انواع شمارنده دیجیتال

شمارنده دیجیتال یا Digital/ Electronic Counter فاقد هر گونه قطعات مکانیکی بوده و دارای یک صفحه نمایش از جنس‌های مختلف مانند LED، LCD و غیره هستند. برای قرائت بهتر، برخی از کانترها دارای اعداد نورانی یا نور پس زمینه هستند. شمارنده های الکترونیک یا دیجیتال می‌توانند سیگنال‌های الکتریکی مانند انواع پالس، خروجی سنسورهای مختلف، سرعت، خروجی پیوسته و غیره را به تغییرات عددی تبدیل کنند. شمارنده دیجیتال سرعت پاسخ‌گویی، دقت و در نتیجه عملکرد بهتری نسبت به شمارنده های آنالوگ دارند. این شمارنده ها از نظر دامنه‌ی شمارش، نوع سیگنال ورودی، سرعت شمارش، نحوه‌ی ریست، خروجی رله از نظر نوع و تعداد و غیره در مدل‌های متنوعی ساخته می‌شوند.

ساعت کار دیجیتال

طبق تصویر زیر برخی از شمارنده های دیجیتال برای اندازه‌گیری زمان کار تجهیزات استفاده شده و می‌توانند زمان وجود یک سیگنال را بر اساس دقیقه و ساعت اندازه‌گیری کنند. در این مدل از شمارنده ها تعداد قطع و وصل مهم نبوده و معمولا انواع ریست به صورت دستی، الکترونیک و رله‌ی خروجی نیز وجود ندارد. این نمونه از ساعت‌های کار مانند نمونه‌های آنالوگ به منظور برداشت دستی اطلاعات استفاده شده و معرف زمان کارکرد تجهیزات هستند. ساعت‌های کار دیجیتال و الکترومکانیکی معمولا دارای دو ترمینال هستند. وصل این دو ترمینال به ولتاژ مشخص شده باعث برقراری تغذیه و اندازه‌گیری زمان به صورت هم‌زمان می‌شود. در نظر داشته باشید که قطع سیگنال باعث از دست رفتن اطلاعات قبلی نخواهد شد.

شمارنده دیجیتال صنعتی

شمارنده های دیجیتال جهت شمارش پالس، سرعت، فرکانس و غیره از نمونه های آنالوگ پیچیده‌تر هستند. در شمارنده های دیجیتال معمولا چند ترمینال‌ شامل تغذیه، ریست الکترونیک، قطع و وصل ریست توسط شستی روی کانتر، توقف شمارش، شمارش سریع، شمارش آهسته، رله فرمان و غیره وجود دارد. در نظر داشته باشید که برخی از شمارنده های دیجیتال از LCD های فوق العاده کم مصرفی استفاده کرده و فاقد ورودی تغذیه هستند. معمولا این شمارنده ها دارای رله نبوده و تنها به منظور شمارش و اندازه گیری زمان استفاده می شوند.

ریست شمارنده دیجیتال

شمارنده دیجیتال یا الکترونیک را می‌توان با شیوه‌های مختلف ریست کرد. در برخی از آن‌ها ریست دستی، در برخی ریست الکترونیک و در برخی هر دو گزینه وجود دارد. ریست دستی بسیار ساده بوده و با فشردن شستی موجود روی پتل شمارنده انجام می‌شود. برای جلوگیری از ریست توسط افراد غیر مسئول می‌توان این شستی را به صورت الکتریکی غیرفعال کرد. در برخی کانترها برای غیرفعال کردن ریست دستی یک کلید بسیار کوچک در آن‌ها تعبیه شده است. این کلید به نحوی در کانتر تعبیه شده که برای دسترسی به آن باید درب تابلو برق و یا قاب کانتر باز شود. در نتیجه اگر درب تابلو برق‌ دارای قفل مناسبی باشد، دسترسی به این کلید امکان پذیر نخواهد بود.

