khiển, bộ mã hóa được sử dụng để phát hiện vị trí, tốc độ và hướng của rôto theo thời gian thực. Độ chính xác và độ tin cậy của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất điều khiển động cơ. Bài viết này trình bày chi tiết một cách có hệ thống về nguyên tắc ứng dụng, phân loại, tiêu chuẩn lắp đặt, các lỗi thường gặp và biện pháp khắc phục sự cố.
1.1 Nguyên tắc cơ bản
Bộ mã hóa chuyển đổi vị trí cơ học hoặc vị trí góc thành tín hiệu điện kỹ thuật số hoặc tín hiệu tương tự bằng cách sử dụng công nghệ cảm biến quang điện, điện từ hoặc điện dung. Các thành phần cốt lõi bao gồm:
• Đĩa mã: Một đĩa quay có các cách tử tuần hoàn (quang học) hoặc các cực từ (từ tính).
• Cảm biến: Đọc tín hiệu đĩa mã và chuyển đổi nó thành các xung điện (ví dụ: phototransistor, phần tử Hall).
• Mạch xử lý tín hiệu: Khuếch đại, định hình và xuất tín hiệu tiêu chuẩn (ví dụ: TTL, HTL, SSI).
1.2 Chế độ hoạt động
• Bộ mã hóa gia tăng: Xung pha A/B đầu ra (chuyển pha 90° để phát hiện hướng) và xung chỉ số pha Z. Độ dịch chuyển tương đối được tính bằng cách đếm xung.
• Bộ mã hóa tuyệt đối: Cung cấp mã nhị phân duy nhất (ví dụ: mã Gray) cho từng vị trí, giữ lại dữ liệu vị trí ngay cả sau khi mất điện.
|
Cơ sở phân loại |
Loại |
Đặc điểm & Ứng dụng |
|
Loại tín hiệu |
Bộ mã hóa gia tăng |
Chi phí thấp, yêu cầu dẫn đường, phù hợp để điều khiển tốc độ (ví dụ: động cơ servo) |
|
|
Bộ mã hóa tuyệt đối |
Đầu ra vị trí tuyệt đối trực tiếp, không cần định vị, lý tưởng cho việc định vị chính xác (ví dụ: máy CNC) |
|
Nguyên lý cảm biến |
Bộ mã hóa quang học |
Độ phân giải cao (lên tới 0,001°), nhạy cảm với ô nhiễm, được sử dụng trong môi trường sạch sẽ |
|
|
Bộ mã hóa từ tính |
Chống dầu/bụi/rung, độ phân giải vừa phải (0,1°–1°), phù hợp với môi trường công nghiệp |
|
|
Bộ mã hóa điện dung |
Chống nhiễu mạnh, giá thành cao, dùng trong các dụng cụ chính xác |
|
Giao diện đầu ra |
Song song (TTL/HTL) |
Truyền nhanh, khả năng chống ồn kém, khoảng cách ngắn (10m) |
|
|
Nối tiếp (SSI/BiSS) |
Chống ồn, khoảng cách xa (100m) |
|
|
Xe buýt (Profibus/EtherCAT) |
Đối với hệ thống điều khiển đồng bộ đa trục |
3.1 Lắp đặt cơ khí
• Căn chỉnh trục: Độ đảo hướng tâm ≤0,02mm, độ lắc dọc trục ≤0,01mm (được hiệu chỉnh bằng đồng hồ quay số).
• gắn kết: Sử dụng khớp nối linh hoạt hoặc giá đỡ giảm chấn để tránh truyền rung động.
• Bảo vệ: Bộ mã hóa quang học cần có tấm che bụi; bộ mã hóa từ tính phải cách nguồn từ tính mạnh ≥50cm (ví dụ: bộ biến tần).
3.2 Kết nối điện
• Che chắn & nối đất: Sử dụng cáp xoắn đôi có vỏ bọc có nối đất một điểm (phía bộ điều khiển).
