譯碼器(旋轉編碼器)怎麼選?增量或絕對、輸出型式、解析度三題定案
選譯碼器(旋轉編碼器 rotary encoder)先答三題:斷電後要不要記住位置、訊號送進什麼收訊端、軸轉多快又要多細。以下以站上主力 JTEKT 捷太格特電子(原 KOYO 光洋電子)TRD 系列說明。
【三十秒決策】
| 要判斷的 | 這樣選 | 否則 |
|---|---|---|
| 斷電後要不要知道位置 | 要 → 絕對型(φ50 小型或 φ78 大型) | 可重新原點復歸 → 增量型 |
| 收訊端與配線長度 | 盤內短距離 → NPN 開集極 | 要拉長 → 圖騰柱;又長又快 → 線驅動 |
| 解析度×轉速÷60 的頻率 | 編碼器與 PLC 兩邊都收得下 → 過關 | 超過 → 降解析度或換機種 |
【一、增量型還是絕對型】
增量型輸出脈波、靠接收端累計位置,斷電歸零、復電要重做原點復歸;絕對型每個角度對應一組固定的格雷碼,斷電中被外力轉動,復電讀回仍是真實位置。垂直升降軸、復歸會撞機、原點在機構外,非絕對型不可。
代價是轉不快:兩款絕對型最高應答都只有 20kHz,1,024 解析度電氣上約到 1,172 rpm;增量型 TRD-SR 是 200kHz。高速軸別碰絕對型。
【二、輸出型式決定接不接得上】
最常買錯的一項:編碼器有波形、PLC 就是不計數,多半是型式選錯。
| 輸出型式 | 最高應答 | 電源 | 原廠建議配線長度 | 接法重點 |
|---|---|---|---|---|
| NPN 開集極(A 型) | 200kHz(TRD-SR) | DC4.5~26.4V | 約 10 公尺 | 沉電流,接收端要上拉 |
| 圖騰柱(C 型) | 100kHz(TRD-N/NH) | DC10.8~26.4V | 約 30 公尺 | 可送可拉,抗雜訊較好 |
| 線驅動 RS422(V 型) | 200kHz(TRD-SR) | DC4.75~5.25V | 最長 1,200 公尺 | PLC 要有對應輸入模組 |
這三個距離是原廠在一般使用條件下給的值,實際還受周邊設備擺放與配線環境影響;雜訊造成的後果就是計數器多算或漏算。超過就往上換一階:開集極拉不動改圖騰柱,又長又快改線驅動——雙絞遮蔽線、接收端用符合 RS-422A 的線接收器(26C32 相當品)並加終端電阻。線驅動的 1,200 公尺是 RS-422A 的傳輸能力上限,不是「200kHz 下還能拉 1,200 公尺」,距離拉長要回頭重算頻率餘裕。
圖騰柱還有一個常被忽略的好處:它可送可拉,同時具備 NPN 與 PNP 開集極的功能,所以 PLC 高速計數器是 source 型也接得上(上拉電壓可到 DC30V)。收訊端型式還不確定時,圖騰柱最不容易買錯。
- 注意
- 這裡指的是編碼器的開集極/圖騰柱/線驅動,與感測器的 NPN/PNP 是兩件事,兩邊都要對。
【三、解析度不是越高越好】
原廠公式:電氣最高轉速 =(最高應答頻率 ÷ 解析度)× 60。移項就是選型要算的那條:
所需頻率(Hz) = 解析度(P/R) × 最高轉速(rpm) ÷ 60
算例:2,500 P/R、軸最高 1,800 rpm = 75,000Hz,TRD-SR 的 200kHz 過關;但 PLC 高速計數器若只吃 50kHz,這條線就爆了。系統上限取編碼器與接收端較小者,很多人只查編碼器、忘了 PLC 收不下。
同一顆 TRD-SR 換解析度還能轉多快(編碼器 200kHz、機械上限 6,000 rpm 已計入;右欄為接收端只吃 50kHz 的換算):
