Động Cơ Encorder: Cấu Tạo, Nguyên Lý Làm Việc Và Ứng Dụng Phổ Biến

Bạn có bao giờ tò mò về cách robot có thể di chuyển chính xác đến từng milimet, hay máy móc tự động có thể vận hành trơn tru như một cỗ máy hoàn hảo? Bí mật nằm ở Động Cơ Encoder - một "bộ não" thầm lặng nhưng vô cùng quan trọng trong thế giới tự động hóa.

Động Cơ Encoder, hay còn gọi là Cảm biến vị trí hoặc Cảm biến tốc độ, đóng vai trò như Đĩa mã hóa thu nhỏ, phát ra các Bộ phát xung để cung cấp thông tin về vị trí và tốc độ của trục quay cho Hệ thống điều khiển chuyển động. Nhờ những dữ liệu chính xác này, hệ thống có thể điều khiển chuyển động của động cơ một cách hiệu quả và chính xác, giúp robot thực hiện các thao tác phức tạp hay máy móc vận hành trơn tru theo yêu cầu.

Hãy tưởng tượng Động Cơ Encoder như một người dẫn đường thầm lặng, luôn dõi theo và cung cấp thông tin chính xác cho hệ thống điều khiển. Nhờ có "người dẫn đường" này, thế giới tự động hóa mới có thể vận hành một cách hoàn hảo, đưa con người đến với những tiện ích và công nghệ tiên tiến nhất.

Hãy cùng bắt đầu hành trình khám phá Động Cơ Encoder - chìa khóa mở cánh cửa tự động hóa!

1. Động cơ encoder là gì?

Động cơ Encoder (motor encoder, tiếng Anh là Rotary Encoder) là tên của 1 loại động cơ có phần con quay được tích hợp trong 1 hệ thống tự động nhằm mục đích tạo tín hiệu xung trong hoạt động điều khiển động cơ hoặc các máy móc, thiết bị vận hành trong quá trình sản xuất.

Động cơ Encoder (motor encoder, tiếng Anh là Rotary Encoder) dùng trong sản xuất

Thông thường, người ta hay gọi là Quadrature Encoder, Linear Encoder, Rotary Encoder,... hoặc có thể gọi tắt là encoder. Mặc dù có khá nhiều tên gọi nhưng mục đích chủ yếu của các dòng encoder chính là thực hiện mã hóa số vòng quay nhằm mục đích tạo tín hiệu xung có dạng vuông ở trong quá trình điều khiển động cơ.

Dựa trên sơ đồ tín hiệu có dạng nhị phân thì tất cả các dòng encoder đều có thể hỗ trợ hoán đổi được các vị trí góc hoặc các vị trí thẳng căn cứ theo yêu cầu người sử dụng có mong muốn dịch chuyển đến vị trí điều khiển như thế nào.

2. Cấu tạo của động cơ DC encoder

Các dòng động cơ DC ecoder thường có cấu tạo khá đơn giản, bao gồm 1 thanh đĩa inox tròn được gắn vào 1 cái trục quay, trong đó:

• Có 2 cái đèn led ở dưới dạng thu và phát,
• Lớp boar mạch giúp bạn phân tích và xử lý dữ liệu.

3. Nguyên lý làm việc của động cơ có encoder

Encoder hoạt động tuân theo nguyên lý đó là khi ta cung cấp nguồn cho nó và khi tất cả các trục quay đều hoạt động. Đồng thời, động cơ còn tạo cho đĩa tròn được xoay vòng khi bạn đã xoay kéo theo chiếc đèn led sáng. 

Tất nhiên, ở trên đĩa tròn xoay còn có 1 cái lỗ và các lỗ này cũng được xen kẽ nhau. Dựa vào đó, hệ thống xử lý vi boar mạch sẽ đếm tất cả các lượt quay bằng cách đèn xuyên qua lỗ, hoặc có thể không xuyên qua bằng 1 con bắt tích hợp ở trong đó truyền báo về. 

