encolder absoluto

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Um encoder absoluto caracteriza-se por se um tipo sensor que converte seu posicionamento angular em um sinal digital.
Em outras palavras trata-se de um tipo de sensor que, através de um(ou mais) discos internos codificados, é capaz de determinar sua posição angular e transmitir essa informação através de uma interface de comunicação.
A principal característica de um encoder absoluto que o diferencia dos encoders incrementais é que, como a informação sobre a posição angular de seu eixo é diretamente determinada, este encoder não perde o posicionamento em caso de queda de energia, nem mesmo se houver movimentação durante a ausência de alimentação.
Essa característica torna o encoder absoluto um dispositivo ideal para aplicação onde o posicionamento é crítico e o reposicionamento ou re-calibração é inviável ou indesejável. 
Exemplos da Aplicação do Encoder
Podemos citar como exemplos emblemáticos da aplicação do encoder absoluto o posicionamento de telescópios, antenas parabólicas, aplicações em que o posicionamento é crítico e ciclos de referenciamento são indesejáveis.
Multi-Turn ou Single-Turn
Existem dois tipos básicos de encoder absoluto:
Single-Turn
Na versão single-turn(volta simples) o movimento angular é detectado apenas dentro de uma volta. Ao completar uma volta completa em seu eixo(360°) o posicionamento é zerado e a contagem recomeça.
Multi-Turn
Nas versões multi-turn(multi-voltas), além de detectar o posicionamento dentro da volta atual, o encoder transmite também a informação referente ao número de voltas completas que o encoder desempenhou.
Tipos de Saída
Um encoder absoluto pode transmitir a informação sobre seu posicionamento através de diferentes tipos de interface, vejamos os tipos mais comuns:
Saída Analógica
Uma saída linear 4~20mA, 0~20mA, 0~10Vcc, 0~5Vcc entre outras pode ser utilizada para transmitir o posicionamento angular. Este tipo de interface tem como principal vantagem a compatibilidade e praticidade e baixo custo, contudo, como desvantagem, um sinal analógico não transmite o posicionamento com precisão digital além de deixar a informação sujeita a ação de ruídos e interferências.
Saída Paralela
A posição do encoder é convertida em bits que são diretamente transmitidos pelo encoder, de forma que podem ser levados para entradas digitais na eletrônica que monitora os sinais do encoder. Como vantagem a interface paralela é bastante simples e relativamente fácil de adaptar a diferentes sistemas, porém, para altas resoluções o número de bits pode significar um alto custo dos cabos e dispositivos para a transmissão e leitura do sinal.
Interfaces de Comunicação
O encoder absoluto em muitos casos é utilizado para comunicar-se diretamente com redes fieldbus. Esses tipos de interface são interessantes por reunir características como longo alcance, precisão digital, imunidade a ruídos, número reduzido de vias de transmissão, entre outras. A desvantagem, em geral, está no custo, pois requerem uma eletrônica mais complexa para atender a essas tecnologias de comunicação.
Encoders - Saiba como funcionam os sensores mais usados na automação industrial
Descubra como funcionam os encoders, e tenha mais precisão na mensuração de cursos e velocidades. Através de pulsos elétricos, saiba todos os dados do movimento de uma parte móvel.
Autor:  Augusto Heiss
Uma das formas mais tradicionais de controlar cursos de partes móveis de máquinas, industriais ou não, é o sensor de fim de curso. Normalmente é posicionado na extremidade de barramentos e eixos e envia um sinal, ou corta a corrente, ao ser acionado.
Existem vários tipos de sensores de fim de curso: ópticos, magnéticos, capacitivos e mecânicos. Cada um tem suas vantagens e desvantagens, mas todos estão limitados a uma característica: eles apenas informam quando determinada parte móvel chegou ao sensor.
Eles não são capazes de monitorar o processo do deslocamento, ou fornecer dados que permitam controlar a velocidade. Não é fácil saber, por exemplo, quando a parte móvel citada está perto do final do curso para reduzir sua velocidade e evitar impactos, o que se traduziria em menor desgaste e até em economia de energia.
