لماذا يلزم تركيب أجهزة التشفير على المحركات؟ وكيف تعمل هذه الأجهزة؟

1- ما هو جهاز التشفير؟

أثناء تشغيلعلبة تروس دودة محرك تيار مستمر N20تُراقَب معايير مثل التيار والسرعة والموقع النسبي للاتجاه المحيطي للعمود الدوار في الوقت الفعلي لتحديد حالة جسم المحرك والمعدات المسحوبة، بالإضافة إلى التحكم في ظروف تشغيل المحرك والمعدات في الوقت الفعلي، مما يُتيح العديد من الوظائف المحددة مثل التحكم المؤازر وتنظيم السرعة. هنا، لا يُبسّط استخدام المُشفّر كعنصر قياس أمامي نظام القياس فحسب، بل يجعله دقيقًا وموثوقًا وفعالًا أيضًا. المُشفّر عبارة عن مستشعر دوار يُحوّل الكميات الفيزيائية لموقع وإزاحة الأجزاء الدوارة إلى سلسلة من إشارات النبض الرقمية، والتي يجمعها نظام التحكم ويُعالجها لإصدار سلسلة من الأوامر لضبط وتغيير حالة تشغيل المعدات. في حال دمج المُشفّر مع قضيب تروس أو برغي، يُمكن استخدامه أيضًا لقياس موقع وإزاحة الأجزاء المتحركة خطيًا.

2- تصنيف المشفر

التصنيف الأساسي للمشفّر:

المُشفِّر هو جهاز قياس دقيق يجمع بين المكونات الميكانيكية والإلكترونية، حيث يقوم بتشفير الإشارة أو البيانات وتحويلها، وذلك لأغراض الاتصال والنقل والتخزين. وتُصنَّف المُشفِّرات وفقًا لخصائصها المختلفة كما يلي:

● قرص التشفير ومقياس التشفير. يُطلق على جهاز التشفير الذي يحول الإزاحة الخطية إلى إشارة كهربائية اسم مقياس التشفير، أما الجهاز الذي يحول الإزاحة الزاوية إلى إشارة اتصالات فهو قرص التشفير.

● أجهزة التشفير التزايدية. توفر معلومات مثل الموضع والزاوية وعدد الدورات، وتحدد المعدل المقابل من خلال عدد النبضات لكل دورة.

● مشفر مطلق. يوفر معلومات مثل الموضع والزاوية وعدد الدورات بزيادات زاوية، ويتم تعيين رمز فريد لكل زيادة زاوية.

● مشفر مطلق هجين. يقوم المشفر المطلق الهجين بإخراج مجموعتين من المعلومات: تُستخدم إحدى مجموعتي المعلومات للكشف عن موضع القطب باستخدام وظيفة المعلومات المطلقة، والمجموعة الأخرى هي نفسها تمامًا معلومات الإخراج الخاصة بالمشفر التزايدي.

أجهزة التشفير شائعة الاستخدام في المحركات:

● مُشفِّر تزايدي

يستخدم هذا الجهاز مبدأ التحويل الكهروضوئي مباشرةً لإخراج ثلاث مجموعات من نبضات الموجة المربعة A وB وZ. يبلغ فرق الطور بين مجموعتي النبضات A وB 90 درجة، مما يسهل تحديد اتجاه الدوران؛ أما النبضة Z فتمثل نبضة واحدة لكل دورة وتُستخدم لتحديد نقطة مرجعية. المزايا: تصميم بسيط، عمر تشغيلي ميكانيكي يصل إلى عشرات الآلاف من الساعات، مقاومة عالية للتداخل، موثوقية عالية، ومناسب للإرسال لمسافات طويلة. العيوب: عدم القدرة على إخراج معلومات الموضع المطلق لدوران العمود.

● مشفر مطلق

يحتوي المستشعر على عدة قنوات ترميز متحدة المركز على طول المحور القطري للوحة الترميز الدائرية، وتتكون كل قناة من قطاعات ناقلة للضوء وأخرى غير ناقلة له. عدد قطاعات القنوات المتجاورة مضاعف، وعدد قنوات الترميز على اللوحة يساوي عدد الأرقام الثنائية. عند تغيير موضع اللوحة، يُحوّل كل عنصر حساس للضوء إلى إشارة مستوى مناسبة بناءً على وجود الضوء أو عدمه، مُشكّلاً بذلك الرقم الثنائي.