Cũng chính vì vậy, các xung vuông của động cơ được tạo ra và bạn có thể đếm được thông qua độ cắt của ánh sáng từ chiếc đèn led thông qua các lỗ hổng trên.

Encoder tạo ra tín hiệu xung căn cứ vào số lần ánh sáng đèn led cắt dĩa inox

Chắc chắn, trong khi đó tín hiệu xung vuông đang có khả năng tăng giảm theo yêu cầu. Bên cạnh đó, nếu nó ở gần các động cơ lớn hoặc bộ phận biến tần sẽ gây ra tín hiệu làm nhiễu xung, do đó gây ra tình trạng mất độ chính xác cho động cơ encoder trong khi hoạt động.

Do đó, động cơ encoder có nhiệm vụ quan trọng là tạo các điểm xung vuông trên đồ thị sao cho chúng lệch nhau 1 góc 90 độ. Từ 2 tín hiệu lệch góc đó, các bạn sẽ xác định được hướng quay cũng như vị trí quay của con motor servo.

4. Ứng dụng của động cơ giảm tốc encoder

Ví dụ về lĩnh vực thi công cắt tỉa: động cơ encoder có nhiệm vụ xác định chính xác vị trí cắt và tạo góc cắt gần như chính xác tuyệt đối 100%. Chính vì thế, việc khoan lỗ hay cắt sắt thép, uốn xong các loại dây thép được chuẩn xác hơn là nhờ sự hiệu chỉnh từ động cơ này. 

Bên cạnh đó, động cơ encoder còn phụ thuộc vào sự hiệu chỉnh từ con biến trở ở dạng xi lanh. Mà muốn tiến hành hiệu chỉnh được biến trở sao cho chính xác thì bạn phải chuyển đổi biến trở ra giá trị 4-20mA để đưa về dạng PLC lập trình.

Ứng dụng của động cơ encoder trong dây chuyền sản xuất thiết bị

Trong các cần cẩu sắp xếp hàng hóa tại các siêu thị lớn giống như metro cũng có sự góp mặt của động cơ encoder nhằm mục đích xác định vị trí cần đặt lô hàng để cho con máy cẩu xúc được hàng chuyển lên vị trí đó.

Tuy nhiên, để tạo được độ chuẩn xác cao, bên cạnh sự linh hoạt của các động cơ encoder có trong các con servo motor thì chúng còn phải căn cứ vào kinh nghiệm và sự khéo léo của chính người sử dụng để xác định.

Bên trong các dây chuyền công nghệ sản xuất bánh kẹo: Gần như 100% các loại bánh kẹo có cùng 1 loại có kích thước cũng như kiểu dáng hoàn toàn giống nhau. Có được điều này cũng chính nhờ vào công dụng của động cơ encoder trong các motor servo.

5. Các loại motor encoder đang phổ biến nhất hiện nay

Xét về phân loại động cơ dựa vào các ứng dụng cụ thể thì dòng động cơ encoder được sản xuất ra hiện nay khá nhiều. Ví dụ như:

• Động cơ encoder xoay vận hành dựa trên sự điều chỉnh chiếc núm vặn của nó.
• Động cơ encoder thẳng thường hoạt động chạy trên 1 thanh trượt dài và thẳng hay thường sử dụng trong các loại máy in, máy photocopy,...
• Động cơ encoder từ trường vận hành dựa trên từ trường của chiếc nam châm vĩnh cửu nhờ vào việc làm xoay chuyển nó.

Xét về phân loại dựa vào chức năng và tốc độ của động cơ, ta có 2 loại encoder:

• Encoder hoạt động dựa trên hệ thống mã hóa nhị phân 0-1 đã được mặc định sẵn.
• Encoder hoạt động theo chu kỳ hoặc thực hiện đẩy nhanh tín độ theo tín hiệu của các xung phát ra. Chu kỳ cũng có thể giảm dần tùy theo tiến độ và mong muốn của người dùng.

