Encoder Dùng Để Làm Gì? Giải Thích Chi Tiết Ứng Dụng Và Nguyên Lý Hoạt Động

Encoder là gì?

Encoder (bộ mã hóa) là thiết bị cảm biến chuyển đổi chuyển động cơ học (vị trí, tốc độ, hướng) thành tín hiệu điện tử. Tín hiệu này có thể là tín hiệu xung hoặc tín hiệu số hóa gửi về bộ điều khiển như PLC, vi điều khiển, hoặc hệ thống điều khiển tự động khác.

Encoder đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống điều khiển chính xác như: máy CNC, robot công nghiệp, dây chuyền tự động, thang máy, băng tải, động cơ servo,...

Hình ảnh: Một số loại encoder phổ biến

Encoder dùng để làm gì?

Dưới đây là các chức năng chính của encoder trong thực tế:

1. Đo vị trí (Position sensing)

Encoder được lắp trên trục động cơ hoặc chi tiết chuyển động, cho phép đo   Dữ liệu thu được dùng để xác định chính xác vị trí hiện tại của cơ cấu đang điều khiển.

Ví dụ:
Trong máy in công nghiệp, encoder giúp xác định vị trí đầu in để đảm bảo in đúng vị trí từng pixel.

2. Đo tốc độ (Speed measurement)

Encoder tạo ra xung tỉ lệ với tốc độ quay của trục. Bộ điều khiển dựa vào số xung trong một khoảng thời gian để tính ra tốc độ.

Ứng dụng:

• Điều khiển tốc độ động cơ trong máy móc công nghiệp.
• Đồng bộ tốc độ giữa nhiều động cơ trên cùng dây chuyền.

3. Đo hướng quay (Direction detection)

Một số loại encoder (như encoder quay dạng incremental với 2 kênh A-B) có thể xác định được hướng quay thuận hoặc ngược bằng cách so sánh pha giữa hai tín hiệu.

Ví dụ:
Trong thang máy, encoder giúp xác định cabin đang đi lên hay đi xuống.

4. Kiểm soát vị trí vòng kín (Closed-loop control)

Encoder là một phần quan trọng trong hệ thống điều khiển vòng kín, cho phép phản hồi vị trí và tốc độ về bộ điều khiển, từ đó điều chỉnh tín hiệu điều khiển để đạt độ chính xác cao.

Ứng dụng:

• Robot cánh tay công nghiệp.
• Máy CNC và máy cắt laser yêu cầu độ chính xác từng micromet.

Cấu tạo của encoder

* Một bộ mã hóa Encoder gồm có các bộ phận chính:
- Thân và trục
- Nguồn phát sáng (lightsource): là 1 đèn LED
- Đĩa mã hóa (code disk): có rãnh nhỏ quay quanh trục, khi đĩa này quay và chiếu đèn LED lên trên mặt đĩa thì sẽ có sự ngắt quãng xảy ra. * Các rãnh trên đĩa chia vòng tròn 360^o thành các góc bằng nhau. Một đĩa có thể có nhiều dãy rãnh tính từ tâm tròn.
- Bộ cảm biến ánh sáng thu tín hiệu (photosensor): là một con mắt thu quang điện để nhận tín hiệu từ đĩa quay
- Bo mạch điện tử (electronic board): giúp khuếch đại tín hiệu

Hình ảnh: Cấu tạo của encoder

Các loại encoder phổ biến

1. Incremental Encoder

• Cho tín hiệu xung tương ứng với chuyển động.
• Không lưu trữ thông tin vị trí tuyệt đối, cần tham chiếu điểm gốc khi khởi động.
• Ưu điểm: Giá rẻ, dễ triển khai.
• Ứng dụng: Băng tải, máy đóng gói, thang máy.

2. Absolute Encoder

• Mỗi vị trí quay tương ứng với một mã nhị phân độc lập.
• Không cần tham chiếu lại điểm gốc sau khi mất nguồn.
• Ứng dụng: Hệ thống yêu cầu độ chính xác và độ tin cậy cao.

3. Linear Encoder

• Đo chuyển động tuyến tính thay vì chuyển động quay.
• Ứng dụng: Máy đo tọa độ, bàn trượt chính xác.

Tín hiệu đầu ra của encoder

Encoder có thể xuất ra các loại tín hiệu sau:

• TTL (Transistor-Transistor Logic): mức 0–5V, tốc độ cao, dùng nhiều trong vi điều khiển.
• HTL (High Threshold Logic): mức 0–24V, chịu nhiễu tốt, phù hợp môi trường công nghiệp.
• Open Collector: dễ tích hợp, nhưng cần điện trở kéo lên.

Ngoài ra, encoder có thể giao tiếp bằng giao thức truyền thông số như SSI, BiSS, CANopen (thường thấy ở absolute encoder cao cấp).

Ứng dụng thực tế của encoder

• Trong công nghiệp: Điều khiển động cơ servo, giám sát băng tải, điều hướng robot, hệ thống đóng gói tự động.
• Trong y tế: Hệ thống chẩn đoán hình ảnh, máy siêu âm điều khiển tự động.
• Trong hàng không – vũ trụ: Xác định vị trí chính xác của bộ phận cơ động (vòi phun, cánh điều khiển).
• Trong năng lượng tái tạo: Giám sát tốc độ quay của turbine gió.
• Trong xe điện và ô tô thông minh: Theo dõi vị trí trục lái, kiểm soát hành trình.

Hình ảnh: Ứng dụng của encoder

Ưu điểm khi sử dụng encoder

• Độ chính xác cao: Có thể đạt đến micromet hoặc dưới 0.001 độ.
• Tốc độ phản hồi nhanh: Quan trọng với hệ thống điều khiển tốc độ cao.
• Linh hoạt: Có thể tùy chỉnh độ phân giải, kiểu giao tiếp, kích thước,...
• Độ bền cao: Encoder công nghiệp có thể hoạt động liên tục trong môi trường khắc nghiệt.

Tổng kết

 Tóm lại, encoder là mắt xích quan trọng trong mọi hệ thống điều khiển tự động chính xác. Nó giúp đo và phản hồi vị trí, tốc độ, hướng quay – từ đó giúp máy móc vận hành mượt mà, hiệu quả, và an toàn. Việc lựa chọn đúng loại encoder phù hợp với từng ứng dụng sẽ giúp nâng cao hiệu suất vận hành và tối ưu hóa quá trình sản xuất.

>> Tham khảo encoder omzon Dtech cung cấp tại đây!