برخی از شمارنده ها جهت سهولت در تغییر حالت‌های ریست از فعال به غیرفعال به یک ترمینال اضافی مجهز هستند. در این مدل اگر سیم مشترک به این ترمینال متصل باشد، ریست به صورت دستی فعال و در غیر این صورت غیرفعال خواهد بود. در ضمن می‌توان از ترمینال دیگری برای ریست الکتریکی نیز استفاده کرد. با این کار وقتی سیم مشترک به ترمینال مورد نظر متصل شود، اعداد شمارش شده ریست خواهند شد.

سرعت شمارش در کانتر دیجیتال

یکی دیگر از خصوصیات مهم در کانترهای الکترونیک سرعت کار آن‌هاست. این مشخصه با واحد فرکانس یا Hz روی شمارنده یا دفترچه‌ی راهنمای آن درج شده و بیان کننده ی توانایی کانتر در شمارش پالس های ورودی در یک ثانیه است. در کانترهای مکانیکی و الکترومکانیکی این عدد با هرتز و در کانترهای دیجیتال با کیلو هرتز بیان می‌شود. البته این به معنی عدم توانایی اتصال لوازم سرعت پایین به شمارنده های دیجیتال نیست. در برخی از کانترها قابلیت شمارش پالس‌های سریع و آهسته به صورت هم‌زمان وجود داشته و برای این کار ترمینال‌های جداگانه‌ای نیز در نظر گرفته شده است. قابل ذکر است که اتصال این ترمینال‌ها به صورت اشتباه می‌تواند در شمارش صحیح و یا اندازه‌گیری سرعت و غیره اختلال ایجاد کند.

ورودی پالس سریع اغلب برای اتصال به سنسورها و لوازم الکترونیک که دارای فرکانس کاری بالا هستند طراحی می‌شود. به عنوان مثال و طبق تصویر زیر بهتر است خروجی یک سنسور برای شمارش دورهای یک چرخنده یا سرعت آن به ورودی سریع کانتر متصل شود. در طرف مقابل می‌توان از ورودی آهسته برای شمارش تعداد قطع و وصل‌های محدود و تولید شده توسط انواع رله‌های الکترومکانیکی، شستی‌ها، سنسورها با سرعت کار پایین استفاده کرد.

ورودی توقف در شمارش

برخی از شمارنده ها دارای ورودی توقف در شمارش هستند. این ورودی به منظور جلوگیری از شمارش سیگنال الکتریکی در بازه ی خاصی است. معمولا با فعال شدن ورودی عدم شمارش، پالس های جدید شمرده نشده و مقادیر قبلی روی صفحه ی کانتر نمایش داده می شود. طبق تصویر زیر از این قابلیت می‌توان برای عدم شمارش محصولات معیوب در یک خط تولید استفاده کرد.

سیم بندی شمارنده دیجیتال

جهت آشنا شدن با موارد بالا لطفا به تصویر زیر توجه کنید. این شمارنده دیجیتال به باتری غیر قابل شارژ با طول عمر بالا مجهز بوده و تغذیه‌ی خارجی ندارد. ترمینال شماره‌ی 4 در این شمارنده مشترک یا COM بوده و در تمام فرمان‌های زیر استفاده می‌شود:

• اتصال ترمینال 4 به 5 برای شمارش سریع
• اتصال ترمینال 4 به 3 برای شمارش آهسته
• اتصال ترمینال 4 به 2 برای فعال کردن ریست روی شمارنده
• اتصال ترمینال 4 به 1 برای ریست الکتریکی مقادیر شمارش شده

شمارنده دیجیتال قابل برنامه ریزی

شمارنده دیجیتال علاوه بر جمع‌آوری اطلاعات می‌تواند در سیستم‌های اتوماسیون یا خودکارسازی مدارها نیز نقش داشته باشد. برای این کار باید از شمارنده هایی استفاده کنیم که دارای یک یا چند پلاتین خروجی بوده و قابل برنامه‌ریزی باشند. این کانترها با عناوین مختلف مانند شمارنده قابل برنامه‌ریزی، حرفه‌ای یا مولتی فانکشن یا Multi-Function Counter شناخته می‌شوند. در تصویر یک نمونه شمارنده دیجیتال پیشرفته را مشاهده می کنید.