Tổng hợp tất cả các loại động cơ Rotary encoder

6. Cách xác định sự thay đổi của động cơ DC encoder

Điểm chung của các dòng động cơ encoder chính là phục vụ được việc mã hóa dạng 0 và 1. Mã hóa này thường theo 2 kiểu là (A , B) hoặc (A, B, Z).

Bên cạnh đó, Z chính là đơn vị chuẩn tính riêng cho 1 chu kỳ quay vòng của động cơ encoder. Để xác định được chính xác hướng di chuyển của thiết bị đóng cắt thì chúng ta phải nắm rõ được 2 điểm, đó là A và B, đồng thời biết được sự thay đổi trong trạng thái của điểm A, B

Từ 2 điểm A: 0/ B: 1, chúng ta có hệ dạng nhị phân thể hiện rõ rệt sự thay đổi trạng thái của 2 điểm A và B ở trong cùng 1 chu kỳ, đó là: 00 (AA), 01 (AB), 11 (BB ), 10 (BA),... Và nếu như chúng ta không nắm bắt được kỹ lưỡng phần lý thuyết này thì chắc chắn sẽ không thể nào lý giải được bài toán kinh doanh mà doanh nghiệp hay nhà máy đề ra

a) Xác định encoder thay đổi

Chúng ta chỉ cần xác định được chính xác được tần số xung thực tế của 1 con encoder. Có nghĩa là bạn phải xác định được sự thay đổi cụ thể của nó. Giả sử, 1 con encoder có tần số xung khoảng tầm 150 ppr thì ngay lập tức, chúng ta có thể quy đổi được 600 thay đổi của 2 bit là A và B

Dưới đây là sơ đồ thể hiện 3 cách thay đổi động cơ encoder:

Sơ đồ thể hiện 3 cách thay đổi động cơ encoder

Cách xác định tín hiệu xung vuông ở trên động cơ encoder như sau:

• Phương pháp 1: Xác định trạng thái và tốc độ của số vòng quay của động cơ encoder thể hiện sự tăng giảm trong 1 chu kỳ. Với cách này, chúng ta có thể dự toán được số lần thay đổi của 1 động cơ encoder nhất định. Sau đó, bạn chỉ cần nhân 2 lên vì nó đã có 2 dạng: Vòng quay thuận cùng với vòng quay ngược. Với phương pháp này, chúng ta dễ dàng lọc được 150 vị trí thay đổi của điểm A hoặc điểm B như trong ví dụ trên.
• Phương pháp 2: Với phương pháp này, chúng ta sẽ theo dõi 2 kênh là A/ B cùng 1 lúc theo phương pháp tăng giảm như trên. Kết quả thu được từ phương pháp này chính là 600 vị trí A/B thay đổi hoàn toàn trong 1 chu kỳ hoàn thiện.

b) Cách đưa tín hiệu xung về PLC

Để giúp cho các bộ lập trình của PLC đọc được tín hiệu mà động cơ truyền về từ các loại encoder, bắt buộc bạn phải sử dụng 1 thiết bị trung gian. Mục đích chính là nhận tín hiệu xung vuông từ động cơ encoder rồi tiến hành chuyển đổi thành tín hiệu analog để có thể đưa về chế độ PLC lập trình hiệu chuẩn.

Bộ chuyển đổi tín hiệu xung từ động cơ encoder ra 4-20MA Seneca Italy

7. Điều khiển tốc độ động cơ Encoder bằng Module l298

Module điều khiển của động cơ L298 (còn gọi là mạch cầu H L298) là một trong những module hữu ích, thường được phổ biến với chức năng rất thông dụng và giá thành lại cực kỳ rẻ. Đây cũng chính là lựa chọn hàng đầu của các bạn học sinh, sinh viên để làm mô hình.  

