מתי וכיצד להשתמש באנקודרים רבי-סיבובים

אנקודרים סיבוביים רבי-סיבובים הם חיישנים אלקטרומכניים מדויקים שנועדו למדוד לא רק את המיקום הזוויתי של ציר בתוך סיבוב יחיד (0° עד 360°), אלא גם את המספר המצטבר של סיבובים שלמים. בניגוד לאנקודרים בעלי סיבוב יחיד, אשר מאפסים את היציאה שלהם עם כל סיבוב, אנקודרים רבי-סיבובים מספקים גם את המיקום הזוויתי המוחלט וגם את מספר הסיבובים הכולל, ומאפשרים משוב מיקום מדויק על פני תחומי תנועה מורחבים.

ביישומי בקרת תנועה מתקדמים, מדית זווית הציר עבור מחזור אחד של 360 מעלות אינה מספיקה עבור ניטור מערכת אמין. כאשר תנועה סיבובית מקושרת מכנית לתזוזה ליניארית, גלגלי שיניים או ציוד בקנה מידה גדול, מעקב אחר סך-כל הסיבובים הופך לחיוני. אנקודרים רבי-סיבובים עונים על צורך זה על ידי אספקה רצופה של נתוני מיקום מוחלטים, ומבטיחים סינכרון ובקרה מדויקים במערכות אלקטרו-מכניות מורכבות. מאמר זה ידון בפירוט רב יותר באנקודרים רבי-סיבובים, כולל כיצד הם פועלים, היכן ניתן להשתמש בהם ושיקולי אינטגרציה נוספים.

פונקציונליות ויתרונות של אנקודר רב-סיבובים

למרות שנראה אפשרי לעקוב אחר סיבובי ציר מלאים בתוכנה על ידי ניטור סיבוב של אנקודר בעל סיבוב יחיד מ-359° ל-0°, גישה זו מציגה אתגרי אמינות משמעותיים. דגימות שהוחמצו, הפרעות בהספקת-הכוח, תקלות תקשורת או אפילו רעש הנגרם מרעידות עלולים לבטל את סינכרון ספירת הסיבובים. היפוכים מהירים ליד גבול 0°/360° מבלבלים לעיתים קרובות עוד יותר את לוגיקת גילוי המעבר, מה שמוביל לשגיאות מצטברות. אפילו עם סינון נרחב וכוונון אלגוריתמים, פתרונות מבוססי תוכנה נותרים פגיעים לאובדן דיוק.

אנקודרים אבסולוטיים רבי-סיבובים מתמודדים עם אתגרים אלה ברמת החומרה על ידי שילוב של שתי יכולות קריטיות: רזולוציה זוויתית מדויקת בתוך סיבוב יחיד ומונה סיבובים מובנה למעקב אחר סיבובי ציר שלמים. מדידת הזווית מטופלת בדרך כלל על ידי טכנולוגיות חישה קיבולית, מגנטית או אופטית, בעוד שמונה הסיבובים מתעדכן בסינכרון עם נתוני הזווית. שילוב זה מספק מיקום רב-סיבובי מוחלט אמיתי, ומעניק משוב חסון וללא שגיאות מבלי להסתמך על לוגיקת מעבר חיצונית.

ניתן לממש את מונה המעברים עצמו בכמה דרכים. מקודדים מכניים משתמשים במערכות מבוססות גלגלי שיניים, בעוד שתכנים מגנטיים משתמשים לעתים קרובות באנרגיית פולסים של חוטי Wiegand כדי לרשום סיבובים, ויישומים דיגיטליים מסתמכים על הספקת-כוח חשמל רצופה. האחרון דורש בדרך כלל תכן מערכת קפדני כדי לשמור על רציפות הספקת-הכוח - בדרך כלל באמצעות סוללות גיבוי או אמצעי הגנה בתוכנה - כדי לשמר את ספירת הסיבובים במהלך הפרעות.