شمارنده ها بررسی شده در بخش های قبلی شامل شمارنده مکانیکی، کانتر الکترومکانیکی و کانتر دیجیتال برای اندازه‌گیری یا شمارش یک کمیت مانند پالس، زمان، سرعت و غیره استفاده و معمولا غیر قابل برنامه‌ریزی و بدون خروجی فرمان هستند. به عنوان مثال کانترهای پالس با نمونه‌های ساعت کار از نظر فنی کاملا جدا بوده و هرکدام قابلیت‌های خود را دارند. از طرفی کانترهای فوق قابلیت اتصال به یکدیگر یا به شبکه‌های صنعتی را نداشته و فقط می‌توانند به صورت انفرادی کار کنند. شمارنده های مولتی فانکشن علاوه بر قابلیت های شمارنده های قبلی و با توجه به برند و مدل می‌توانند این خصوصیات را داشته باشند:

• داشتن صفحه نمایش و ارائه‌ی اطلاعات شمارش، وضعیت ورودی، خروجی و …
• قابلیت تنظیم برای کمیت‌های مختلف مانند شمارش پالس، سرعت، فرکانس، زمان کار و …
• قابلیت شمارش و اندازه‌گیری چند کمیت و نمایش آن‌ها به صورت هم‌زمان
• قابلیت صدور خروجی الکتریکی در بازه‌های قابل تنظیم
• قابلیت تنظیم نوع خروجی از نرمال باز به بسته و برعکس
• قابلیت انجام عملیات ریاضی مانند جمع، تفریق، در نظر گرفتن ضریب و … در شمارش‌های انجام شده
• قابلیت اتصال به کانترهای دیگر و شبکه‌های صنعتی جهت جمع‌آوری، انتقال اطلاعات و کنترل یک ماشین یا خط تولید
• قابلیت اتصال به نمایشگرهای بزرگ و جداگانه در محل‌های مختلف

طراحی مدار با شمارنده

تا این قسمت با شمارنده های آنالوگ و دیجیتال به صورت کلی آشنا شدیم. این تجهیزات در مدل‌های بسیار متنوعی ساخته شده و هر کدام به شیوه‌ی خاصی نصب و راه اندازی می‌شوند. با توجه به نرخ بالای استفاده از شمارنده های دیجیتال، در ادامه‌ی این بخش دو مدل کانتر معمولی و قابل برنامه ریزی را بیشتر بررسی می‌کنیم. با اطلاعات این بخش شما می توانید شمارنده ی مناسب با مدار فرمان را انتخاب کرده و سیم بندی کنید. در نظر داشته باشید که شمارنده ها در مدل های بسیار متنوعی ساخته شده و برای تنظیمات آن ها حتما باید کاتالوگ شرکت سازنده رجوع کنیم.

 شمارنده‌ی معمولی

برای شمارش پالس‌ها به صورت ورودی رله یا حالت جامد می‌توان از شمارنده دیجیتال و آنالوگ استفاده کرد. لازم به ذکر است که قابلیت استفاده از عناصر الکتریکی در ورودی کانتر باید حتما در دفترچه‌ی راهنمای آن کنترل شود. طبق تصویر زیر برخی از شمارنده های دیجیتال صنعتی به یک باتری داخلی با طول عمر بالا مجهز بوده و به منبع تغذیه‌ی خارجی نیاز ندارند. برای راه اندازی این نمونه کافی ست کاغذ عایق باتری را خارج کرده تا صفحه نمایش شمارنده روشن شود. در مرحله‌ی بعد و با توجه به اطلاعات درج شده روی بدنه‌ی شمارنده، می‌توان ترمینال‌های شمارش و ریست را سیم‌بندی کرد.