Para alguns casos, uma régua potenciométrica é muito útil, porque é possível saber exatamente a posição do objeto sobre o tempo, porém, a aceleração da parte móvel que está sendo deslocada altera-se constantemente, querendo ou não. Para obter a posição exata, sem precisar mudar a velocidade sempre, é usado um sensor diferente, vamos abordá-lo daqui pra frente.
Tenha muito mais precisão e informação para controlar uma parte móvel onde o encoder está acoplado. O encoder pode ser utilizado em muitos lugares e situações diferentes como, por exemplo, no eixo do motor, no posicionador da mesa de um equipamento de ressonância magnética ou também no motor de um automóvel (com injeção eletrônica). Neste artigo, será explicado o suficiente para entender o funcionamento e ter uma noção para a escolha de encoders para diferentes situações.
O que é um encoder?
O encoder é um sensor que converte um movimento angular ou linear em uma série de pulsos digitais elétricos, fornecendo para o controlador (ex: CLP) dados suficientes para transformá-los em algo útil para nós, como posição, velocidade ou rpm.
A conversão desses movimentos em pulsos elétricos é feita através da detecção fotoelétrica, onde uma série de pulsos são gerados pela passagem da luz em um disco opaco, com várias aberturas transparentes. O receptor detecta a luz enviada pelo emissor e também a falta de luz, gerando assim os pulsos digitais (0 e 1).
Existem dois tipos de encoders, ambos são similares porque usam a mesma forma de detecção fotoelétrica e a sua construção também é parecida. São chamados de encoders incrementais e absolutos.
Será explicado no decorrer do artigo o funcionamento dos dois tipos de encoders.
Encoder Incremental
Esse tipo de encoder é o mais usado por ser mais simples e ter um custo bem inferior ao absoluto. As suas aplicações são diversas, vemos na figura 1 o funcionamento básico de um encoder incremental.
A posição do objeto móvel linear ou angular sobre o qual o sensor está acoplado, é obtida a partir da contagem dos pulsos digitais. Um encoder rotativo gera uma certa quantidade de pulsos elétricos por volta (360o). Para descobrir a sua variação angular, a cada pulso é feito um cálculo lógico simples.
Variação angular = 360o / Número de pulsos (preestabelecido em cada encoder)
Com um encoder de 50 Pulsos, teríamos:
Variação angular = 360o / 50 = 7,2o
Esta variação angular é chamada de resolução do encoder.
Para encoders lineares é feito o mesmo cálculo, mas leva em consideração a medida da “régua” sobre o nº de pulsos.
Quando é obtida a posição de um objeto móvel, rotatório ou linear, em vários pontos, já temos dados suficientes para saber outras grandezas em função do tempo como, por exemplo, velocidade, rotação, frequência, aceleração, etc. Até sem a ajuda de um controlador para a transformação desses dados, poderíamos, com alguns cálculos, descobrir todas essas grandezas temporais. Mas isso não será tratado neste artigo.
Existe outra informação importante quando se trata do controle de objetos móveis, qual o sentido da rotação (horário/anti-horário) ou da direção (esquerda/direita). Ambos o sentidos são descobertos do mesmo modo, abordaremos logo adiante sobre ele.
Sentido de Rotação
Observe a figura 2, o encoder incremental fornece simultaneamente dois pulsos quadrados defasados em 90o, havendo dois sensores fotoelétricos para cada trilha (ou canal). Um dos canais enviará o sinal antes, comparando-se os dois, é possível descobrir o sentido da rotação.
Pode haver também somente uma trilha de dentes no disco, mas com 2 sensores fotoelétricos, um ao lado do outro. Dependendo do tempo de reposta de cada sensor, será descoberto o sentido da rotação. Ainda teremos os canais A e B conforme a figura 2, então, o valor de saída enviado ao controlador será omesmo, apesar da construção do encoder ser diferente.
É possível concluir que na leitura em um canal individualmente é dada a posição, já nos dois canais simultaneamente, também o sentido de rotação.
Lembramos ainda que na maioria dos encoders incrementais é encontrado um terceiro canal de leitura.
