Enkoder Çıkış Tipleri: A/B/Z, TTL, HTL, Diferansiyel ve Seri Arayüzler

Enkoder çıkış tipi, ölçülen konum veya hareket bilgisinin kontrol cihazına nasıl iletildiğini belirtir. Ancak A/B/Z, TTL, push-pull ve EnDat aynı sınıflandırmanın seçenekleri değildir: biri kanal düzenini, biri elektriksel seviyeyi, biri çıkış devresini, diğeri haberleşme protokolünü tanımlar. Aynı enkoder bu özelliklerden birkaçını birlikte taşıyabilir. ^[1,2,9]

Örneğin “artırımlı, A/B/Z, 5 V TTL/RS-422” geçerli bir arayüz tanımıdır. Optik veya manyetik ölçüm prensibi ise başka bir özelliktir. Algılama yönteminden çıkış gerilimi, soket biçiminden de protokol uyumu çıkarılamaz. ^[2,5]

A, B ve Z kanalları ne anlatır?

Artırımlı enkoderde A ve B kanalları, ideal olarak 90 elektriksel derece, yani bir sinyal periyodunun dörtte biri kadar kaymıştır. Hangi kanalın önce değiştiği dönüş yönünü belirlemeye yardımcı olur. Bu açı, milin mutlaka 90 mekanik derece dönmesi anlamına gelmez. Tek kanalla darbe sayılabilir; fakat yalnız o kanaldan iki yönü ayırmak mümkün değildir. ^[3]

Z, index veya referans kanalı, bu çıkışa sahip yaygın döner enkoderlerde tur başına bir referans darbesi verir. Darbe genişliği ve A/B ile ilişkisi modele göre değişir; her enkoderde Z bulunmaz. Lineer enkoderlerde referans işaretleri farklı düzenlenebilir. Z darbesi, sayıcının kendiliğinden sıfırlandığı anlamına gelmez; bunu kontrolörün ayarı belirler. ^[1,3,5]

Üç sinyal görünümünü karşılaştırın

Aşağıdaki modelde A kanalında tur başına dört periyot gösterilir. Diferansiyel görünüm aynı bilginin ters hatlarını açar. Resolver görünümü ise uyarma taşıyıcısının açıya bağlı genliğini gösterir. Hız, Z genişliği ve taşıyıcı çizimi eğitim içindir; bir ürünün osiloskop kaydı değildir. Durdurulan gösterim, “Baştan oynat” ile başlangıçtan çalışır.

Açık kolektör, gerilim çıkışı ve push-pull

NPN açık kolektör: Transistör iletimdeyken çıkışı düşük seviyeye çeker; kesimdeyken yüksek seviyeyi uygun bir pull-up oluşturur. Bu direnç giriş cihazında bulunabilir veya dışarıdan gerekebilir. Direnç, gerilim ve yük akımı üretici sınırlarına göre seçilir; enkoder beslemesinden farklı bir gerilim kullanmak her modelde serbest değildir. ^[1,2]

Gerilim çıkışı: Bazı kataloglarda dahili pull-up bulunan çıkış devresini anlatır. Bu ifade tek başına 0–10 V analog ölçüm anlamına gelmez. Bağlantı şeması, yüksek/düşük seviye ve yük sınırı incelenmelidir. Tüm enkoderler için geçerli tek bir “10 mA çıkış akımı” kuralı yoktur. ^[1]

Push-pull / totem-pole çıkış, hattı hem yüksek hem düşük seviyeye aktif olarak sürer. Bu, çift yönlü veri haberleşmesi demek değildir. Çıkışın akım kapasitesi, gerilim seviyesi ve giriş uyumu yine kontrol edilmelidir. ^[2]

Diferansiyel çıkış ve RS-422 ne demektir?