• Cách ly điện: Nguồn điện của bộ mã hóa phải tách biệt với nguồn điện động cơ (khuyến nghị: quy định 5V/24V DC).
• Khử tiếng ồn: Giữ cáp tín hiệu cách đường dây điện cao thế ≥30cm; thêm lõi ferit nếu cần.
4.1 Mất tín hiệu/bất thường
• Triệu chứng: Động cơ giật, lệch vị trí hoặc cảnh báo của người lái xe (ví dụ: "Lỗi bộ mã hóa").
• nguyên nhân:
► Cáp bị đứt/bị che chắn hoặc tiếp xúc kém.
► Đĩa mã bị nhiễm bẩn (bụi trên bộ mã hóa quang học; mảnh vụn kim loại trên bộ mã hóa từ tính).
► Biến động điện áp nguồn (
• Giải pháp:
► Ngắt lại các đầu nối hoặc thay thế các dây cáp bị hỏng.
► Làm sạch đĩa mã (quang: khăn lau cồn; từ tính: bàn chải không từ tính).
► Ổn định điện áp bằng bộ điều chỉnh tuyến tính.
4.2 Suy giảm độ chính xác
• Triệu chứng: Tăng lỗi định vị hoặc độ lệch lặp lại.
• nguyên nhân:
► Đĩa mã bị lỏng do rung.
► Giãn nở nhiệt (đĩa kim loại).
► Vòng bi mòn gây lệch tâm.
• Giải pháp:
► Siết chặt các vít; áp dụng threadlocker.
► Sử dụng đĩa mã có độ giãn nở thấp (ví dụ: lưới thủy tinh).
► Thay vòng bi và căn chỉnh lại.
4.3 Hư hỏng cơ học
• Triệu chứng: Đĩa mã bị trầy xước hoặc khung cảm biến bị cong.
• nguyên nhân:
► Lắp đặt không đúng cách (ví dụ: đóng búa).
► Sự xâm nhập của vật thể lạ (ví dụ: kim loại碎片卡入).
• Giải pháp:
► Thay thế các bộ phận bị hư hỏng; sử dụng các công cụ thích hợp.
► Nâng cấp lên vỏ IP65+.
5.1 Cài đặt & gỡ lỗi
• Tránh cắm nóng để tránh hư hỏng ESD.
• Xoay động cơ một lần theo cách thủ công trước khi bật nguồn để kiểm tra xem có vật cản nào không.
5.2 Bảo trì
• Kiểm tra cáp 6 tháng một lần (tập trung vào các điểm uốn cong).
• Làm sạch bộ mã hóa quang học sau mỗi 2.000 giờ (vải không có xơ + cồn nguyên chất).
• Đối với môi trường nhiệt độ cao (>70°C), hãy sử dụng bộ mã hóa nhiệt độ cao (-40~120°C).
5.3 Quy trình chẩn đoán lỗi
Bước 1: Kiểm tra nguồn điện và hệ thống dây điện.
Bước 2: Hoán đổi bộ mã hóa để cách ly lỗi.
Bước 3: Sử dụng máy hiện sóng để phân tích tính toàn vẹn của tín hiệu.
|
Loại lỗi |
Giải pháp chính |
biện pháp phòng ngừa |
|
Mất tín hiệu |
Làm sạch đĩa mã, sửa chữa che chắn |
Sử dụng cáp có vỏ bọc; tránh nhiễu |
|
Giảm độ chính xác |
Hiệu chỉnh lại căn chỉnh, thay thế đĩa |
Giám sát vòng bi; kiểm soát nhiệt độ |
|
Thiệt hại cơ học |
Thay thế các bộ phận, tuân theo SOP lắp đặt |
Tăng cường bảo vệ; ngăn chặn sự xâm nhập của mảnh vụn |
Lựa chọn phù hợp (ví dụ: bộ mã hóa từ tính cho môi trường bụi bặm), lắp đặt chính xác và bảo trì thường xuyên giúp kéo dài đáng kể tuổi thọ của bộ mã hóa và đảm bảo hiệu suất điều khiển động cơ ổn định.
