Criterios para seleccionar un encoder: guía para automatización industrial
La selección de un encoder no consiste solamente en elegir una resolución o verificar el diámetro del eje. Para seleccionar correctamente un encoder industrial es necesario considerar qué variable se necesita medir, las características del movimiento, el sistema de control y las condiciones reales de operación.
Un encoder puede utilizarse para medir posición, velocidad, sentido de giro, distancia recorrida o posición angular. Sin embargo, el modelo adecuado dependerá de las características específicas de cada máquina y proceso.
A continuación se presentan los principales criterios que conviene revisar antes de seleccionar un encoder para una aplicación de automatización y control industrial.
Índice de criterios para seleccionar un encoder
- Variable que se necesita medir
- Tipo de movimiento
- Tipo de encoder
- Resolución
- Precisión y repetibilidad
- Velocidad de operación
- Frecuencia de salida
- Tipo de señal o salida
- Alimentación
- Compatibilidad con el sistema de control
- Tipo de montaje
- Características del eje
- Carga radial y axial
- Acoplamiento
- Condiciones ambientales
- Grado de protección
- Cableado y distancia
- Ruido eléctrico e interferencias
- Referencia o posición cero
- Sentido de giro
- Requerimientos de seguridad
1. Variable que se necesita medir
(Qué queremos conocer mediante el encoder)
El primer criterio para la selección de un encoder es definir qué información necesitamos obtener. Puede tratarse de posición, velocidad, sentido de giro, distancia recorrida o posición angular.
Esta definición determina las características que deberá tener el encoder y la forma en que se utilizará la información dentro del sistema de control.
2. Tipo de movimiento
(Cómo se mueve el elemento que queremos medir)
El movimiento puede ser rotativo o lineal. Esta característica determina el tipo de encoder que puede utilizarse y, en algunos casos, la forma en que el movimiento mecánico deberá convertirse para realizar la medición.
3. Tipo de encoder
(Cómo entrega la información de posición)
Los principales tipos son encoder incremental y encoder absoluto.
Un encoder incremental informa los cambios de posición mediante señales o pulsos, mientras que un encoder absoluto proporciona información asociada a una posición determinada. La elección depende de la aplicación y de cómo necesita trabajar el sistema de control, especialmente después de una pérdida de alimentación.
4. Resolución
(Qué tan pequeño es el incremento que puede detectar)
En un encoder incremental, la resolución suele expresarse en pulsos por revolución (PPR). Una mayor resolución permite detectar cambios más pequeños de movimiento, pero también genera una mayor frecuencia de pulsos que el sistema de control debe procesar.
La resolución necesaria debe relacionarse con la variable que realmente queremos medir en la máquina.
5. Precisión y repetibilidad
(Qué tan cercana y qué tan consistente es la medición)
La resolución de un encoder y su precisión no son lo mismo.
Un encoder puede generar una gran cantidad de pulsos por revolución y, aun así, la precisión final de la medición estar limitada por las características del encoder, la instalación o la mecánica de la máquina.
La repetibilidad indica qué tan consistentemente puede obtenerse una misma medición bajo las mismas condiciones.
6. Velocidad de operación
(A qué velocidad girará o se moverá el elemento)
Debe verificarse la velocidad máxima de operación especificada para el encoder y compararla con la velocidad real de la máquina.
La velocidad también influye directamente en la frecuencia de las señales generadas cuando se utiliza un encoder incremental.
7. Frecuencia de salida
(Qué tan rápido se generan los pulsos)
La frecuencia de salida depende principalmente de la resolución y la velocidad de operación.
A mayor cantidad de pulsos por revolución y mayor velocidad, mayor será la frecuencia que deberá procesar el sistema de control. Si esta frecuencia supera la capacidad de la entrada o del contador de alta velocidad, pueden perderse pulsos y, con ello, información de posición o velocidad.
8. Tipo de señal o salida
(Cómo se transmite eléctricamente la información)
Los encoders pueden utilizar diferentes tipos de salida, como A/B/Z, señales diferenciales, push-pull u open collector, además de diferentes protocolos de comunicación en aplicaciones industriales.
La salida seleccionada debe ser compatible con el equipo que recibirá la señal.
9. Alimentación
(Qué tensión necesita el encoder para funcionar)
Debe verificarse la tensión de alimentación requerida por el encoder y su compatibilidad con la alimentación disponible en la máquina.
Una alimentación incorrecta puede provocar funcionamiento errático, lecturas incorrectas o daños en el dispositivo.
10. Compatibilidad con el sistema de control
(Con qué equipo se conectará)
Es necesario verificar con qué dispositivo trabajará el encoder: PLC, módulo contador de alta velocidad, variador, servo drive o controlador dedicado.
No toda entrada digital de un PLC puede procesar correctamente una señal de encoder a alta velocidad. Por eso, la capacidad de procesamiento del sistema debe revisarse junto con las características del encoder.
11. Tipo de montaje
(Cómo se instalará físicamente el encoder)
Existen diferentes configuraciones de montaje, incluyendo eje sólido, eje hueco y eje hueco pasante, además de diferentes sistemas de fijación.
