Encoder là gì?
Encoder (bộ mã hóa vị trí) là cảm biến chuyển đổi chuyển động cơ học thành tín hiệu điện dạng xung để hệ thống điều khiển xác định vị trí, tốc độ và hướng quay của motor hoặc cơ cấu truyền động. Encoder là thành phần không thể thiếu trong servo motor, CNC, robot và tất cả hệ thống điều khiển chuyển động yêu cầu độ chính xác.
Encoder incremental (tương đối)
Encoder incremental phát ra chuỗi xung khi trục quay. Mỗi vòng quay phát ra N xung (N = PPR — Pulses Per Revolution). Bộ đếm PLC/servo drive đếm xung tích lũy để tính góc quay tổng.
- Tín hiệu: 2 kênh vuông góc pha A và B (quadrature), lệch nhau 90° — xác định được hướng quay. Kênh Z (index) phát 1 xung mỗi vòng — dùng làm điểm tham chiếu “home”.
- Phân giải: x1 (đếm 1 cạnh) = N xung/vòng; x4 (quadrature decoding) = 4N xung/vòng
- Nhược điểm: sau khi mất điện hoặc khởi động lại, phải tìm điểm home (homing) trước khi biết vị trí tuyệt đối
- PPR thông dụng: 100, 200, 360, 500, 1000, 2500, 5000 PPR
- Ứng dụng: feedback tốc độ biến tần, đo góc quay tương đối, băng tải đếm chiều dài
Encoder 1000 PPR nghĩa là gì?
1000 PPR: mỗi vòng quay 360° phát ra 1000 xung → mỗi xung = 0,36°. Với x4 decoding → 4000 xung/vòng → 0,09°/xung. Encoder gắn trực tiếp trục motor; nếu qua hộp số tỉ số 1:100 thì độ phân giải thực tế = 1000 × 100 = 100.000 xung/vòng đầu ra = 0,0036°.
Encoder absolute (tuyệt đối)
Encoder absolute cho biết vị trí góc tuyệt đối bằng mã số nhị phân hoặc Gray code — không cần đếm xung tích lũy từ điểm gốc. Mỗi vị trí có 1 mã duy nhất.
- Single-turn absolute: mã hóa 1 vòng 360° — ví dụ 12-bit = 4096 vị trí/vòng = 0,088°/vị trí
- Multi-turn absolute: thêm bộ đếm vòng (cơ học hoặc pin backup) — biết vị trí sau nhiều vòng quay và sau mất điện
- Giao tiếp: SSI (Synchronous Serial Interface), EnDat, BiSS-C, Profibus, EtherCAT — truyền mã vị trí qua bus nối tiếp
- Ứng dụng: servo motor cao cấp, robot arm (không cần homing khi bật điện), máy CNC trục C
Nguyên lý phát xung
- Quang học (optical): đĩa có rãnh đục lỗ, LED + photodiode. Phổ biến nhất, độ chính xác cao, chịu nhiệt kém hơn kiểu từ
- Từ tính (magnetic): đĩa từ + Hall IC. Bền hơn trong môi trường bụi, dầu, rung động — dùng trong thiết bị di động, ô tô
- Điện dung (capacitive): ít phổ biến, dùng trong thiết bị y tế
Kết nối encoder với PLC và servo drive
| Loại tín hiệu | Đặc điểm | Ứng dụng |
|---|---|---|
| Open Collector (NPN) | Kéo xuống 0V khi kích, cần pull-up. Tốc độ thấp <100 kHz | PLC thông thường, khoảng cách ngắn |
| Push-Pull (totem pole) | Cấp cả +V và 0V chủ động. Nhanh hơn, noise immunity tốt hơn | PLC hiện đại, khoảng cách trung bình |
| Line Driver (RS-422) | Vi sai (differential) A/A-, B/B-, Z/Z-. Chống nhiễu tốt nhất, tốc độ cao đến 1 MHz | Servo drive, CNC, khoảng cách xa >10m |
| SSI / EnDat / BiSS | Bus nối tiếp, absolute position | Servo cao cấp, robot |
Chọn encoder cho ứng dụng thực tế
- Đo chiều dài băng tải: encoder incremental gắn trên con lăn đo, 1000 PPR, tín hiệu line driver vào module HSC của PLC
- Servo motor biến tần: encoder incremental 2500 PPR gắn sau motor, feedback về biến tần. Tốc độ motor tính: RPM = (f_xung × 60) / PPR
- Robot arm: absolute encoder multi-turn trên mỗi khớp — không cần homing sau mất điện
- CNC trục tuyến tính: linear encoder (không quay) gắn trực tiếp trên bàn trượt — chính xác hơn encoder quay vì loại bỏ backlash hộp số