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编码器

  • 分类:介绍电气知识
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  • 发布时间:2013-08-08 01:47
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【概要描述】  开放分类: 技术、科学、测试、物理   编码器是把角位移或直线位移转换成电信号的一种装置。前者称为码盘,后者称码尺.按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种.接触式采用电刷输出,一电刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态是“1”还是“0”;非接触式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件,采用光敏元件时以透光区和不透光区来表示代码的状态是“1”还是“0”。   按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号,再把这个电信号转变成计数脉冲,用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码,因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关,而与测量的中间过程无关。   从接近开关、光电开关到旋转编码器   工业控制中的定位,接近开关、光电开关的应用已经相当成熟了,而且很好用。可是,随着工控的不断发展,又有了新的要求,这样,选用旋转编码器的应用优点就突出了:   信息化:除了定位,控制室还可知道其具体位置;   柔性化:定位可以在控制室柔性调整;   现场安装的方便和安全、长寿:拳头大小的一个旋转编码器,可以测量从几个μ到几十几百米的距离,n个工位,只要解决一个旋转编码器的安全安装问题,可以避免诸多接近开关、光电开关在现场机械安装麻烦,容易被撞坏和遭高温、水气困扰等问题。由于是光电码盘,无机械损耗,只要安装位置准确,其使用寿命往往很长。   多功能化:除了定位,还可以远传当前位置,换算运动速度,对于变频器,步进电机等的应用尤为重要。   经济化:对于多个控制工位,只需一个旋转编码器的成本,以及更主要的安装、维护、损耗成本降低,使用寿命增长,其经济化逐渐突显出来。   如上所述优点,旋转编码器已经越来越广泛地被应用于各种工控场合。从增量式编码器到绝对式编码器,旋转增量式编码器以转动时输出脉冲,通过计数设备来知道其位置,当编码器不动或停电时,依靠计数设备的内部记忆来记住位置。这样,当停电后,编码器不能有任何的移动,当来电工作时,编码器输出脉冲过程中,也不能有干扰而丢失脉冲,不然,计数设备记忆的零点就会偏移,而且这种偏移的量是无从知道的,只有错误的生产结果出现后才能知道。   解决的方法是增加参考点,编码器每经过参考点,将参考位置修正进计数设备的记忆位置。在参考点以前,是不能保证位置的准确性的。为此,在工控中就有每次操作先找参考点,开机找零等方法。   比如,打印机扫描仪的定位就是用的增量式编码器原理,每次开机,我们都能听到噼哩啪啦的一阵响,它在找参考零点,然后才工作。   这样的方法对有些工控项目比较麻烦,甚至不允许开机找零(开机后就要知道准确位置),于是就有了绝对编码器的出现。   绝对型旋转光电编码器,因其每一个位置绝对唯一、抗干扰、无需掉电记忆,已经越来越广泛地应用于各种工业系统中的角度、长度测量和定位控制。   绝对编码器光码盘上有许多道刻线,每道刻线依次以2线、4线、8线、16线。。。。。。编排,这样,在编码器的每一个位置,通过读取每道刻线的通、暗,获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码(格雷码),这就称为n位绝对编码器。