به عنوان مثال به تصویر زیر توجه کنید. در این مدار فرمان از یک شمارنده دیجیتال بدون منبع تغذیه با ریست الکترونیک برای شمارش تعداد عملکرد یک کنتاکتور استفاده شده است. برای سیم‌بندی این مثال کافی است دو پایانه‌ی شمارنده را به بوبین کنتاکتور متصل کنیم. در این اتصال با هر بار روشن و خاموش شدن بوبین کنتاکتور KF1، مقدار عددی کانتر، یک شماره بالا می رود. همان گونه که اشاره شد ریست در این کانترها به شیوه‌ی دستی و الکتریکی قابل انجام است. توجه داشته باشید که برای ریست الکتریکی کانتر ممکن است یکی از روش های اعمال ولتاژ مشخص یا اتصال دو ترمینال تعبیه شده در پشت دستگاه مجاز باشد. قبل از سیم بندی شمارنده حتما به نحوه ی اتصال ورودی ها و ولتاژ مجاز آن ها توجه کنید. همانند نمونه ی شرح داده شده در ابتدای مقاله ممکن است برخی از شمارنده ها دارای یک سیم مشترک جهت اتصال به ورودی ها باشند. در این نمونه باید از یک ترمینال نرمال باز کنتاکتور استفاده کرده و آن را در مسیر شمارنده قرار دهیم. به عبارت دیگر یک سمت پلاتین نرمال باز باید ترمینال COM و سمت دیگر آن ورودی شمارش کانتر سیم بندی شود.

شمارنده‌ی قابل برنامه‌ریزی

شمارنده های دیجیتال قابل برنامه‌ ریزی از نظر ظاهر، تظیمات، تعداد ترمینال ها، کاربری و غیره با کانترهای معمولی تفاوت‎های زیادی دارند. می‌توان این کانترها را در مد های مختلف شمارش، شمارش سریع، شمارش ترکیبی، زمان سنجی، اندازه گیری سرعت، فرکانس و غیره قرار داده و پس از تنظیمات صحیح از خروجی های قابل برنامه ریزی آن‌ها در مدارهای فرمان استفاده کرد. به عنوان مثال درتصویر زیر ترمینال‌های یک شمارنده دیجیتال صنعتی و قابل برنامه‌ریزی از برند آتونیکس مدل Autonics CT6S-1P آورده شده است. ترمینال‌های این کانتر به ترتیب عبارت‌اند از:

• 1 و 2 و 3 خروجی رله‌ی قابل برنامه ریزی
• 4 و 5 تغذیه
• 6 ورودی اول با قابلیت اتصال به صورت‌های NPN و PNP
• 7 ورودی دوم با قابلیت شمارش سریع به صورت‌های NPN و PNP
• 8 تغذیه کمکی یا ثانویه
• 9 ترمینال صفر ولت جهت اتصال سنسورها
• 10 ریست الکتریکی
• 12 خروجی قابل برنامه‌ریزی الکترونیک

نکته‌ی مهم در سیم‌بندی شمارنده ها توجه به مشخصات الکتریکی آن‌هاست. به عنوان مثال مشخصه های الکتریکی شمارنده ی آتونیکس مدل Autonics CT6S-1P به شرح زیر است. توجه داشته باشید که هر گونه اتصال اشتباه در این ورودی‌ها می‌تواند به کانتر آسیب جدی وارد کند.

• ولتاژ تغذیه‌ی اصلی بین 100 تا 240 ولت متناوب
• ولتاژ ورودی‌های شمارش حداکثر تا 30 ولت مستقیم
• خروجی الکترونیک 30 ولت جریان مستقیم با 100 میلی آمپر جریان
• تغذیه‌ی کمکی 12 ولت مستقیم با جریان 100 میلی آمپر

نکته‌ی بعدی انتخاب صحیح و اتصال ورودی‌های شمارش کانتر است. به عنوان مثال در صورت اتصال سنسور باید ولتاژ آن با ولتاژ ورودی شمارنده برابر بوده و نوع آن مانند PNP یا NPN بودن آن در تنظیمات داخلی و سخت افزاری کانتر لحاظ شود. برای انتخاب نوع PNP یا NPN سنسور به صورت سخت افزای معمولا یک کلید کوچک دو حالته روی بدنه یا داخل قاب کانتر تعبیه شده است. طبق تصویر زیر موقعیت این کلید باید با نوع سنسور متصل شده به کانتر یکسان باشد.

