Este artículo analiza diferentes tipos de codificadores de motor en automatización, específicamente codificadores lineales y rotativos y sus aplicaciones.
I. ¿Qué es un codificador de motor?
Un codificador de motor es un dispositivo que registra datos posicionales para sistemas de control de automatización o cualquier maquinaria que contenga motores que requieran información posicional. Desde brazos robóticos hasta impresoras 3D, están en todas partes. Los codificadores desempeñan un papel fundamental a la hora de permitir que las máquinas autónomas funcionen correctamente. Permiten una medición precisa de los componentes móviles dentro de un sistema.
Los codificadores de motor ofrecen beneficios en varias áreas. Por ejemplo, los codificadores lineales se utilizan comúnmente en aplicaciones ferroviarias y permiten que las máquinas CNC y las impresoras 3D creen piezas con precisión, mientras que los codificadores rotativos hacen posibles los brazos robóticos en la fabricación. Las señales que transmiten activan diferentes salidas de controladores o PLC en el momento preciso que se requiere.
II. ¿Cómo funcionan los codificadores de motor?
Los codificadores funcionan proporcionando información eléctrica para controlar dispositivos basados en uno de dos sistemas distintos: rotativo o lineal. Existen varios mecanismos dentro de los codificadores para convertir cambios físicos en datos eléctricos: resistivos, mecánicos, magnéticos y ópticos. Los codificadores ópticos son los más comunes en la fabricación. Contienen al menos un transmisor de luz y un receptor de luz para convertir el movimiento físico en señales eléctricas para el procesamiento del controlador. Independientemente del método de conversión empleado, los codificadores siempre se clasifican como codificadores lineales o rotativos.
En los codificadores ópticos, tanto los tipos rotativos como los lineales utilizan "ventanas" cortadas en una superficie sólida, lo que permite que la luz ingrese a la unidad receptora sólo de manera incremental. Los codificadores lineales utilizan sensores para detectar diferentes patrones dentro de una franja a lo largo de la trayectoria, mientras que los codificadores rotativos consisten en un disco con ranuras que transmiten señales de regreso al sistema de control.
En los sistemas ópticos, el transmisor emite un haz de luz constante que se va interrumpiendo progresivamente a medida que el sistema se mueve. Siempre que el receptor detecta luz del transmisor, envía una señal eléctrica al controlador. Existen varias configuraciones de disco o pista para bloquear/recibir luz según la aplicación. Estos incluyen codificadores de posición absoluta y codificadores incrementales.
III. Codificadores absolutos y codificadores incrementales: ¿cuál es la diferencia?
Los codificadores absolutos utilizan múltiples sensores de luz para enviar códigos binarios al controlador. Presentan ranuras distintas que corresponden a pares de transmisores/receptores de luz. Para codificadores absolutos de una sola-vuelta, estas ranuras generan un código binario que indica la posición angular dentro de una revolución del motor.
En aplicaciones que requieren mayor precisión y mayor alcance, los codificadores multi-vueltas utilizan reductores de engranajes y dos discos codificadores para lograr una gama más amplia de posiciones conocidas. Los codificadores absolutos son más adecuados para escenarios que requieren datos de posición después de una pérdida de energía, más comúnmente en circuitos de seguridad. Los codificadores incrementales cuentan con ranuras espaciadas uniformemente para enviar pulsos al controlador. Estos codificadores se basan en pulsos contados desde una posición cero, lo que hace que sea crucial tener una posición conocida para reiniciar el conteo si el sistema pierde energía por cualquier motivo.
Cuando solo se requiere la velocidad del motor, se puede enviar una señal analógica al controlador, permitiéndole procesar estos datos para aplicaciones útiles. Si el proceso requiere datos de posición, el codificador puede enviar pulsos eléctricos al controlador para descifrar la posición del motor dentro de su área límite.
IV. ¿Dónde se utilizan los codificadores lineales?
Los codificadores lineales transmiten señales de impulsos eléctricos a los controladores a través de sensores o "muescas" en una escala. Estas señales de pulso pueden ser decodificadas por un PLC y convertidas en instrucciones que el dispositivo debe seguir.
Los codificadores lineales son más adecuados para aplicaciones con posicionadores deslizantes, como impresoras 3D o máquinas CNC. Se destacan en procesos que requieren una transmisión de datos precisa y de alta-velocidad a los controladores. Ciertos codificadores lineales, si no codificadores absolutos, requieren una posición de referencia para encontrar cero después de una pérdida de energía o un reinicio del PLC/controlador.
Los codificadores absolutos utilizan representación binaria para la posición, mientras que los codificadores incrementales solo envían pulsos contados por el controlador después del inicio. Los interruptores de límite o sensores pueden proporcionar un punto de referencia cuando se deben restablecer los datos de posición.
Los codificadores lineales basados en-código-absoluto pueden determinar su posición sin movimiento ni puntos de referencia. Utilizan códigos binarios de múltiples escalas para establecer la posición. Esto ofrece una mayor flexibilidad para los procesos de aplicación y abre más oportunidades en campos que requieren seguridad en el reinicio.
V. Aplicaciones de los codificadores rotativos
Los codificadores rotatorios constan de una escala circular unida al eje del motor. A medida que el motor gira, los sensores de luz que leen patrones en la báscula envían recuentos de pulsos o códigos binarios al PLC. Los codificadores rotatorios son muy útiles en aplicaciones que requieren medición de la velocidad del motor o donde la distancia es difícil de medir sin la rotación del motor, como los servomotores en brazos robóticos. Las aplicaciones que necesitan control de la velocidad del motor utilizan codificadores incrementales que generan recuentos de pulsos para medir la velocidad del motor.
La báscula del codificador tiene un número específico de ranuras y el PLC cuenta estas ranuras a medida que gira el motor. Este recuento luego se puede convertir a RPM. Un ejemplo donde esto resulta útil es en el motor de una cinta transportadora. Ciertos parámetros pueden requerir diferentes velocidades de la correa y el PLC puede ajustarse en consecuencia según las RPM del motor. También son útiles en aplicaciones donde la precisión es crítica, ya que producen datos más precisos que los codificadores rotatorios absolutos. A pesar de su mayor precisión, no pueden leer la posición sin movimiento y pueden requerir una posición de referencia después de perder la comunicación con el PLC.
Los encoders absolutos también se pueden utilizar como encoders de motor rotativo. Son más adecuados para situaciones que requieren datos angulares. También conservan la capacidad de recuperar la posición después de una comunicación o una pérdida de energía entre el codificador y el controlador, a diferencia de los codificadores rotatorios incrementales que requieren movimiento para transmitir datos.