Mạch này có thể giúp bạn điều khiển được tới 2 động cơ, do đó được ứng dụng rất nhiều vào trong các đề tài, chẳng hạn như: điều khiển cánh tay robot, Arduino trong điều khiển động cơ, cách điều khiển các loại xe robot, sử dụng mô đun điều khiển động cơ,…

Sơ đồ điều khiển tốc độ động cơ thông qua chân module L298

Trong đó:

• Động cơ 12V power, 5V power chính là 2 chân cấp nguồn chạy trực tiếp đến động cơ. Power GND còn gọi là chân GND giúp cung cấp nguồn cho động cơ. Còn 2 Jump A enable và B enable thường được dùng cho phép động cơ có thể chạy hoặc dừng.
• IN1, IN2, IN3, IN4 chính là 4 chân input có chức năng nhận tín hiệu từ hệ thống vi điều khiển hoặc từ Arduino để có thể điều khiển được động cơ.
• Output A sẽ được nối vào động cơ A, nhưng bạn cần chú ý chân +, để nối cho đúng, nếu nối ngược thì khi đó động cơ sẽ phải chạy ngược. Trường hợp bạn nối động cơ bước và động cơ encoder thì hãy nhớ đấu nối các pha sao cho phù hợp.

8. So Sánh và Phân Biệt Các Loại Encoder

Công nghệ encoder đang phát triển nhanh chóng, với xu hướng chính là tăng độ chính xác và giảm kích thước. Các công nghệ mới như encoder từ trường sử dụng nam châm để tạo ra tín hiệu, không chỉ giảm thiểu sự cần thiết của các bộ phận cơ khí mà còn tăng cường độ bền trong môi trường làm việc khắc nghiệt.

Các loại encoder phổ biến bao gồm encoder quay (rotary encoder) và encoder tuyến tính (linear encoder). Rotary encoder được sử dụng để mã hóa vị trí góc của trục quay, thích hợp cho các ứng dụng đo vòng quay. Trong khi đó, linear encoder dùng để mã hóa vị trí dọc theo một đường thẳng, hữu ích cho việc đo chuyển động tuyến tính.

Đây là bài viết tiếng Việt về động cơ encoder dựa trên cấu trúc đã cung cấp:

9. Hướng Dẫn Chọn Động Cơ Encoder

Khi chọn động cơ encoder, cần xem xét độ phân giải, tốc độ quay tối đa và khả năng tương thích với hệ thống điều khiển. Độ phân giải càng cao thì độ chính xác đo đạc càng tốt, nhưng đồng thời cũng đòi hỏi hệ thống xử lý tín hiệu mạnh mẽ và phức tạp hơn.

Tốc độ quay tối đa cần phù hợp với tốc độ hoạt động của hệ thống. Động cơ encoder cũng cần tương thích được với giao thức truyền thông và chuẩn giao diện của hệ thống điều khiển để đảm bảo hoạt động ổn định.

10. Thách thức và giải pháp khi sử dụng encoder

Một thách thức lớn khi sử dụng encoder là nhiễu tín hiệu, đặc biệt khi hoạt động gần các thiết bị phát ra từ trường mạnh. Để khắc phục, có thể sử dụng cáp có khả năng chống nhiễu và bộ lọc tín hiệu để giảm thiểu tác động của nhiễu đến encoder.

Ngoài ra, nên đảm bảo nguồn điện ổn định, tránh dao động và gián đoạn để encoder hoạt động liên tục và chính xác.

11. Ứng dụng thực tế

Trong công nghiệp, encoder được ứng dụng rộng rãi để đo vị trí và điều khiển chính xác chuyển động của cánh tay robot trong các hệ thống sản xuất và lắp ráp tự động. Điều này đòi hỏi độ chính xác cực cao từ encoder để đảm bảo quá trình diễn ra trơn tru, liên tục.

12. Tích hợp với hệ thống điều khiển

Để tích hợp encoder vào hệ thống điều khiển như PLC hay máy tính công nghiệp, cần nghiên cứu kỹ giao thức truyền thông và chuẩn giao diện mà hệ thống hỗ trợ để lựa chọn encoder phù hợp.