از آن‌جایی که ولتاژ تغذیه‌ی کانتر با ولتاژ ورودی‌های آن برابر نیست باید از یک منبع تغذیه برای سنسورها استفاده کرد. در این مثال منبع تغذیه‌ی 24 ولت جریان مستقیم نیاز است. نکته‌ی مهم این است که ترمینال صفر ولت شمارنده باید بر اساس نوع سنسور به منبع تغذیه نیز متصل شود. انواع حالت های ممکن جهت نصب و سیم‌بندی شمارنده ها در ادامه ی مقاله آورده شده است.

بعد از سیم‌بندی صحیح منبع تغذیه و ورودی‌های شمارنده دیجیتال باید آن را مطابق با نیازهای مدار تنظیم کنیم. تنظیمات کاری و خروجی‌های کانتر به برند و مدل آن بستگی داشته و می‌تواند به صورت صعودی، نزولی، ترکیبی، قابل توقف و غیره در شمارش تعداد و زمان سنجی باشد. به عنوان مثال در تصویر زیر تنها یکی از مدهای شمارش کانتر به صورت ترکیبی با هر دو ورودی نمایش داده شده است.

در این مثال در صورتی که ورودی دو قطع بوده و به ورودی یک پالس اعمال شود، شمارش به صورت صعودی و با لبه‌ی بالا رونده‌ی پالس انجام خواهد شد. برای توقف شمارش می‌توان از ورودی دو استفاده کرد. با اعمال ورودی به شماره‌ی دو، پالس های ورودی اول شمارش نشده و به حالت توقف در می‌آید. این حالت به صورت عکس نیز صادق است. در صورتی که ورودی یک به صورت دائم فعال باشد، ورودی‌های شماره‌ی دو با لبه‌ی پائین رونده شمارش خواهند شد. تنها تفاوت در شمارش با ورودی اول و ورودی دوم، حساسیت به لبه‌ی بالا و پائین رونده در پالس‌ها می باشد.

خروجی‌های رله و الکترونیک کانتر طبق تنظیمات داخلی می توانند به صورت دائم، پالس، قابل تغییر با شمارش، ریست شونده و غیره در مدار فرمان استفاده شوند. در این مرحله باید خروجی از نظر عددی و حالت کاری به دقت تنظیم شده و با توجه به شرایط دیگر قسمت های مدار تست شود. به عنوان مثال تصور کنید از یک کانتر قابل برنامه‌ریزی برای کنترل تعداد خودروهای داخل یک پارکینگ استفاده شده است. این کانتر با شمارش خودروهای وارد و خارج شده، باید تعداد خودروی داخل پارکینگ را محاسبه کرده و بر اساس آن درب ورودی را باز و بسته کند.

مد نمایش داده شده در تصویر زیر برای این کار مناسب بوده و می‌تواند با توجه به ورودی یک و دو، شمارش را به صورت هم زمان انجام دهد. در این مثال سنسور اول در ورودی پارکینگ قرار گرفته و تعداد خودروهای وارد شده را شمارش می‌کند. با عملکرد این سنسور مقدار عددی کانتر یک رقم افزایش پیدا خواهد کرد. سنسور دوم در خروجی پارکینگ قرار گرفته و تعداد خودروهای خارج شده را به صورت پالس به شمارنده اعمال می‌کند. این پالس‌ها مقدار عددی کانتر را یک واحد کاهش می‌دهند. با کسر این دو مقدار از یکدیگر تعداد خودروهای داخل پارکینگ محاسبه شده و روی صفحه نمایش کانتر درج می‌شود. در انتها خروجی کانتر بر اساس ظرفیت پارکینگ تنظیم شده و به سادگی می‌تواند درب ورودی را باز و بسته کند.