כיצד לטפל באנקודרים רבי-סיבובים בעת ההתנעה

אתגר תכנון מרכזי עם אנקודרים רבי-סיבובים הוא ניהול איפוסים בעת ההתנעה, מכיוון שאיבוד ספירת הסיבובים המאוחסנת עלול לפגוע בנתוני מיקום מוחלטים. מספר אסטרטגיות הנדסיות משמשות בדרך כלל כדי לצמצם זאת:

• נקודת ייחוס בית או מתג גבול – עם ההתנעה, המערכת מניעה את המנגנון לנקודת ייחוס מוגדרת-מראש ומאתחלת-מחדש את מיקום האנקודר.
• שמירה על הערך הידוע האחרון – אם קיים בקר מארח או זיכרון לא-נדיף, המערכת יכולה לאחסן את הזווית ומספר הסיבובים האחרונים שנרשמו לפני הכיבוי. לאחר ההתנעה, ערכים אלה מיושמים מחדש, בתנאי שהציר לא זז במהלך זמן ההשבתה.
• נעילת ציר מכנית - בכיבויים מתוכננים או במצבי הספק אולטרה-נמוך, ניתן לנעול פיזית את הציר כדי למנוע תנועה. ערך האנקודר המאוחסן תקף לאחר מכן עם ההפעלה, מה שמאפשר שחזור חלק. שיטה זו היא שימושית במיוחד במערכות ניידות או מוזנות-סוללות.
• אתחול-מחדש ברמת-המערכת – עבור יישומים שבהם איבוד של כמה סיבובים הוא נסבל, המערכת עשויה פשוט לאפס ולכייל מחדש בעת ההתנעה באמצעות חיישנים חיצוניים או מצבי ברירת מחדל בטוחים. זה מפחית את המורכבות אך הוא בר-מימוש רק ביישומי משוב מיקום שאינם קריטיים.

עבור יישומים בהם איבוד ספירת סיבובים במהלך הפסקת הספקת-הכוח אינו קביל, שילוב גיבוי סוללה מציע את אחד הפתרונות האמינים ביותר. במקום להסתמך על שיטות כיול-מחדש חיצוניות או חיישני עזר, גישה זו מבטיחה שהאנקודר יישאר מופעל באופן רציף גם במהלך הפסקות קצרות וממושכות כאחד.

מנקודת מבט של צריכת ההספק, כאן בחירת הטכנולוגיה הופכת לחשובה. אנקודרים קיבוליים, כגון סדרת AMT של Same Sky, פועלים בדרך כלל כ-80 מיליוואט בלבד, מה שהופך אותם ליעילים ביותר עבור תכנים משובצים ומוזני-סוללות. הנצילות שלהם ממזערת את צריכת אחסון האנרגיה לגיבוי, ומאפשרת תמיכה ארוכת טווח ללא קיבולת סוללה חריגה.

לעומת זאת, אנקודרים מגנטיים צורכים בדרך כלל בין 150 ל-500 מיליוואט, בעוד שאנקודרים אופטיים דורשים לעתים קרובות 200 מיליוואט עד יותר מ-1 וואט במערכות ברזולוציה גבוהה או מבוססות LED. יתרון נצילות זה הופך אנקודרים קיבוליים לאופציה אטרקטיבית בסביבות מוגבלות-הספק בהן כל מיליוואט הוא קריטי.

איור 1: צריכת הספק נפוצה על ידי טכנולוגיית אנקודר. (מקור התמונה: Same Sky)

דוגמאות יישומים המשתמשות באנקודרים רבי-סיבובים

הנה כמה תרחישים נפוצים בעולם האמיתי שבהם משוב חד-סיבובי פשוט אינו מספיק, ויש צורך באנקודרים רבי-סיבובים:

• הינע עם הילוכים או רצועות מופחתים – כאשר מנוע משלים מספר סיבובים עבור כל סיבוב של ציר יציאה (למשל, יחס של 10:1), עקיבת הזווית הסופית בלבד אינה מספקת. המערכת חייבת להתחשב בכל סיבובי הביניים כדי לשמור על דיוק המיקום.
• בורג כדוריות (Ballscrew‏) ובורג מוביל (Leadscrew‏) - כל סיבוב ציר מתאים למרחק ליניארי קבוע. סיבובים חסרים מתורגמים ישירות לשגיאות מיקום ליניאריות, מה שהופך מעקב אחר מספר סיבובים לחיוני עבור מיקום מדויק.
• מנגנוני Rack and Pinion‏ - מהלך ליניארי רצוף נוצר מכניסה סיבובית. מנגנוני Rack and Pinion‏ - מהלך ליניארי רצוף נוצר מכניסה סיבובית.
• צירים סיבוביים ברובוטיקה ואוטומציה - מפרקים, צריחים ופלטפורמות מסתובבות עוברים לעתים יותר מסיבוב אחד. ללא משוב רב-סיבובי, המערכות מסתכנות בשגיאות תנועה ואפילו בהתנגשויות במהלך הפעולה.

מנקודת מבט כללית, מערכת בקרת תנועה עשויה להפיק תועלת מאנקודר רב-סיבובי אם היישום עומד בדרישות הבאות:

• עקיבת מיקום מורחבת - מערכות שחייבות לנטר תנועת ציר מעבר ל-360°.
• המרת סיבוב-לליניארי - הנעות מנגנון שבהן כל סיבוב מתאים לתנועה ליניארית מדויקת.
• יחסי העברה גבוהים - מערכות הינע באמצעות הילוכים או רצועה שבהן סיבובי המנוע עולים בהרבה על תנועת ציר היציאה.
• דיוק אבסולוטי עם סינון מינימלי - יישומים שאינם יכולים לסבול שגיאות מצטברות מגילוי Rollover תוכנה.
• לוגיקת התנעה יעילה - תכנים הנהנים מאתחול פשוט ואמין יותר לאחר ההתנעה.

משפחת האנקודרים האבסולוטיים AMT‏ של Same Sky כוללת דגמים קומפקטיים רבי-סיבובים עם ממשקים דיגיטליים SPI ו-RS-485. הם תוכננו עבור מערכות תנועה משובצות, ןמעניקים צריכת הספק נמוכה, גמישות הרכבה מודולרית ותקשורת ישירה - מה שהופך אותם לאידיאליים במקומות בהם נדרשת עקיבה אבסולוטית אחר סיבובים רבים. ניהול נכון של איפוסי הפעלה מבטיח דיוק ללא הפרעות לאורך מחזורי הפעולה.

בעוד שפרוטוקול התקשורת המדויק משתנה, רובם מאפשרים קריאת מיקום זוויתי וספירת סיבובים פשוטה באמצעות מספר קטן של Bytes‏ או פקודות. הפקודות עבור אנקודרי AMT של Same Sky מתועדות בגיליונות הנתונים המתאימים להם.

סיכום

אנקודרים רבי-סיבובים מייעלים את בקרת התנועה על ידי ניהול פנימי של מעקב סיבובים, ובכך מבטלים את הצורך בלוגיקת Rollover‏ מורכבת או סינון תוכנה נרחב. יכולת מובנית זו מבטיחה נתוני מיקום מדויקים על פני טווחי תנועה נרחבים, מה שהופך אותם למרכיב הכרחי עבור מהנדסים המפתחים מערכות אוטומציה אמינות ומידרגיות.

מקודדי AMT אבסולוטיים רבי-סיבובים של Same Sky משפרים עוד יותר את גמישות התכן, ותומכים בקוטרי ציר מנוע מ-2 מ"מ עד 5/8 אינץ' (15.875 מ"מ). תאימות מכנית רחבה זו מאפשרת שילוב במגוון רחב של פלטפורמות מנועים, ומספקת חישת מיקום חסונה ללא התאמה-מיוחדת נוספת.