这样的编码器是由码盘的机械位置决定的,它不受停电、干扰的影响。   绝对编码器由机械位置决定的每个位置的唯一性,它无需记忆,无需找参考点,而且不用一直计数,什么时候需要知道位置,什么时候就去读取它的位置。这样,编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。   由于绝对编码器在定位方面明显地优于增量式编码器,已经越来越多地应用于工控定位中。绝对型编码器因其高精度,输出位数较多,如仍用并行输出,其每一位输出信号必须确保连接很好,对于较复杂工况还要隔离,连接电缆芯数多,由此带来诸多不便和降低可靠性,因此,绝对编码器在多位数输出型,一般均选用串行输出或总线型输出,德国生产的绝对型编码器串行输出最常用的是SSI(同步串行输出)。   从单圈绝对式编码器到多圈绝对式编码器   旋转单圈绝对式编码器,以转动中测量光码盘各道刻线,以获取唯一的编码,当转动超过360度时,编码又回到原点,这样就不符合绝对编码唯一的原则,这样的编码器只能用于旋转范围360度以内的测量,称为单圈绝对式编码器。   如果要测量旋转超过360度范围,就要用到多圈绝对式编码器。   编码器生产厂家运用钟表齿轮机械的原理,当中心码盘旋转时,通过齿轮传动另一组码盘(或多组齿轮,多组码盘),在单圈编码的基础上再增加圈数的编码,以扩大编码器的测量范围,这样的绝对编码器就称为多圈式绝对编码器,它同样是由机械位置确定编码,每个位置编码唯一不重复,而无需记忆。   多圈编码器另一个优点是由于测量范围大,实际使用往往富裕较多,这样在安装时不必要费劲找零点,将某一中间位置作为起始点就可以了,而大大简化了安装调试难度。   多圈式绝对编码器在长度定位方面的优势明显,已经越来越多地应用于工控定位中。   绝对型旋转编码器的机械安装使用:   绝对型旋转编码器的机械安装有高速端安装、低速端安装、辅助机械装置安装等多种形式。   高速端安装:安装于动力马达转轴端(或齿轮连接),此方法优点是分辨率高,由于多圈编码器有4096圈,马达转动圈数在此量程范围内,可充分用足量程而提高分辨率,缺点是运动物体通过减速齿轮后,来回程有齿轮间隙误差,一般用于单向高精度控制定位,例如轧钢的辊缝控制。另外编码器直接安装于高速端,马达抖动须较小,不然易损坏编码器。   低速端安装:安装于减速齿轮后,如卷扬钢丝绳卷筒的轴端或最后一节减速齿轮轴端,此方法已无齿轮来回程间隙,测量较直接,精度较高,此方法一般测量长距离定位,例如各种提升设备,送料小车定位等。   辅助机械安装:   常用的有齿轮齿条、链条皮带、摩擦转轮、收绳机械等。   2.光电编码器分类和选择   编码器Encoder为传感器(Sensor)类的一种,主要用来侦测机械运动的速度、位置、角度、距离或计数,除了应用在产业机械外,许多的马达控制如伺服马达、BLDC伺服马达均需配备编码器以供马达控制器作为换相、速度及位置的检出所以应用范围相当广泛。根据检测原理,编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。根据其刻度方法及信号输出形式,分为增量式编码器和绝对式编码器。光电编码器是利用光栅衍射原理实现位移—数字变换的,从50年代开始应用于机床和计算仪器,因其结构简单、计量精度高、寿命长等优点,在国内外受到重视和推广,在精密定位、速度、长度、加速度、振动等方面得到广泛的应用。   a.增量式编码器特点:   增量式编码器转轴旋转时,有相应的脉冲输出,其计数起点任意设定,可实现多圈无限累加和测量。编码器轴转一圈会输出固定的脉冲,脉冲数由编码器光栅的线数决定。需要提高分辨率时,可利用 90 度相位差的 A、B 两路信号进行倍频或更换高分辨率编码器。   b.绝对式编码器特点   绝对式编码器有与位置相对应的代码输出,通常为二进制码或 BCD 码。从代码数大小的变化可以判别正反方向和位移所处的位置,绝对零位代码还可以用于停电位置记忆。绝对式编码器的测量范围常规为 0—360 度。   