El tipo de montaje debe ser compatible con la construcción mecánica de la máquina y permitir una instalación adecuada.
12. Características del eje
(Diámetro, longitud y condiciones mecánicas del eje)
El diámetro y las características físicas del eje deben corresponder con el sistema de montaje utilizado.
También deben considerarse las condiciones mecánicas a las que estará sometido el eje durante la operación. Una instalación incorrecta puede generar esfuerzos adicionales sobre el encoder.
13. Carga radial y axial
(Fuerzas aplicadas sobre el eje del encoder)
La carga radial es la fuerza que actúa perpendicularmente al eje, mientras que la carga axial actúa en la dirección del propio eje.
Estas cargas tienen límites especificados por el fabricante. Excederlos puede reducir la vida útil del encoder, afectar su funcionamiento o introducir problemas en la medición.
14. Acoplamiento
(Cómo se conecta el encoder con el mecanismo)
El acoplamiento transmite el movimiento entre el mecanismo de la máquina y el encoder.
Debe permitir trabajar dentro de las condiciones mecánicas requeridas sin generar esfuerzos excesivos. Una mala alineación o un acoplamiento inadecuado puede producir vibraciones, desgaste o errores de medición.
15. Condiciones ambientales
(Dónde estará instalado el encoder)
La selección debe considerar las condiciones reales del lugar de instalación:
- Temperatura.
- Humedad.
- Polvo.
- Aceite.
- Agua.
- Vibración.
- Golpes.
El ambiente de operación puede afectar tanto la vida útil como la confiabilidad del encoder.
16. Grado de protección
(Qué tan protegido está contra sólidos y líquidos)
El grado de protección IP indica el nivel de protección de la carcasa contra el ingreso de sólidos y líquidos.
Debe seleccionarse de acuerdo con las condiciones reales de instalación y no solamente por la disponibilidad de un determinado modelo.
17. Cableado y distancia
(Cómo llegará la señal desde el encoder hasta el controlador)
La longitud del cable y sus características pueden afectar la calidad de la señal, especialmente cuando se trabaja con altas frecuencias, largas distancias o ambientes con interferencia eléctrica.
El tipo de cable utilizado debe ser compatible con la señal del encoder y con las condiciones de instalación.
18. Ruido eléctrico e interferencias
(Posibles perturbaciones sobre la señal)
En una máquina industrial pueden existir fuentes de interferencia como variadores de frecuencia, motores, contactores y otros equipos eléctricos.
El tipo de señal, cableado, blindaje, separación física y puesta a tierra pueden ser determinantes para evitar pulsos falsos, pérdida de pulsos o lecturas incorrectas.
19. Referencia o posición cero
(Cómo se establece una posición de referencia)
Algunas aplicaciones necesitan identificar una posición específica de referencia.
En determinados encoders incrementales puede utilizarse el canal Z para generar una referencia por revolución. Dependiendo de la aplicación y del sistema de control, también pueden utilizarse procedimientos específicos de búsqueda de referencia.
20. Sentido de giro
(Cómo determinar si el movimiento ocurre en una dirección u otra)
En un encoder incremental, las señales A y B permiten determinar el sentido de giro mediante su relación de fase.
De esta manera, el sistema de control puede identificar no solamente cuánto se ha desplazado el mecanismo, sino también en qué dirección ocurrió el movimiento.
21. Requerimientos de seguridad
(Si el encoder forma parte de una función de seguridad)
Cuando la información del encoder forma parte de una función de seguridad, deben considerarse dispositivos, arquitecturas y componentes específicamente diseñados para cumplir los requisitos de seguridad correspondientes.
Un encoder convencional no necesariamente cumple con los requerimientos necesarios para una función de seguridad.
La selección del encoder no termina en la ficha técnica
Después de revisar las características del encoder, todavía existe una pregunta fundamental:
¿El encoder seleccionado realmente permitirá obtener la medición que necesita la máquina?
Aquí aparecen factores que no siempre son evidentes al revisar una ficha técnica:
- Relación mecánica.
- Diámetro real del rodillo o elemento medido.
- Juego mecánico.
- Backlash.
- Deslizamiento.
- Excentricidad.
- Vibración.
- Elasticidad torsional.
- Error de montaje.
- Frecuencia de conteo.
- Tiempo de respuesta del PLC.
- Pérdida de pulsos.
- Ruido eléctrico.
- Procesamiento de la señal.
Por ejemplo, seleccionar un encoder con una resolución elevada no garantiza por sí mismo una medición más precisa. Si existe juego mecánico, deslizamiento, vibración, una relación mecánica inadecuada o una limitación en el procesamiento de los pulsos, la medición obtenida por la máquina puede ser diferente de la esperada.
Por eso, la selección correcta debe considerar el conjunto completo:
Encoder + mecánica + señal + sistema de control + proceso.
El objetivo no es solamente elegir un encoder que cumpla con las especificaciones del catálogo, sino seleccionar una solución que permita obtener la información que realmente necesita la máquina y el proceso.