Sau khi lắp đặt, cần kiểm tra tín hiệu, cài đặt thông số và hiệu chỉnh encoder để đảm bảo hoạt động tương thích, ổn định với hệ thống điều khiển.

13. Bảo trì và khắc phục sự cố

Bảo trì encoder định kỳ bằng cách vệ sinh bụi bẩn, kiểm tra kết nối dây cáp giúp kéo dài tuổi thọ hoạt động. Khi encoder gặp sự cố, cần kiểm tra tín hiệu đầu ra, nguồn điện trước khi sử dụng thiết bị chẩn đoán chuyên dụng để tìm nguyên nhân.

14. Quy định và tiêu chuẩn an toàn

Khi lắp đặt encoder trong các ứng dụng công nghiệp, cần tuân thủ các tiêu chuẩn ISO, IEC để đảm bảo an toàn và tối ưu hóa hiệu suất hệ thống. Các khía cạnh về nhiệt độ, độ rung, khả năng chống nước cũng cần được xem xét kỹ lưỡng.

Kết luận:

Động cơ encoder là một phần không thể thiếu trong thế giới tự động hóa công nghiệp hiện đại. Chúng giúp tăng cường độ chính xác và hiệu quả của các hệ thống máy móc thông qua việc cung cấp thông tin vị trí và tốc độ chính xác. Sự đa dạng về loại hình và công nghệ encoder mở ra nhiều khả năng ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau, từ sản xuất, robot đến y tế và nghiên cứu khoa học.

Tuy nhiên, việc lựa chọn và sử dụng động cơ encoder đúng cách đòi hỏi kiến thức chuyên môn và sự hiểu biết sâu sắc về nhu cầu cụ thể của hệ thống. Bên cạnh đó, việc bảo trì định kỳ và tuân thủ các quy định an toàn là yếu tố quan trọng giúp tối đa hóa tuổi thọ và hiệu suất của thiết bị.

Hy vọng rằng, với những thông tin và kiến thức được cung cấp trong bài viết, bạn sẽ có cái nhìn toàn diện hơn về động cơ encoder và cách thức chúng góp phần vào sự phát triển của công nghệ tự động hóa. Dù bạn là một nhà thiết kế hệ thống, kỹ sư điều khiển, hay chỉ đơn giản là người yêu thích công nghệ, việc hiểu biết về động cơ encoder sẽ mở ra những cánh cửa mới trong việc khám phá và ứng dụng công nghệ vào cuộc sống.

Nội Dung Có Thể Bạn Quan Tâm:

• Các Loại Bộ Điều Chỉnh Tốc Độ Động Cơ DC Và AC Phổ Biến
• Motor Giảm Tốc Điều Chỉnh Tốc Độ - Điều Tốc Cơ
• Hướng Dẫn Tải Chi Tiết Các Phần Mềm Vẽ Hộp Giảm Tốc Inventor, Autocad, Mastercam, Nx
• Bộ Điều Chỉnh Tốc Độ Motor: Cấu Tạo, Ứng Dụng, Thông Số Kỹ Thuật Và Cách Lựa chọn
• Hướng Dẫn Quy Trình Bảo Dưỡng Định Kỳ Hộp Giảm Tốc - Motor Giảm Tốc - Động Cơ Giảm Tốc
• Hộp Giảm Tốc Băng Tải: Cấu Tạo, Ứng Dụng, Thông Số Kỹ Thuật Và Cách Lựa chọn
• Giá Motor Giảm Tốc 3 Pha - Giá Động Cơ Giảm Tốc 3 Pha
• Hướng Dẫn Các Bước Tháo Lắp Hộp Giảm Tốc
• Tìm Hiểu Về Động Cơ Băng Tải Và Hướng Dẫn Lựa Chọn Theo Công Suất Phù Hợp