Snímače inkrementální

Inkrementální snímač převádí pohyb na přírůstky, které vyhodnocovací zařízení počítá. Při návrhu měření polohy, délky nebo otáček proto vybíráte společně snímač, mechanický převod a vstup řídicího systému. Samotný počet impulzů na otáčku nestačí: musí vyhovět také rychlost signálu, elektrické zapojení a způsob určení výchozí polohy.

Katalog pod touto větví sdružuje také absolutní a lanková provedení. Inkrementální a absolutní však označují odlišný způsob předávání polohy; lankové označuje mechanické uspořádání. Název kategorie tedy nepoužívejte jako náhradu za údaj o skutečném výstupu konkrétního výrobku.

Nejdříve rozhodněte, co potřebujete měřit

• Pro změnu úhlu nebo rychlost hřídele vybírejte v kategorii Inkrementální snímače rotační. Stanovte převod mezi měřeným pohybem a hřídelí snímače.
• Pro polohový údaj po zapnutí prostudujte Inkrementální snímače absolutní. Přesný katalogový název kombinuje dva rozdílné principy; u výrobku rozhoduje jeho dokumentace.
• Pro převod přímočarého pohybu pomocí navíjeného lanka slouží Inkrementální snímače lankové. Výstup může být podle provedení přírůstkový nebo například potenciometrický.
• Mechanické připojení řešte zároveň s výběrem snímače. Pomůže kategorie Příslušenství inkrementálních snímačů.

Jak číst signály A, B a Z

Dvojice A/B v kvadraturním provedení má vzájemný posun 90 elektrických stupňů. Pořadí změn umožňuje rozpoznat směr pohybu. Jde o čtvrtinu periody signálu, nikoli o čtvrt otáčky hřídele. Kladný směr ověřte podle pohledu na hřídel, zapojení a nastavení čítače; názvy svorek samy neurčují směr pohybu stroje.

Kanál Z, označovaný také jako index nebo nulový impulz, poskytuje referenční značku. U běžného rotačního provedení se objevuje jednou za otáčku; jeho přítomnost, šířku a vazbu na A/B ověřte pro konkrétní typ. Inverzní signály A−, B− a případně Z− nejsou další měřicí osy. U diferenciálního přenosu doplňují příslušné kladné signály.

Rozlišení, přesnost a vyhodnocení hran

Rozlišení vyjadřuje nejmenší rozlišitelný krok. Přesnost popisuje vztah výsledku ke skutečné poloze a opakovatelnost rozptyl opakovaných měření za stejných podmínek. Jemnější krok sám neodstraní vůli převodu, prokluz měřicího kola ani montážní chybu. Požadavek „měřit na desetinu milimetru“ proto převeďte zvlášť na velikost kroku a na dovolenou chybu celé sestavy.

Označme N počet úplných period kanálu A na jednu otáčku. Zkratky PPR a CPR nemají u všech výrobců stejný význam, proto jejich definici ověřte. Pro kvadraturní čítač platí:

• Vyhodnocení ×1 vytváří jeden přírůstek na periodu, tedy N přírůstků za otáčku.
• Vyhodnocení ×2 využívá obě hrany jednoho kanálu, tedy 2N přírůstků.
• Vyhodnocení ×4 využívá obě hrany A i B, tedy 4N přírůstků.

Zvolený režim musí odpovídat přepočtu v programu. Při ×4 je ideální úhlový krok 360°/(4N). Některé funkční bloky přepočet provádějí samy; násobení provedené ještě jednou v programu by výsledek zkreslilo.

Technický podklad: NI: vyhodnocení ×1, ×2 a ×4.

Frekvence kanálu není četnost všech hran

Při rychlosti n v otáčkách za minutu má každý kanál A/B frekvenci f = N × n / 60 v hertzech. Při vyhodnocení ×4 čítač zpracovává celkem 4f přírůstků za sekundu. Neznamená to, že každý kanál má čtyřnásobnou frekvenci. Dokumentace vstupu může uvádět limit v periodách za sekundu nebo v přírůstcích za sekundu; před porovnáním sjednoťte význam údajů.

