Động cơ encoder là một cái tên khá quen thuộc với những kỹ thuật viên của nhà máy. Và đây cũng là 1 nhân tố trung gian hỗ trợ được rất nhiều trong các hệ thống điều khiển tự động trong các lĩnh vực sản xuất. Vậy, thực tế động cơ encoder là gì? Cách điều khiển tốc độ động cơ encoder như thế nào mới là đúng chuẩn?
Nội dung
1. Động cơ giảm tốc encoder là gì?
Động cơ giảm tốc encoder (Rotary encoder) là tên tiếng Anh để chỉ 1 loại động cơ con quay được tích hợp vào trong hệ thống tự động nhằm mục đích tạo tín hiệu xung trong việc điều khiển tốc độ động cơ máy móc, thiết bị, trong khi đang vận hành.
Rotary encoder là gì? Ứng dụng của encoder trong các lĩnh vực sản xuất
Thông thường, người ta hay gọi động cơ encoder là Rotary Encoder hoặc đơn giản là encoder. Nhưng ngoài ra, động cơ encoder còn được gọi bằng các tên khác như Linear Encoder hay Quadrature Encoder. Mặc dù vậy, mục đích chính của các dòng động cơ encoder chính là mã hóa được số vòng quay nhằm mục đích tạo tín hiệu xung hình vuông trong suốt quá trình điều khiển.
Dựa trên tín hiệu nhận được ở dạng nhị phân thì các động cơ encoder có thể hỗ trợ hoán đổi cho nhau các vị trí góc hoặc vị trí thẳng tùy theo yêu cầu của người sử dụng.
2. Cấu tạo motor encoder
Các dòng động cơ encoder có cấu tạo khá đơn giản, chỉ bao gồm 1 thanh đĩa inox tròn gắn vào 1 cái trục quay, giống như hình dưới đây. Trong đó còn có 2 cái đèn led dạng thu phát cùng với lớp boar mạch để phân tích và xử lý dữ liệu.
Các dòng động cơ encoder có cấu tạo khá đơn giản
3. Nguyên lý làm việc của động cơ encoder
Encoder hoạt động theo nguyên lý đó là khi ta cung cấp nguồn điện cho nó thì các trục quay sẽ hoạt động. Đồng thời, chuyển động sẽ tạo cho đĩa tròn được xoay vòng. Khi đã xoay thì nó sẽ kéo theo đèn led sáng. Tất nhiên, trên phần đĩa tròn xoay thường có lỗ và các lỗ này sẽ đan xen với nhau.
Dựa vào đó, bộ xử lý vi board mạch của động cơ sẽ đếm các lượt quay bằng cách chiếu đèn xuyên qua lỗ hoặc sử dụng một con bắt tích hợp trong đó để báo tín hiệu về. Chính vì vậy, các xung dạng vuông được tạo ra và đếm được cụ thể thông qua độ cắt ánh sáng bắt nguồn từ đèn led thông qua các lỗ hổng trên.
Trong quá trình hoạt động, tín hiệu xung dạng vuông có thể tăng hoặc giảm theo yêu cầu. Bên cạnh đó, nếu ở gần các động cơ lớn hoặc các biến tần sẽ gây ra tình trạng tín hiệu nhiễu xung, từ đó gây mất độ chính xác cho động cơ encoder trong khi hoạt động.
Có thể kết luận được rằng, động cơ encoder có nhiệm vụ tạo ra các điểm xung dạng vuông ở trên đồ thị và các góc xung dạng vuông này sẽ lệch nhau 1 góc là 90 độ C. Từ 2 tín hiệu lệch góc đó, chúng ta sẽ tiến hành xác định hướng và vị trí quay của động cơ servo motor.
Sơ đồ nguyên lý làm việc động cơ encoder
4. Ứng dụng động cơ encoder
Trong lĩnh vực thi công, cắt tỉa: Động cơ encoder có nhiệm vụ quan trọng đối với việc xác định vị trí cắt và tạo góc đem lại độ chính xác gần như là 100%. Chính vì thế, việc khoan lỗ hoặc cắt sắt thép cũng như uốn cong các loại sắt thép được chuẩn xác là nhờ vào sự hiệu chỉnh từ động cơ này.
