Bộ mã hoá siêu bền làm việc trong môi
trường khắc nghiệt
Các bộ mã hoá quang hạng nặng yêu cầu phải được thiết kế khéo léo và một
cấu trúc bền vững để có thể làm việc được trong những môi trường khắc
nghiệt. Bộ mã hoá công nghiệp truyền thống, dù gia tăng hay tuyệt đối, có
thể đáp ứng yêu cầu trong nhiều ứng dụng điều khiển chuyển động của
ngành công nghiệp nói chung. Tuy nhiên, những linh kiện này dường như
hay bị lỗi khi vận hành trong môi trường bị chất ô nhiễm xâm nhập, môi
trường có va chạm, va đập mạnh, môi trường rung hay khi bị nhấn ch
ìm lâu
ngày trong ch
ất lỏng, khi chịu tác động tẩy rửa mạnh hoặc trong môi trường
nhiễu EMI.
Rất nhiều nhà máy sản xuất công nghiệp thích sử dụng bộ mã hóa có sẵn
tiêu chuẩn mà không xem xét đến va chạm toàn phần trong môi trường máy
vận hành. Khi bộ mã hóa này bị lỗi, thiệt hại trong sản xuất do bộ mã hóa
ng
ừng hoạt động gây ra nhanh chóng tăng lên gấp nhiều lần so với chính giá
thành của bộ mã hóa. Bài viết này tập trung vào bộ mã hóa hạng nặng bao
gồm: nguyên lý kỹ thuật bên cạnh việc vận hành của bộ mã hóa hạng nặng
và việc sử dụng công nghệ như thế nào để bảo đảm khả năng tồn tại lâu dài
c
ủa chúng dưới những điều kiện thách thức khó khăn. Ngoài ra bài viết còn
nêu ra nh
ững ví dụ thực tế để chứng minh tác dụng và lợi ích của bộ mã hóa
h
ạng nặng.
Bộ mã hóa thông thường và nguyên tắc làm việc của chúng:
Mỗi bộ mã hóa quang thường có sáu bộ phận chính như sau: (hình 1)
Trục và vòng bi gắn với nhau
2. Đĩa tạo xung

Để vận hành trơn tru, bộ mã hóa
quang c
ần một đường sạch từ các
đi ốt phát quang tới d
ãy nhận tín
hiệu thông qua đĩa và sẽ định xứ giữa chúng. Trục của bộ mã hóa và do đó là
bộ phận đĩa kết nối với trục - sẽ quay, hình thành một giao diện quan trọng
H.1. Giản đồ của một bộ mã hóa
quang
H.2. Cơ cấu vận hành của một bộ mã
hóa vuông pha
giữa các mạch điện tử, trục và vòng bi.
Không th
ể chế tạo được bộ mã hóa quang kín 100% bởi vì việc ghép nối
giữa trục và vòng bi không bao giờ kín hoàn toàn. Cần phải có một chỗ
trống để vòng bi trượt trên trục trong suốt quá trình lắp ráp bộ mã hóa.
Kho
ảng trống này tạo những chỗ hở mà các chất thải có thể chui vào.
Vòng bi cho phép tr
ục quay mà vẫn giữ nguyên lớp vỏ ngoài. Bởi vì chúng
không thi
ết kế để hỗ trợ tải nặng dưới điều kiện thông thường, vòng bi cơ có
th
ể bị quá tải trong môi trường khắc nghiệt. Các nguyên nhân chung gây ra
vòng bi l
ỗi là đo va đập, rung, quá tải trục hoặc xuyên tâm. Thậm chí các
vòng bi với lót cao su hoặc nhựa kín và bộ đánh giá IP tốc độ cao không thể
kiểm soát toàn bộ tốc độ quay, các vị trí gắn kết; tất cả các mối hàn phải chịu
được sự hao m
òn, già hóa và ảnh hưởng của tia UV.

trường tiếp xúc trực tiếp b
ên ngoài với nước, chất làm mát, chất bôi trơn và
tác nhân làm sạch. Thường những ứng dụng này ở ngoài trời hoặc trong nhà
máy ch
ế biến thực phẩm, nước giải khát nơi chịu áp suất vòi nước rửa rất
lớn. Ví dụ, khi sữa chua đặt vào trong các thùng chứa trong suốt quá trình
s
ản xuất, bộ mã hóa thường được sử dụng giám sát sự quay của bàn quay để
điều khiển quá tr
ình bơm đầy sữa vào hộp. Đến cuối buổi làm việc, máy
đóng gói sẽ được rửa sạch dưới tác dụng của v
òi phun áp nước nóng áp suất
cao.
B
ộ mã hóa làm việc trong môi trường khắc nghiệt thường hay tạo ra các hạt
rắn ví dụ như cát, muối, vỏ bào nhỏ, hay các hạt bụi. Các hạt này sẽ rơi vào
trong bộ mã hóa, làm tắc quá trình xử lý quang, dẫn đến lỗi thiết bị. Trong
qui trình sản xuất giấy, bộ mã hóa kiểm tra tốc độ hoặc vị trí của qui trình
quay để điều khiển dòng bột giấy vào trong máy và giấy vào bộ phận cuốn
để tạo cuộn. Qui tr
ình sản xuất giấy thường rất bẩn, và môi trường vận hành
thường có rất nhiều giọt chất lỏng nhỏ chứa bột giấy. Dưới dạng lỏng, bột
giấy thường tích tụ gần như mọi thứ trong nhà máy, gây đóng cáu trên tất cả
các bộ phận, bao gồm cả bộ mã hóa, do đó bộ mã hóa thông thường không
thể chịu được tác động của chất bẩn như vậy trong một thời gian dài. Bộ mã
hóa nhanh chóng b
ị lỗi khi các hạt đi vào bên trong và làm tắc mạch quang.
Bộ mã hóa hạng nặng
Chạy ở tốc độ 30.000 vòng/phút mà hầu như không bị hao mòn, bộ mã hóa
h