Ponto Zero ou Absoluto
Veja os três canais na figura 3, agora aparece o “C”, conhecido como ponto zero ou absoluto. Ele determina a origem do encoder, a única posição que é possível descobrir sem a contagem de pulsos. Em caso de queda de tensão, o encoder voltará à posição zero. Em uma impressora é utilizado um encoder incremental linear; assim que ela é ligada, essa “régua” precisa achar o ponto zero, e então ficar pronta para algum comando de impressão.
A leitura do canal C, além de ser usada como ponto de origem e dando ao eixo ou objeto móvel um começo e fim no seu curso, por ser uma referência, é utilizada pelo controlador como suporte na contagem de pulsos.
Encoder Absoluto
O encoder absoluto é similar ao incremental, porém, este sensor possui vários sensores fotoelétricos onde suas leituras combinadas formam um código “binário” para cada posição, veja afigura 4.
Não é necessária a contagem dos pulsos para descobrir a posição, porque elas são distintas entre si; consequentemente, quedas de tensões não alteram a real posição do sensor como no encoder incremental.
Então, se todas as posições possuem o seu próprio código, a leitura das posições ficaria de acordo com a tabela 1.
Note que não há somente a coluna de nos binários, mas também uma chamada de código gray. Ela é muito útil em automação, e principalmente para encoders absolutos (box).
Uma outra similaridade entre os encoders incrementais e absolutos é o cálculo da resolução, utiliza-se o mesmo. Mas, a sua resolução pode ser definida em uma revolução (single turn) ou várias (multi turn).
O encoder single turn, conforme o nome já diz, percorre todas as posições em uma volta, e o multi turn, realiza todas as combinações possíveis em mais que uma revolução, veja a tabela 2.
Para fazer isso, além do código para cada posição, também há outro para identificar cada revolução completa, possibilitando ter um controle ainda mais amplo do movimento.
Um encoder absoluto pode ser muito útil onde é preciso ter um controle complexo da posição.
Conclusão
Existem diversos tipos de encoders cuja aplicação depende simplesmente dos objetivos, ou seja, da definição na medida da posição e da velocidade e ainda do tipo de comunicação que deve ser feita com o circuito de controle.
Há ainda uma grande quantidade de informações sobre os encoders que não foram explicadas nesse artigo, porém, com as abordadas já é possível ter uma base de seu funcionamento, o que ajudará na escolha do sensor.
Código Gray
Em números binários, cada passo pode alterar vários bits, só para representar um número sucessivo ou antecedente. A quantidade de esforço e de erros que um controlador tem para ler a variação constante de bits, é grande! Em lugares onde é preciso enviar dados digitais a todo momento, basta utilizar o código gray.
A diferença do código Gray para o binário é que na passagem de um valor para outro, muda apenas um bit. Por exemplo, na passagem de 7 para 8 muda apenas o primeiro dígito, já no código binário mudam 4 bits, este exemplo é visto na tabela 1. Veja também a figura A.
A ideia de usar esse tipo de codificação vem do tempo em que os circuitos digitais ainda usavam válvulas e contadores eletromagnéticos. As válvulas consumiam uma grande quantidade de energia, assim como a comutação de contadores. Então, picos de consumo eram gerados na passagem de 0111111 para 100000, quando vários relés eram fechados e abertos ao mesmo tempo. O pico de EFM (força contra-eletromotriz) gerado podia causar sérias instabilidades ao circuito.
Para transformar código binário em gray e vice-versa, é usado a porta lógica XOR, observe a figura B.
Na parte inferior esquerda da figura, há um ótimo exemplo para a transformação do número decimal 13, de binário para gray.
Basta seguir as regras da porta XOR.
A transformação do código gray para binário, consequentemente, é o inverso, veja a figura C.
Em aplicações que é importante enviar dados a cada instante, é uma grande vantagem mudar somente 1 bit por vez.
* Matéria originalmente publicada na revista Mecatrônica Atual; Ano:11 N° 56; Mai / Jun–2012
Fonte - www.mecatronicaatual.com.br