| 解析度 P/R | 編碼器可轉到 | PLC 只吃 50kHz 時 |
| 1,000 | 6,000 rpm | 3,000 rpm |
| 2,000 | 6,000 rpm | 1,500 rpm |
| 2,500 | 4,800 rpm | 1,200 rpm |
| 3,600 | 3,333 rpm | 833 rpm |
解析度拉高就吃掉可用轉速。原廠還提醒:脈波數越多、碼盤狹縫間隔越窄,越容易被振動誤觸發假脈波;TRD-N/NH 600 P/R 以上改玻璃碼盤,耐衝擊由 981 降為 490 m/s²。振動大的機台要克制。
【四、裝上去之前的三個踩雷】
軸型硬接,軸承先死。一定要配吸收偏心的彈性聯軸器:原廠明講偏心、偏角與軸向變位過大會讓軸承承受過大荷重,可能破損或大幅縮短壽命。原廠的選法:超過 3,600 P/R 算高解析度,用金屬製或板簧製,低解析度用樹脂製即可;劇烈加減速、正逆轉、間歇動作一律用金屬製;極低速或起動轉矩大才用板簧製。免掉這問題就選中空軸(TRD-SHR、TRD-NH),直接套上傳動軸、板簧防轉,訂料要給被測軸徑,TRD-SHR 還要指定板簧節距(尾碼 0 為 φ40、尾碼 5 為 φ45),這項最常訂錯。
IP50 擋不住切削液。φ38 的 TRD-SR/SHR 與 φ50 的 TRD-N/NH 標準品是 IP50 防塵,不能沖水、不能裝在噴得到切削液的位置;φ78 大型與兩款絕對型標準就是 IP65。SR/SHR 要防噴流指名 W 型,外徑放大為 φ40,安裝空間要依型錄尺寸圖重算;TRD-N/NH 有鋁壓鑄防噴流型,但轉速由 5,000 rpm 降為連續 3,000 rpm。原廠另註明:即使是防塵防噴流型,也別讓水或油長時間淋在本體上,濺到要擦掉。
電壓接錯一送電就冒煙。盤內習慣 24V,但線驅動型全是 DC4.75~5.25V 的 5V 系統;TRD-N/NH 一般型 DC4.75~30V、φ78 大型增量型 DC10~30V、兩款絕對型 DC10.8~26.4V。
【外徑買的是軸負載,不是精度】
φ38 的 TRD-SR/SHR 徑向 30N、軸向 20N;φ50 的 TRD-N/NH 與 φ50 絕對型為 50N/30N;φ78 兩款為 100N/50N。有皮帶張力、齒輪側推力,或對心先天做不好,就往大外徑走。
【現售與停產替代】
站上列的 JTEKT 系列:增量型 TRD-SR/SHR(φ38,10~3,600 P/R)、TRD-N/NH(φ50,1~5,000 P/R)、φ78 大型(原廠系列 TRD-GK),絕對型 φ50 小型(TRD-NA)與 φ78 大型(TRD-K)。停產的 TRD-S/SH 與 TRD-2E 已整併由 TRD-SR/SHR 接手;TRD-J 由 TRD-N 接手,換裝要注意圖騰柱輸出的 A/B 相計數方向;TRD-KL 停產,絕對型改看 φ50 小型或 φ78 大型。換料把舊銘牌拍給我們最快。另有 LINE 萊茵的長度計/長度發信器,把旋轉換算成走行長度,用來量線材、布料這類連續料。
詢價備齊這五項最快:軸最高轉速與需要的解析度、接收端型號與它吃的訊號型式及計數上限、軸型或中空軸(中空軸給軸徑)、現場環境與電源電壓、配線長度。
- 注意
- 規格取自 JTEKT 原廠型錄,訂料以最新型錄與機上標示為準;腳位依接頭型式而異,照隨機說明書施工。
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