Encoders Incrementales

Los codificadores ópticos o encoders incrementales se utilizan fundamentalmente para el cálculo de la posición angular. Básicamente constan de un disco transparente, el cual tiene una serie de marcas opacas colocadas radialmente y equidistantes entre si; de un elemento emisor de luz ( como un diodo LED); y de un elemento fotosensible que actua como receptor. El eje cuya posición angular se va a medir va acoplado al disco. ( Ver figura )

El funcionamiento es el siguiente: cuando el sistema comienza a funcionar el emisor de luz empieza a emitir; a medida que el eje vaya girando, se producirán una serie de pulsos de luz en el receptor, correspondientes a la luz que atarviesa los huecos entre las marcas. Llevando una cuenta de esos pulsos es posible conocer la posición del eje.
Sobre este esquema básico es habitual encontar algunas mejoras. Por ejemplo, se suele introducir otra franja de marcas por debajo, desplazada de la anterior, para poder controlar el sentido del giro; además suele ser necesario el empleo de una marca de referencia que nos ayudará a saber si hemos completado una vuelta.
Realmente los encoders incrementales miden la velocidad de giro, pero podemos extrapolar la posición angular. Como es lógico, la resolución de este tipo de sensores depende directamente del número de marcas que podamos poner físicamente en el disco.

La señal de salida se transmite por un hilo en el que se transmite un pulso por cada ángulo girado, de tal forma que si tenemos un encoder de 1000 ppr, tendremos un pulso por cada 360º/1000= 0,360º. El inconveniente es que no disponemos de una referencia absoluta de la posición en la que se encuentra el eje.

Las características básicas de un encoder incremental óptico son:

• Tensión de alimentación: Nos indica a que tensión puede trabajar el encoder. A veces es fija ( 5v, 12v, etc...), pero lo habitual es que sea un rango de tensiones.
• Resolución: Es el número de pulsos que da por revolución (ppr).
• Tipo de salida: Las salidas de los canales pueden ser de varios tipos; TTL, colector abierto, tótem-pole, etc..., por lo que habrá que utilizar el circuito adecuado para adaptar estas salidas.
• Número de canales: Suelen ser 1 o 2, más un canal adicional de index (I) que de un pulso por vuelta. Con los encoders de un solo canal podemos saber el ángulo girado pero no la dirección de giro, por lo que la mayoría de los encoders llevan dos canales que generan señales cuadradas desplazadas 90º. Este desfase, como veremos más adelante, es el que nos permite determinar la dirección de giro.

Supongamos un encoder de 500 ppr. Las señales a lo largo del tiempo que vamos a obtener por los canales A y B serán las siguientes:

En cada revolución completa del encoder podremos contar 500 pulsos, con un flanco de subida ( transición de 0 a 1 ) y un flanco de bajada ( transición de 1 a 0 ) cada uno. Para determinar el ángulo girado por el encoder se cuenta el número de flancos de subida ( o de bajada ) generados en un canal ( por ejemplo el A ) y la dirección vendrá determinada, en cada pulso, por el estado del otro canal, de tal forma que si esta a 0 determinamos que va en una dirección ( la que nosotros queramos ) y si es 1 ira en la dirección contraria.

Podemos leer los flancos de subida del canal A y B para duplicar la resolución por 2, o leer los 2 flancos de subida y los 2 de bajada para multiplicamos la resolución por 4, con lo que un encoder de 500 ppr se convierte en uno de 2000 ppr.

Por ejemplo, vamos a realizar la lectura de un encoder con dos canales desplazados 90º, con resolución máxima, es decir, leyendo los cuatro flancos. Para entender bien el funcionamiento hemos de pensar que cuando cambiamos de dirección, lo que antes era el flanco de subida, pasa a ser flanco de bajada y viceversa. Pasemos al ejemplo:

• Si tenemos flanco subida en A
• Si B=0 Desplazamos un paso a la DERECHA
• Si B=1 Desplazamos un paso a la IZQUIERDA
• Si tenemos flanco bajada en A
• Si B=1 Desplazamos un paso a la DERECHA
• Si B=0 Desplazamos un paso a la IZQUIERDA
• Si tenemos flanco subida en B
  • Si A=1 Desplazamos un paso a la DERECHA
  • Si A=0 Desplazamos un paso a la IZQUIERDA
• Si tenemos flanco bajada en B
  • Si A=0 Desplazamos un paso a la DERECHA
  • Si A=1 Desplazamos un paso a la IZQUIERDA

Tipos de salida y conexiones de los encoder al PLC

• NPN con resistencia PULLING
  • En este caso el común de la entrada podrá ir conectado a Vcc y a GND

• NPN de colector abierto
  • En este caso el común de la entrada tendrá que ir conectado a Vcc

• PNP con resistencia PULLING
  • En este caso el común de la entrada podrá ir conectado a Vcc y a GND

• PNP Colector abierto
  • En este caso el común de la entrada tendrá que ir conectado a GND

• PUSH PULL
  • En este caso el común de la entrada podrá ir conectado a Vcc y a GND

Ejemplo hoja de características

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