Энкодер: инкрементальный или абсолютный — как выбрать

Энкодер инкрементальный или абсолютный: короткий ответ

Если ось после снятия питания обязана знать своё положение без повторного поиска нуля, берите абсолютный. Если нужна только скорость или относительный счёт, а референтную точку машина спокойно проходит при каждом пуске, инкрементального достаточно. Всё остальное в подборе энкодера вторично.

Дальше начинается более скучная часть, и именно на ней срываются заказы: интерфейс, разрешение, механика вала. Самая частая причина возврата не «мало импульсов», а то, что приёмник не понимает сигнал. Поэтому порядок действий у нас такой: сперва смотрим, что принимает ваш привод или ПЛК, и только потом выбираем датчик оборотов.

Сразу разграничим, чтобы вы не искали дважды. Эта страница о том, какой энкодер взять. О том, как потом замкнуть обратную связь в приводе, у нас отдельный материал: работа частотных преобразователей с энкодером. Все цифры ниже взяты из паспортов позиций, которые есть в нашем разделе энкодеров, а не из общих описаний. И ещё одно разграничение: энкодер считает оборот вала. Если мерить нужно линейное расстояние до поверхности, а вала в задаче нет, её закрывает датчик расстояния, а не энкодер.

Что на самом деле различает два типа

Инкрементальный не знает, где он

Инкрементальный энкодер выдаёт импульсы, а положение считает приёмник. Выключили питание: счёт обнулился, и машина обязана снова искать нуль. Возьмём Omron E6B2-CWZ6C, 500 имп./об.: по паспорту серии E6B2-C он даёт фазы A, B и Z, сдвиг между A и B 90°±45° (1/4 T ± 1/8 T), выход NPN с открытым коллектором, питание от 5 В −5% до 24 В +15% с пульсацией до 5%.

Фаза Z — это один импульс на оборот, тот самый нуль. Направление вращения приёмник определяет по порядку A и B, и ничего кроме этих трёх линий на выходе нет. Отсюда простая арифметика: чтобы инкрементальный датчик был полезен, в машине должен быть способ дойти до референта. Нет конечника и нет права на пробное движение, то инкрементальный здесь не подходит, сколько бы импульсов у него ни было.

Абсолютный отдаёт код в каждый момент

Абсолютный энкодер после включения сразу сообщает положение. Sick AFM60A-S4NB018x12 (артикул 1059039) по паспорту имеет 262 144 шага на оборот, то есть 18 бит, и дополнительно считает 4 096 оборотов, то есть 12 бит. Вместе это многооборотный датчик 18 бит × 12 бит. Предел погрешности 0,03°, среднеквадратичное отклонение повторяемости 0,002°.

Посчитайте вместе с нами, потому что здесь большинство делает неверный вывод. 360° разделить на 262 144 шага — это 0,00137° на шаг, около 5 угловых секунд. А предел погрешности в том же паспорте — 0,03°, то есть примерно 22 шага. Разрешение и точность это разные вещи, и 18 бит не означают 18 бит точности. Покупать биты ради точности позиционирования бессмысленно: упираетесь в механику, монтаж и предел погрешности датчика намного раньше.

Второй полезный момент — 4 096 оборотов. Если энкодер сидит на ходовом винте с шагом 5 мм на оборот, это 20,48 м абсолютного хода без всякого дооснащения. Для большинства порталов и подъёмников этого с головой, а значит батарейка с памятью оборотов в схеме не нужна.

Короткое сравнение

Интерфейс важнее разрешения

Интерфейс выбирает не вы, а приёмник. Посмотрите в паспорт привода или модуля: там прямо написано, какие энкодеры он оценивает. Если ваш вход понимает только HTL, то абсолютный датчик с EnDat не заведётся, и никакие биты не помогут.

Здесь стоит сказать прямо, потому что нас об этом спрашивают каждую неделю. Позиции Siemens 6SL3055-0AA00-*, которые лежат в разделе Siemens, — это не энкодеры. По паспортам это Sensor Modules для SINAMICS: модули, которые оценивают сигнал внешнего датчика и отдают его в привод через DRIVE-CLiQ. Вала у них нет, считать обороты самостоятельно они не умеют. Покупать их вместо энкодера не надо, а вместе с энкодером это часто именно то, что нужно. Чтобы не читать таблицу наугад, короткий мостик от сигнала к артикулу: резольвер это 5AA3, sin/cos 1 Vpp или EnDat это 5BA3, TTL или HTL это 5CA2.

Два практических вывода из этой таблицы. Первый: HTL в биполярном исполнении тянет 300 м против 100 м у TTL, то есть на длинной трассе тип сигнала решает больше, чем марка датчика. Второй: в модулях IP67 линия до самой измерительной системы ограничена тремя метрами, а предельно тридцатью: модуль ставят рядом с двигателем, а не в шкаф, и это надо закладывать в компоновку, пока шкаф ещё на бумаге.