يتميز هذا النوع من أجهزة التشفير بعدم الحاجة إلى عداد، حيث يمكن قراءة رمز رقمي ثابت يُمثل الموضع عند أي نقطة على محور الدوران. وبطبيعة الحال، كلما زاد عدد قنوات التشفير، زادت الدقة، وبالنسبة لجهاز تشفير بدقة ثنائية N بت، يجب أن يحتوي قرص التشفير على N قناة تشفير. وتتوفر حاليًا في الصين منتجات أجهزة تشفير مطلقة بدقة 16 بت.

3- مبدأ عمل جهاز التشفير

بواسطة قرص رمز كهروضوئي ذي محور في المركز، توجد عليه خطوط دائرية للتمرير وخطوط كتابة داكنة، وهناك أجهزة إرسال واستقبال كهروضوئية لقراءته، ويتم دمج أربع مجموعات من إشارات الموجة الجيبية في A وB وC وD. تختلف كل موجة جيبية بمقدار 90 درجة فرق طور (360 درجة بالنسبة للموجة المحيطية)، ويتم عكس إشارات C وD وتراكبها على أطوار A وB، مما يعزز استقرار الإشارة؛ ويتم إخراج نبضة طور Z أخرى لكل دورة لتمثيل موضع مرجعي صفري.

بما أن الطورين A وB يختلفان بزاوية 90 درجة، يمكن مقارنة أيهما يسبق الآخر لتحديد اتجاه دوران المشفر، ويمكن الحصول على بتة الصفر المرجعية من خلال نبضة الصفر. تُصنع لوحات ترميز المشفر من الزجاج والمعدن والبلاستيك. تُطلى لوحات الترميز الزجاجية بخطوط دقيقة محفورة على الزجاج، مما يمنحها ثباتًا حراريًا جيدًا ودقة عالية. أما لوحات الترميز المعدنية، فتُصنع مباشرةً دون خطوط محفورة، وهي أقل هشاشة، ولكن نظرًا لسمكها، فإن دقتها محدودة، وثباتها الحراري أقل بكثير من الزجاج. أما لوحات الترميز البلاستيكية، فهي اقتصادية ومنخفضة التكلفة، ولكن دقتها وثباتها الحراري وعمرها الافتراضي أقل.

الدقة - يُطلق على جهاز التشفير الذي يوفر عدد الخطوط المحفورة بوضوح أو بالظلام لكل 360 درجة من الدوران اسم الدقة، والمعروفة أيضًا باسم فهرسة الدقة، أو بشكل مباشر عدد الخطوط، وعادة ما تكون من 5 إلى 10000 خط لكل دورة فهرسة.

4- مبدأ قياس الموضع والتحكم بالتغذية الراجعة

تحتل أجهزة التشفير مكانة بالغة الأهمية في المصاعد، وآلات التشغيل، ومعالجة المواد، وأنظمة التغذية الراجعة للمحركات، بالإضافة إلى معدات القياس والتحكم. يستخدم جهاز التشفير محززًا ومصدر ضوء بالأشعة تحت الحمراء لتحويل الإشارة الضوئية إلى إشارة كهربائية من نوع TTL (أو HTL) عبر جهاز استقبال. ومن خلال تحليل تردد مستوى TTL وعدد المستويات العالية، يتم عرض زاوية الدوران وموضع دوران المحرك بصريًا.

بما أنه يمكن قياس الزاوية والموقع بدقة، يمكن تشكيل جهاز التشفير والعاكس في نظام تحكم ذي حلقة مغلقة لجعل التحكم أكثر دقة، وهذا هو السبب في إمكانية استخدام المصاعد وأدوات الآلات وما إلى ذلك بدقة عالية.

5- ملخص 

باختصار، نفهم أن أجهزة التشفير تُقسم إلى نوعين: تزايدية ومطلقة، وذلك بحسب بنيتها. وكلاهما يحوّل الإشارات الأخرى، كالإشارات الضوئية، إلى إشارات كهربائية قابلة للتحليل والتحكم. وتعتمد المصاعد وآلات التشغيل الشائعة في حياتنا على الضبط الدقيق للمحرك، ومن خلال التحكم ذي الحلقة المغلقة للإشارة الكهربائية، يُعدّ استخدام جهاز التشفير مع العاكس طريقةً طبيعيةً لتحقيق هذا التحكم الدقيق.