Technický podklad: Beckhoff: frekvence a četnost přírůstků.

Vlastní postup kontroly: vypočítejte frekvenci při nejvyšší skutečné rychlosti, porovnejte ji s výstupním limitem snímače a poté s limitem vstupu pro zvolený režim. Zvlášť ověřte minimální délku impulzu Z a nastavení vstupního filtru. Mechanický limit otáček nenahrazuje elektrický limit. Běžný cyklicky čtený vstup PLC nelze bez ověření použít místo rychlého čítače.

Modelový příklad: měřicí kolo dopravníku

Uvažujme ideální obvod kola 200 mm, přímé spojení se snímačem N = 1 000 period/otáčku a rychlost pásu 1 m/s bez prokluzu. Kolo vykoná 5 otáček za sekundu, tedy 300 ot/min. Každý kanál má frekvenci 5 kHz; čítač při ×4 zpracuje 20 000 přírůstků za sekundu. Výpočtový krok délky je 200/4 000 = 0,05 mm.

Tento výsledek není příslibem přesnosti konkrétního výrobku. Pro vlastní zkoušku porovnejte údaj na známé délce při pomalém i rychlém posuvu a v obou směrech. Stálá poměrná odchylka vybízí ke kontrole obvodu a měřítka; odchylka závislá na rychlosti ke kontrole signálu a prokluzu. Jde o diagnostické vodítko, nikoli jednoznačné určení závady.

TTL, HTL a RS422: porovnejte výstup se vstupem

TTL označuje logické úrovně běžně spojované s 5V signály. HTL se u průmyslových snímačů používá pro vyšší úrovně, často odvozené od napájení. RS422 popisuje diferenciální elektrické rozhraní. Označení TTL/RS422 se proto může objevit společně; nejde o tři navzájem zaměnitelné konektory. Přesné napěťové meze určuje technický list.

Technický podklad: Baumer: příklad specifikace HTL a TTL/RS422 (PDF).

Nezaměňujte napájecí napětí snímače s úrovní jeho výstupu. Zkontrolujte napájení, vstupní prahy přijímače, dovolený proud, referenční potenciál, diferenciální páry a případné zakončení vedení. HTL výstup nepřipojujte přímo k čistě 5V vstupu. Otevřený kolektor NPN/PNP rovněž nelze automaticky považovat za push-pull; potřebné zapojení zátěže závisí na obou přístrojích.

Referování a návrat do provozu

Samotné přírůstkové impulzy neobsahují jednoznačnou absolutní souřadnici. Po ztrátě počítané polohy potřebuje systém referování nebo jiný doložený způsob jejího obnovení. Jedním postupem je vyhledat oblast referenčním spínačem a následně zachytit index Z. Index opakovaný při každé otáčce sám neřekne, ve které otáčce víceotáčkového pohybu se stroj nachází.

Při návrhu přejímky proto prověřte také restart: zůstane souřadnice platná, pokud se mechanismus při vypnutém vyhodnocování pohne? Uložená hodnota čítače sama tuto situaci neřeší. Kontrolujte rovněž vazbu reference na pracovní rozsah stroje a opakovatelnost návratu ke stejné značce.

Časté otázky při výběru

Stačí při náhradě shodný konektor?

Nestačí. Připravte porovnání pinů, úrovní, napájení, počtu period, reference, hřídele a příruby. Přidejte prostor pro vývod kabelu a dovolené zatížení hřídele. Shodný vzhled není důkazem funkční záměnnosti.

Je nejvyšší dostupné rozlišení vždy výhodou?

Vybírejte podle potřebného kroku a dosažitelné chyby měření. Vyšší počet period zvyšuje nároky na přenos při stejné rychlosti. Praktická objednávková specifikace proto obsahuje i maximální rychlost, typ vstupu, režim vyhodnocení, prostředí a požadované chování po zapnutí.