О серво отдельно. Там обратная связь приходит вместе с двигателем: резольвер или абсолютный датчик уже стоит на валу, и покупают не энкодер, а усилитель и интерфейс под него. Если ваша задача именно с этой стороны, смотрите серводвигатели и сервоусилители: подбор там идёт от пары «двигатель плюс драйвер», и эта страница вам мало поможет.

Не уверены, какой сигнал принимает ваш вход? Пришлите модель привода и партномер карты расширения, и мы сверим с паспортами сами. Наши контакты на странице связи с нами.

Сколько импульсов на оборот реально нужно

Разрешение ограничено не желанием, а предельной частотой выхода. Паспорт E6B2-C даёт формулу прямо: максимальная электрическая скорость в об/мин равна предельной частоте, делённой на разрешение, умноженной на 60. Подставим реальные цифры.

1. 500 имп./об., выход NPN (E6B2-CWZ6C). Предельная частота 100 кГц. 100 000 / 500 × 60 = 12 000 об/мин. Но механический предел серии — 6 000 об/мин, поэтому узкое место здесь подшипник, а не электроника.
2. 1 024 имп./об., выход NPN. 100 000 / 1 024 × 60 ≈ 5 859 об/мин. Уже ниже механических 6 000, так что электроника стала пределом.
3. 2 000 имп./об., выход NPN. 100 000 / 2 000 × 60 = 3 000 об/мин. Половина паспортной механической скорости потеряна ради разрешения.
4. 1 000 имп./об., выход PNP (исполнение E6B2-CWZ5B). У PNP предельная частота по паспорту 50 кГц, а не 100. 50 000 / 1 000 × 60 = 3 000 об/мин. Тот же корпус, то же разрешение, а потолок скорости вдвое ниже, и только из-за типа выхода.

Четвёртый пункт и есть та ловушка, из-за которой чаще всего берут «не тот» датчик. Выбор между NPN и PNP выглядит как вопрос проводки, а на самом деле он здесь ещё и режет скорость вдвое. О самой логике входов мы подробно писали в материале о переключении NPN и PNP в частотном преобразователе, а схемы подключения к контроллеру разобраны в подключении датчиков к ПЛК.

Ориентир, которым мы пользуемся сами: для регулирования скорости насоса или вентилятора 100–500 имп./об. закрывают задачу с запасом. Для позиционирования портала берите абсолютный и смотрите не на биты, а на предел погрешности. Для намотки и резки по длине считайте импульсы на миллиметр хода, а не на оборот: там цифра выводится из диаметра ролика, и она почти никогда не совпадает с каталожной.

Пример расчёта, цифры условные. Ролик диаметром 100 мм даёт окружность 3,1416 × 100 = 314,16 мм за один оборот. Энкодер на 1 000 имп./об. на этом ролике выдаёт 1 000 / 314,16 ≈ 3,18 импульса на миллиметр, то есть шаг отсчёта 0,31 мм. Нужен шаг 0,1 мм, значит нужно около 3 142 имп./об. или ролик меньше. Подставляйте свой диаметр и сразу проверяйте потолок скорости той же паспортной формулой: на 3 142 имп./об. и 100 кГц выходит примерно 1 910 об/мин, и это уже может не влезть в вашу линейную скорость.

Энкодер и частотный преобразователь: где граница применения

Частотник принимает энкодер не всегда, и это первое, что надо проверить. Большинство приводов с векторным управлением по замкнутому контуру работает с инкрементальными TTL или HTL через дополнительную карту, и именно этот инкрементальный вход TTL/HTL сигнал EnDat или SSI не оценивает: для абсолютного датчика с таким интерфейсом нужен отдельный модуль оценки. В системах SINAMICS эту роль и выполняют модули из таблицы выше: 6SL3055-0AA00-5CA2 оценивает TTL/HTL и SSI, 6SL3055-0AA00-5BA3 — sin/cos 1 Vpp и EnDat 2.1.

Что даёт замкнутый контур и когда он вообще нужен приводу, мы расписали в отдельной статье о работе частотных преобразователей с энкодером. Если привод у вас Veichi AC300 или AC310, этот вход добавляет плата энкодера AC300-PG1: инкрементальный ABZ на 5 В под замкнутое векторное управление, в серии есть и исполнение на 12 В. Для другой серии привода пришлите модель, и мы скажем, существует ли под неё такая карта.