Mặc dù những bộ mã hóa này thông thường còn nhiều chỗ trông nhưng trục
của chúng được đặt tải trọng trước để chịu được lực lớn hơn theo cả hướng
theo bán kính tâm và theo trục. Cấu trúc bền chắc này cho phép bộ mã hóa
t
ồn tại được trong những môi trường sóc lên tới 500g, vận hành tin cậy trong
dải nhiệt độ từ - 40°C đến 100°C.
Vòng bi bằng gốm đã được cấp bằng sáng chế với trở kháng đẳng hướng đặc
biệt giữa lớp vỏ ngoài và trục của bộ mã hóa bảo vệ sự tích tụ của dòng điện
trong trụ khỏi các động cơ AC lớn và các máy phát. Dòng điện này có thể
truyền qua lớp vỏ ngoài, tiếp đất gây ra tia lửa điện rất nguy hiểm bởi vì sự
ăn m
òn bởi tia lửa điện này có thể dẫn đến sự phá hủy tính bền vững của
vòng bi và bề mặt vòng bi.
Trong t
ất cả bộ mã hóa quay, mạch điện tử cảm biến và đĩa mã hóa được đặt
bên trong lớp vỏ bọc giữa các vòng bi. Trong bộ mã hóa hạng nặng, đĩa mã
hóa được làm bằng kim loại tốt hơn thủy tinh hay nhựa. Đĩa thủy tinh dễ bị
ảnh hưởng xước, g
ãy dưới cú sốc mạnh. Đĩa nhựa chống sốc tương đối tốt
nhưng có vẻ như bị cong v
à biến dạng khi ở nhiệt độ cao hơn, chúng có thể
bị gãy trong môi trường hóa chất mạnh. Đĩa kim loại chịu sốc, nóng và hóa
ch
ất tốt hơn và không bị vỡ gãy khi làm việc trong môi trường công nghiệp
nặng.
Lớp ngoài của bộ mã hóa
h
ạng nặng được đúc kim loại
cho nên chúng ta có thể kéo
dài chiều dài trụ và mở rộng

ại; 5. bảng
m
ạch điện tử; 6. transistor nguồn 300mA; 7
và 8. chuyển mạch tốc độ dùng để dự ph
òng;
9 và 10: hộp đầu cuối riêng bi
ệt; 11: tấm
phân chia; 12. mối hàn đặc biệt
Kiểm thử bộ mã hóa
Bộ mã hóa hạng nặng cần phải được kiểm tra liên tục để chứng minh khả
năng chịu đựng của chúng trong môi trường l
àm việc khó khăn. Trong quá
trình phát triển, mạch điện máy in đã được kiểm tra tại tần số cộng hưởng
(hình 6) và tối ưu hóa sử dụng sóng quét hình sin tần số từ 10 - 2.000Hz.
Điều này bảo đảm các thành phần không bị rung quá nhiều (gây tổn thương
cho mạch lối ra) hoặc bị đứt dây. Ngoài ra chúng còn được thực hiện phép
đo EMC phép đo điện từ trường tương thích (h
ình 7).
H.6. Kiểm tra trên tần số cộng
hưởng
H.7. Kiểm tra EMC
Bước tiếp theo là kiểm tra trong môi trường rung, sóc liên tục, bảo vệ bẩn,
phun nước kiểm tra. Áp suất d
òng nước là 12bar và tốc độ vòi phun
100lpm. Sau đó bộ mã hóa được nhúng trong nước ở độ sâu 1m để kiểm tra
mối hàn có đủ tiêu chuẩn IP67. Một vài bộ mã hóa ứng dụng trong hàng hải
được phun muối v
à dòng nước nóng ẩm để chứng minh khả năng thích hợp
trong môi trườ
ng khí hậu nhiệt đới. Việc thực hiện những kiểm nghiệm như

trường hợp n
ày, do bộ mã hóa được hàn kín, nước không thể vào bên trong
b
ộ mã hoá, bảo vệ tránh khỏi sự phá huỷ mối liên kết của mạch điện tử bên
trong.
M
ột loại các ứng dụng khác yêu cầu bộ mã hoá phải có những đặc tính đặc
biệt phù hợp với yêu cầu của môi trường làm việc khó khăn. Bộ mã hoá
thông thường thường không đủ sự bền chắc để tồn tại trong môi trường như
vậy. Ngược lại bộ mã hóa hạng nặng, với lớp vỏ bảo vệ, thiết kế bền chắc và
vòng bi hình quả bóng lớn, vận hành được trong các ứng dụng nơi mà bộ mã
hoá thông thường không thể chịu được.