Line driver yapısında A+/A−, B+/B− ve varsa Z+/Z− çiftleri bulunabilir. Diferansiyel alıcı her çiftin gerilim farkını değerlendirir. İdeal mantık gösteriminde eksi hat, artı hattın tersidir; A−, B− ve Z− toprak değildir. Bu çiftler fazladan konum kanalları oluşturmaz. ^[2,5]

RS-422 bir konnektör modeli veya pozisyon mesaj formatı değil, elektriksel arayüz standardıdır. Uygun bükümlü çift, alıcı, kablo ve sonlandırma ile gürültüye dayanıklı aktarım sağlanır. Her tamamlayıcı HTL çıkışı, RS-422 girişine doğrudan uyumlu sayılmaz. ^[1,2,5]

TTL ve HTL: besleme ile çıkış seviyesini ayırın

TTL ve HTL ifadeleri enkoder kataloglarında sinyal seviyesi/arayüz sınıfını belirtir. TTL çıkışlar genellikle 5 V sınıfındadır; HTL modellerde daha yüksek, çoğu kez beslemeyle ilişkili seviyeler kullanılır. Bununla birlikte 24 V ile beslenen bir enkoder 5 V TTL çıkış verebilir. Besleme aralığı ile çıkış spesifikasyonu ayrı okunmalıdır. ^[1,5]

24 V sinyali 5 V girişe bağlamak hasar oluşturabilir. Ters yönde, 5 V sinyal de 24 V girişin “1” eşiğine ulaşmayabilir. PLC üzerinde soketin uyması yeterli değildir; giriş tipi, eşikleri ve izin verilen frekans doğrulanmalıdır. ^[1,5]

Analog Sin/Cos, 0–10 V ve 4–20 mA

1 Vpp Sin/Cos, konuma bağlı periyodik analog sinyallerdir; uygun interpolasyon elektroniği ile daha küçük adımlar elde edilebilir. Analog enkoder arayüzü bu nedenle “modası geçmiş” diye elenemez. 1 Vpp, tepeden tepeye genliktir; ±1 V demek değildir. Tam elektriksel tanım ve referans koşulları ürün dokümanından alınır. ^[6]

Bazı mutlak konum cihazları 0–10 V veya 4–20 mA gibi ölçeklenmiş çıkışlar verir. Burada değer, tanımlanan açıya veya ölçüm aralığına karşılık gelir; A/B darbeleri gibi sayılmaz. Sıfır, tam skala, yön ve aralık sonundaki davranış bilinmelidir. Periyodik Sin/Cos ile ölçeklenmiş analog konum çıkışı farklı arayüzlerdir. ^[8]

Resolver neden ayrı değerlendirilir?

Resolver uyarma gerektiren elektromanyetik bir açı dönüştürücüsüdür. İdeal tek kutup çiftli örnekte Vsin = K × sin(θ) × sin(ωt) ve Vcos = K × cos(θ) × sin(ωt) yazılır. θ rotor açısı, ω uyarma açısal frekansı; K ise uyarma genliği ve dönüşüm oranıyla ilişkili katsayıdır. ^[7]

Dolayısıyla ham resolver uçlarında yalnızca milin dönüş hızında iki sinüs görülmez: taşıyıcı genliği açıya göre değişir. Uygun resolver okuyucusu bu işaretlerden açıyı çıkarır. Standart resolverde doğal A/B/Z çıkışı yoktur; sonradan kullanılan dönüştürücü bu tür çıkışlar üretebilir. Resolver ile 1 Vpp Sin/Cos enkoder aynı girişe gelişigüzel bağlanamaz. ^[7]

Mutlak, seri ve endüstriyel ağ çıkışları

Mutlak enkoder çözünürlüğü dahilinde konum değerini kodlar. Paralel çıkışta bitler ayrı hatlardan, seri arayüzde zaman sıralı olarak aktarılır. Binary/Gray kod, bit genişliği, singleturn/multiturn yapısı ve okuyucu desteği kontrol edilmelidir. Seri haberleşme, sıradan hızlı sayıcı girişinde darbe sayarak çözülemez. ^[10,13]

SSI ve BiSS-C senkron seri arayüzlerdir; mesaj yapıları ve tanı olanakları aynı değildir. EnDat ise pozisyon ve desteklenen parametre/tanı verilerini taşıyabilen çift yönlü bir arayüzdür. EnDat 2.2 seri haberleşmesinde CLOCK ve DATA için iki diferansiyel çift kullanılır; besleme bunlara eklenir. Aynı sayıda kablo, aynı protokol anlamına gelmez. ^[9,10]

HIPERFACE ile HIPERFACE DSL birbirinin aynısı değildir: klasik yapı analog ve dijital kanalları birlikte kullanırken DSL tamamen dijitaldir. DRIVE-CLiQ da uyumlu sürücü ve değerlendirme elektroniği gerektiren ayrı bir haberleşme sistemidir. ^[11,12]

CANopen, PROFIBUS/PROFINET, DeviceNet ve EtherCAT gibi ağ arayüzlü enkoderler de bulunur. Kontrolörün ağ desteği ve cihazın ilgili profil/yapılandırma dosyaları gerekir. Bunlar “diferansiyel çıkış” ile aynı sınıflandırma basamağı değildir. ^[13]

Bazı servo motor enkoderlerinde ayrıca U/V/W komütasyon kanalları bulunur. Bunlar motorun elektriksel konumuna bağlı komütasyon bilgisidir; A/B/Z yerine geçen üç hız sinyali değildir. Motor kutup sayısı ve sürücünün geri besleme düzeni ile uyum aranır. ^[15]

Darbe frekansı ve ×4 sayım nasıl hesaplanır?