Семь ошибок подбора, которые мы видим чаще всего

• Инкрементальный там, где нет права на поиск нуля. Лифт, поворотный стол с ограниченным ходом, ось под грузом. После исчезновения питания машине некуда двигаться, чтобы найти референт. Здесь нужен абсолютный, и это не вопрос бюджета.
• Переплата за биты. 18 бит при пределе погрешности 0,03° — это примерно 22 шага погрешности. Разрешение выше точности полезно для плавности регулирования, а не для точности позиции.
• Перепутанные NPN и PNP. У E6B2-CWZ6C выход NPN с открытым коллектором: ток стока до 35 мА при напряжении на выходе до 30 В, остаточное напряжение до 0,4 В при тех же 35 мА. В исполнении CWZ5B всё наоборот — PNP, ток источника до 35 мА. Вход ПЛК под противоположную логику считать не будет.
• Монтаж жёстко на вал, без муфты. Паспорт E6B2-C даёт предельную радиальную нагрузку 30 Н и осевую 20 Н, пусковой момент до 0,98 мН·м. У AFM60A запас больше: 80 Н радиально и 40 Н осево, ресурс подшипника 3 × 10⁹ оборотов, но и он не терпит перекоса. Муфта E69-C06B в комплекте с E6B2 поставляется именно для этого.
• IP не под среду. E6B2-C имеет IP50 по IEC 60529. Это не мойка и не улица. AFM60A даёт IP65 со стороны вала и IP67 со стороны корпуса, причём паспорт прямо уточняет: с подсоединённым разъёмом. Без него защиты нет.
• Забытый пусковой ток. При включении E6B2-C потребляет бросок около 9 А в течение примерно 0,3 мс. На общей шине 24 В с несколькими датчиками это реальная причина просадок и ложных срабатываний соседних каналов. Такую же логику мы разбирали на индуктивных датчиках в статье о проверке датчика приближения мультиметром.
• Температура по нижнему пределу. E6B2-C работает от −10 °C, AFM60A от −40 °C. И ещё одна деталь из паспорта AFM60A: рабочие 9 000 об/мин паспорт подаёт вместе с указанием закладывать саморазогрев 3,3 K на каждые 1 000 об/мин, когда считаете рабочий диапазон температур. Для неотапливаемого склада или наружной установки это и есть тот параметр, который решает, а не разрешение.

Что из энкодеров есть у нас

В разделе девять позиций. Инкрементальные Omron для общих задач, абсолютный Sick с PROFINET для позиционирования и модули оценки Siemens под SINAMICS.

Кроме этих семи в разделе есть ещё две позиции, по которым мы сознательно не приводим цифр, потому что официального паспорта именно на эти партномера на момент подготовки материала у нас на руках нет: Omron E6C2-CWZ5B и Sick DFS60B-S4AA05000 (в классификации самого Sick это семейство инкрементальных энкодеров). Параметры по ним уточняем перед заказом, а не берём из описания в каталоге. Напишите нам: пришлём паспорт и подтвердим разрешение до оплаты.

Смежные материалы, если задача окажется не об оборотах: индуктивные датчики для контроля наличия и позиции без вращения, и общий каталог датчиков. Отдельные срезы по брендам: Sick и Omron.

Часто задаваемые вопросы

Можно ли заменить абсолютный энкодер инкрементальным?

Только если машина может безопасно дойти до референтной точки после каждого включения. Инкрементальный не хранит положение: он считает импульсы с момента подачи питания. Если поиск нуля невозможен или опасен, замена не работает, и дополнительные импульсы здесь ничего не меняют.

Сколько импульсов на оборот нужно для насоса или вентилятора?

Для регулирования скорости обычно достаточно 100–500 имп./об. Проверьте потолок скорости по формуле из паспорта: предельная частота делённая на разрешение и умноженная на 60. Для E6B2-CWZ6C с 500 имп./об. выходит 12 000 об/мин электрически, то есть ограничивает механика — 6 000 об/мин.

Чем отличается одно- от многооборотного абсолютного энкодера?

Однооборотный знает угол в пределах одного оборота и после полного круга начинает заново. Многооборотный дополнительно считает сами обороты. У Sick AFM60A-S4NB018x12 это 18 бит на оборот плюс 12 бит оборотов, то есть 4 096 оборотов абсолютного хода.

Подключается ли энкодер напрямую к частотному преобразователю?

Зависит от входа привода. Входы под замкнутый контур в частотниках обычно принимают инкрементальные TTL или HTL, и то через дополнительную карту. Для EnDat, SSI или резольвера нужен модуль оценки: в SINAMICS это позиции 6SL3055-0AA00-5BA3, 5CA2 и далее по таблице выше.

NPN или PNP: что брать?

То, что понимает ваш вход. В серии E6B2-C исполнение CWZ6C даёт NPN с открытым коллектором и предельную частоту 100 кГц, исполнение CWZ5B — PNP и 50 кГц. То есть тип выхода здесь влияет не только на проводку, но и на потолок скорости, и смена полярности «на месте» резистором проблему не решает.

С чего начать подбор

Ответьте на один вопрос: может ли машина после включения безопасно найти нуль. «Да» — берите инкрементальный и считайте скорость по формуле из паспорта. «Нет» — абсолютный, и смотрите предел погрешности, а не биты. Потом проверяйте, что принимает ваш привод, и только в конце — разрешение.

Все девять позиций собраны в разделе энкодеров. Если не уверены насчёт интерфейса вашего привода, пришлите модель привода и партномер карты расширения, и мы сверим с паспортами сами. Наши контакты на странице связи с нами.