Bên cạnh đó, kết quả còn phụ thuộc vào sự hiệu chỉnh đến từ con biến trở có dạng xi lanh. Mà muốn hiệu chỉnh được con biến trở một cách chính xác thì chúng ta phải chuyển đổi biến trở ra thành 4 20mA để đưa về PLC lập trình.
Trong các cần cẩu dùng để sắp xếp hàng hóa tại các siêu thị lớn như Metro cũng có sự góp mặt của động cơ bước và động cơ encoder. Nó làm nhiệm vụ xác định chính xác vị trí cần đặt lô hàng để cho chiếc máy cẩu xúc hàng tiến hành chuyển lên vị trí đó.
Tuy nhiên, để tạo được độ chuẩn xác cao nhất, ngoài sự linh hoạt của các dòng động cơ encoder thì người ta còn phải dựa vào kinh nghiệm cũng như sự khéo léo của người dùng.
Trong các dây chuyền để sản xuất bánh kẹo: Hầu hết các loại bánh kẹo cùng một loại thường sẽ có kích thước và kiểu dáng hoàn toàn giống như nhau. Đây cũng chính nhờ vào công dụng của động cơ encoder trong các servo motor.
Ứng dụng xác định vị trí của động cơ encoder trên thanh trượt
5. Các loại động cơ encoder phổ biến
Xét về các ứng dụng cụ thể trong thực tế thì dòng encoder được các nhà sản xuất phân loại thành khá nhiều, chẳng hạn như:
- Encoder xoay: Hoạt động dựa vào sự điều chỉnh núm vặn của nó.
- Encoder thẳng: Hoạt động chạy trên 1 thanh trượt dài và thẳng, thường được sử dụng trong các loại máy in, máy photocopy.
- Encoder từ trường: Hoạt động dựa trên từ trường của các thanh nam châm vĩnh cửu có khả năng làm xoay chuyển nó.
Xét về chức năng và tốc độ thì phân loại thành 2 loại:
- Encoder hoạt động căn cứ vào bộ mã hóa nhị phân 0 1 đã được mặc định sẵn.
- Encoder hoạt động dựa theo chu kỳ hoặc có thể đẩy nhanh tiến độ theo tín hiệu của xung phát ra. Cũng có thể giảm dần tiến độ tùy thuộc vào mong muốn của người dùng.
6. Cách xác định sự thay đổi của encoder
Điểm chung của tất cả các dòng encoder chính là phục vụ trong việc mã hóa ở dạng 0 và 1. Mã hóa này dựa theo 2 kiểu là (A, B) hoặc (A, B, Z). Ở phần này, A và B sẽ đảm nhận nhiệm vụ truyền tải dữ liệu theo cơ cấu đóng/ mở (on/ off). và độ lệch của A, B trong khoảng một góc 90 độ.
Bên cạnh đó, Z chính là đơn vị chuẩn được tính là 1 chu kỳ quay vòng của động cơ encoder. Chính vì thế, để xác định được cụ thể hướng di chuyển của thiết bị đóng cắt nguồn điện thì chúng ta phải nắm rõ được 2 điểm đó là A và B, đồng thời biết được sự thay đổi trạng thái ra sao của điểm A, B.
Tín hiệu xung từ động cơ encoder thể hiện ở dạng xung vuông
Lưu ý: Sự thay đổi đồng thời của A/ B trên tổng số 1 vòng quay sẽ được thể hiện bằng tín hiệu xung dạng vuông hoặc vòng quay. Từ 2 điểm là A: 0/ B: 1, chúng ta có hệ dạng nhị phân nhằm thể hiện được sự thay đổi trạng thái của 2 điểm A và B lúc này trong cùng 1 chu kỳ, đó là các trạng thái: 00 (AA), 01 (AB), 11 (BB ), 10 (BA). Nắm bắt được những lý thuyết cơ bản này sẽ giúp các bạn lý giải được nhiều “bài toán khó” về điều khiển động cơ.
a) Xác định encoder thay đổi
Chúng ta chỉ cần chú ý xác định được tần số xung thực tế của một động cơ encoder, tức là phải xác định được sự thay đổi của nó. Ví dụ như: Giả sử, có một động cơ encoder đang có tần số xung vào khoảng tầm 150 ppr thì lập tức ta có thể quy đổi được thành 600 sự thay đổi của 2 bit là A và B. Dưới đây thể hiện 3 cách thay đổi của động cơ encoder dựa theo ví dụ trên:
- Phương pháp 1: Xác định được trạng thái tốc độ và số vòng quay của con encoder thể hiện sự tăng giảm trong 1 chu kỳ. Với cách này, chúng ta có thể dự toán được chính xác số lần thay đổi của 1 loại động cơ encoder nhất định. Sau đó, bạn chỉ cần nhân đôi con số đó lên vì nó tồn tại 2 dạng là vòng quay thuận và vòng quay ngược. Với phương pháp này, chúng ta sẽ lọc được tới 150 vị trí thay đổi của A hoặc B.