نصب و سیم بندی شمارنده ها

در اولین قدم باید شمارنده را از نظر فیزیکی نصب کنیم. برای این کار با توجه به مدل می‌توان از روش‌های نصب روی درب تابلو برق، قسمت خارجی ماشین‌آلات، روی ریل‌های استاندارد و یا سطوح مختلف استفاده کرد. پس از نصب فیزیکی باید ورودی، خروجی و تغذیه‌ی شمارنده نیز دایر شود. شمارنده های مکانیکی از این نظر بسیار ساده بوده و هیچ گونه بخش الکتریکی در آن‌ها وجود ندارد. در کانترهای الکترومکانیکی نیز معمولا تغذیه و سیگنال قابل اندازه‌گیری یکی بوده و راه اندازی آن‌ها پیچیده نیست. شمارنده های الکترونیک به صورت معمولی و مولتی فانکشن از نظر راه اندازی با نمونه‌های قبلی متفاوت بوده و نیاز به دقت و صرف زمان بیشتری دارند.

تغذیه در این کانترها می‌تواند از طریق باتری و یا شبکه‌ی برق تأمین شود. برای اتصال سیم‌های تغذیه حتما باید به میزان ولتاژ و پلاریته‌ی آن‌ها توجه کرد. کانترها از نظر قسمت‌های الکتریکی دیگر مانند پایانه‌های کنترل، ریست، توقف شمارش، ورودی قابل شمارش و خروجی ممکن است حالت‌های زیر را داشته باشند:

• اتصال مستقیم ولتاژ از طریق پلاتین‌های باز و بسته
• اتصال از طریق کنترل‌های جامد در مدل‌های PNP و NPN
• اتصال تجهیزات تولید کننده‌ی پالس مانند انکودر و …

استفاده از پلاتین‌های نرمال باز و نرمال بسته نیاز به ابزار خاصی نداشته و با توجه به نوع شمارنده می‌تواند ورودی از سیم مشترک مشخص شده و یا یک ولتاژ باشد. به عنوان مثال در تصویر زیر و گزینه‌ی (a) سیم مشخص شده به عنوان مشترک به یک پلاتین نرمال باز و خروجی آن مجدد به کانتر متصل شده است. در این مدل اگر سیم مشخص شده به کانتر متصل نشود احتمال بروز اشکال و یا خطا وجود دارد. در نمونه‌ی (b) سیم مشترک وجود ندارد.

جهت اتصال عناصر حالت جامد مانند انواع سنسورها به شمارنده دیجیتال باید به تعداد سیم‌های آن‌ها دقت شود. به عنوان مثال روش اتصال یک سنسور دو سیمه با سنسورهای سه سیمه در کانترها متفاوت بوده و رعایت نکردن این موضوع می‌تواند باعث بروز اشکال در سنسور یا کانتر شود. لازم به ذکر است که قبل از این کار از قابلیت اتصال سنسور به کانتر مطمئن شده و فرکانس کار سنسور، کانتر و سرعت ماشین را با هم مطابقت دهید. علاوه بر تعداد سیم‌های سنسور، حالت مداری آن مانند نرمال باز یا نرمال بسته نیز در روش اتصال اهمیت دارد. نوع سنسور مانند خازنی، القایی، نوری و … در روش اتصال اهمیت ندارد.

برای درک بهتر لطفا به تصویر زیر توجه کنید. طبق این تصویر و گزینه‌ی (a) و (b) برای اتصال یک سنسور دو سیمه باید از مقاومت موازی استفاده کرد. میزان این مقاومت بر اساس ولتاژ و جریان نشتی سنسور تعیین می‌شود. عدم قرارگیری این مقاومت می‌تواند به سنسور آسیب وارد کرده و یا شمارش را با اختلال روبه‌رو کند. سنسورهای سه سیمه از نوع NPN و PNP نیز مطابق با گزینه‌های (c) و (d) به شمارنده دیجیتال صنعتی متصل خواهند شد.