PPR ve CPR kısaltmalarını üretici tanımıyla okuyun. Bir katalog periyot sayısını, diğeri dört kenar değerlendirmesinden sonraki konum sayısını kastedebilir. Aşağıdaki hesapta N, A kanalının bir mekanik turdaki tam periyot sayısıdır. Hızlı sayıcı için yalnız etiketteki kısaltmayı esas almayın. ^[3,4]

fA = N × rpm / 60. N = 1.000 periyot/tur ve hız 3.000 rpm ise A kanal frekansı 50 kHz olur. A ve B’nin bütün yükselen/düşen kenarlarını değerlendiren ×4 çözümlemede 4.000 sayım/tur ve toplam 200.000 sayım/s elde edilir. A kanalının fiziksel frekansı yine 50 kHz’dir. Tur başına tek Z varsa Z tekrar frekansı 50 Hz olur.

Giriş dokümanındaki sınırın kanal frekansı mı, toplam sayım hızı mı olduğunu kontrol edin. Darbe genişliği ve filtre ayarı da önemlidir. Sayısal adım bu örnekte 360° / 4.000 = 0,09° olur; bu sayı tek başına mekanik doğruluk garantisi değildir. ^[1,16]

Bağlantı ve arıza kontrolünde kritik noktalar

Farklı enkoderlerin A çıkışlarını aynı sayıcı girişinde birleştirmeyin. Açık kolektör devrelerin bazı lojik birleştirmelere izin vermesi, bağımsız hareketlerin doğru sayılacağı anlamına gelmez; darbeler üst üste gelebilir. Push-pull veya line-driver çıkışları doğrudan birbirine bağlamak ayrıca elektriksel çatışma yaratabilir.

Bir enkoderi iki cihaz okuyacaksa çıkış yükü, alıcı girişleri, terminasyon ve hat dallanması birlikte incelenir. Gerektiğinde uygun sinyal dağıtıcı/splitter kullanılır. Yalnız kabloyu ikiye ayırmak, özellikle hızlı veya uzun hatlarda doğru çözüm olmayabilir. ^[14]

Hiç saymıyorsa besleme, pin dizilimi ve elektriksel arayüzden; yüksek hızda kaçırıyorsa frekans, darbe şekli ve giriş filtresinden başlayın. Yön tersse A/B sırasını ve kontrolör yön ayarını inceleyin. Eksi diferansiyel hattı şaseye bağlayarak veya bir sürücüdeki encoder parametresini rastgele değiştirerek teşhis yapmayın. ^[1,2,3]

Servo geri beslemesine müdahaleden önce makineyi güvenli duruma alın. Kontrolsüz hareket riski giderilmeden bağlantı değiştirmeyin. Ürün için belirtilmiş güvenli kullanım ve bağlantı talimatları geçerlidir; yalnız arayüz adı bir güvenlik yeterliliği oluşturmaz.

Teknik kaynaklar

[1] OMRON — Rotary Encoder Terms · [2] Dynapar — Encoder Output Drivers · [3] Dynapar — Quadrature Encoders · [4] US Digital — Resolution Terminology

[5] Baumer — TTL/RS-422 and Supply Specifications · [6] HEIDENHAIN — 1 Vpp Signal Conversion · [7] Analog Devices — Resolver Signals · [8] ATEK — Analog Absolute Encoder Interfaces

[9] HEIDENHAIN — EnDat 2.2 · [10] Novanta — BiSS and SSI · [11] SICK — HIPERFACE and HIPERFACE DSL · [12] Siemens — DRIVE-CLiQ

[13] Hohner — Absolute Encoder Interfaces · [14] Dynapar — Encoder Signal Splitter · [15] US Digital — Commutation Outputs · [16] US Digital — Resolution, Accuracy and Precision