- Phương pháp 2: Thay vì chỉ áp dụng phương pháp theo dõi sự thay đổi của 1 trong 2 kênh là A và B thì chúng ta lại theo dõi cùng một lúc 2 kênh A/ B theo phương pháp tăng giảm trên. Kết quả thu được cũng là 600 trị trí A/ B có sự thay đổi trong suốt thời gian 1 chu kỳ hoàn thiện.
b) Cách đưa tín hiệu xung về PLC
Để các bộ lập trình PLC đọc được tín hiệu truyền tải về từ các loại động cơ encoder thì bắt buộc chúng ta sẽ phải sử dụng 1 thiết bị làm trung gian nhằm mục đích là nhận tín hiệu xung dạng vuông từ encoder. Sau đó, tiến hành chuyển đổi chúng thành tín hiệu analog để có thể đưa về PLC lập trình để hiệu chuẩn.
Bộ chuyển đổi tín hiệu xung dạng vuông từ encoder ra 420MA
7. Điều khiển tốc độ động cơ encoder bằng bằng PID
Khi cấp điện hệ thống thực hiện hoạt động, vi điều khiển sẽ hiển thị các thông tin ban đầu, động cơ lúc này dừng hoạt động. Do đó, vi điều khiển sẽ phải chờ tín hiệu chạy từ nút nhấn để gửi vào.
Khi nhận được tín hiệu từ vi điều khiển để cho phép động cơ quay dừng quay thuận quay nghịch quay nhanh/ chậm,... còn tùy theo yêu cầu của người sử dụng. Sau đó, tiến hành đọc tín hiệu xung để gửi về cho mạch vi điều khiển để xử lý tính toán tốc độ cho động cơ. Sau đó chúng ta sẽ dùng phương pháp tính toán PID để có thể bù lại được giá trị khi thực hiện cài đặt nhằm giúp cho động cơ hoạt động được ổn định hơn.
Ngoài ra, nếu động cơ encoder bị giữ lại hoặc phải kéo băng tải nặng hơn thì cần phải có vi điều khiển dùng PID để có thể kích được dữ liệu và bù lại tốc độ đang bị hao hụt. Đồng thời, màn hình LCD 16 × 2 sẽ hiển thị những thông tin vừa được nhấn tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể.
Kết luận
Động cơ encoder có thể sử dụng mạch cầu H hoặc hệ điều khiển Module L298 để điều khiển tốc độ nhanh/ chậm, chiều thuận/ nghịch theo ý muốn của người dùng. Sử dụng các bộ vi điều khiển, chẳng hạn như PIC, 8051, AVR, Arduino,… để điều khiển tốc độ cho động cơ bằng PWM kết hợp với PID sẽ có tác dụng bù lại phần tốc độ đã bị suy hao trong suốt quá trình hoạt động của hệ thống. Chính vì vậy, động cơ encoder hiện nay có nhiều chủng loại và được sử dụng vô cùng rộng rãi để phục vụ nhu cầu của con người trong từng công việc.
Nội Dung Có Thể Bạn Quan Tâm:
- Motor Điều Tốc: Ứng Dụng, Các Phương Pháp Điều Khiển Tốc Độ
- Động Cơ Giảm Tốc Mini Xuất Khẩu Châu Âu, Cấu Tạo, Ứng Dụng, Tốc Độ Ký Hiệu Tem
- Phương pháp tháp lắp hộp giảm tốc, bảo trì, sửa chữa
- Motor giảm tốc đảo chiều quay khi đấu điện
- Ưu nhược điểm motor giảm tốc cũ, giá cả, cách chọn
- Các loại hộp giảm tốc nhiều người dùng nhất Châu Âu, Á
- Các motor giảm tốc rẻ nhất, bền nhất tại Việt Nam
- Cấu tạo hộp giảm tốc, thiết kế và tính lực truyền động bánh răng