增量型旋转编码器   轴的每圈转动,增量型编码器提供一定数量的脉冲。周期性的测量或者单位时间内的脉冲计数可以用来测量移动的速度。如果在一个参考点后面脉冲数被累加,计算值就代表了转动角度或行程的参数。双通道编码器输出脉冲之间相差为90o。能使接收脉冲的电子设备接收轴的旋转感应信号, 因此可用来实现双向的定位控制;另外,三通道增量型旋转编码器每一圈产生一个称之为零位信号的脉冲。   增量型绝对值旋转编码器为每一个轴的位置提供一个独一无二的编码数字值。特别是在定位控制应用中,绝对值编码器减轻了电子接收设备的计算任务,从而省去了复杂的和昂贵的输入装置:而且,当机器合上电源或电源故障后再接通电源,不需要回到位置参考点,就可利用当前的位置值。   单圈绝对值编码器把轴细分成规定数量的测量步,最大的分辨率为13位,这就意味着最大可区分8192个位置+多圈绝对值编码器不仅能在一圈内测量角位移,而且能幸,J用多步齿轮测量圈数。多圈的圈数为12位,也就是说最大4096圈可以被识别。总的分辨率可达到25位或者33,554,432个测量步数。并行绝对值旋转编码器传输位置值到估算电子装置通过几根电缆并行传送。   增量型→绝对型编码器   旋转增量值编码器以转动时输出脉冲,通过计数设备来计算其位置,当编码器不动或停电时,依靠计数设备的内部记忆来记住位置。这样,当停电后,编码器不能有任何的移动,当来电工作时,编码器输出脉冲过程中,也不能有干扰而丢失脉冲,不然,计数设备计算并记忆的零点就会偏移,而且这种偏移的量是无从知道的,只有错误的结果出现后才能知道。   解决的方法是增加参考点,编码器每经过参考点,将参考位置修正进计数设备的记忆位置。在参考点以前,是不能保证位置的准确性的。在工控中就有每次操作先找参考点,开机找零等方法。 这样的方法对有些工控项目比较麻烦,甚至不允许开机找零(开机后就要知道准确位置),有一些工况也不允许使用中因干扰影响而产生位置错误,于是就有了绝对编码器的出现。 绝对值旋转编码器光码盘上有许多道光通道刻线,每道刻线依次以2线、4线、8线、16线。。。。。。编排,这样,在编码器的每一个位置,通过读取每道刻线的通、暗,获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码(格雷码),这就称为n位绝对编码器。这样的编码器是由光电码盘的机械位置决定的,它不受停电、干扰的影响,由于绝对值编码器由机械位置决定的每个位置是唯一的,它无需记忆,无需找参考点,而且不用一直计数,什么时候需要知道位置,什么时候就去读取它的位置。这样,编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。   从单圈绝对值编码器到多圈绝对值编码器   单圈绝对值编码器,以转动中测量光电码盘各道刻线,以获取唯一的编码,当转动超过360度时,编码又回到原点,这样就不符合绝对编码唯一的原则,这样的编码器只能用于旋转范围360度以内的测量,称为单圈绝对值编码器。要测量旋转超过360度范围,就要用到多圈绝对值编码器。 编码器生产厂家运用钟表齿轮机械的原理,当中心码盘旋转时,通过齿轮传动另一组码盘(或多组齿轮,多组码盘),在单圈编码的基础上再增加圈数的编码,以扩大编码器的测量范围,这样的绝对编码器就称为多圈式绝对编码器,它同样是每个位置编码唯一不重复的,而无需记忆。   多圈编码器另一个优点是由于测量范围大,实际使用往往富裕较多, 这样在安装时不必要费劲找零点, 将某一中间位置作为起始点就可以了,而大大简化了安装调试难度。   绝对值编码器的信号输出   绝对值编码器信号输出有并行输出、串行输出、总线型输出、变送一体型输出等,单圈低位数的编码器一般用并行信号输出,而高位数的和多圈的编码器输出信号不用并行信号(并行信号连接线多,易错码易损坏),一般为串行或总线型输出。其中串行最常用的是时钟同步串联信号(SSI);总线型最常用的是PROFIBUS-DP型,其他的还有DeviceNet, CAN, Interbus, CC-link等;变送一体型输出使用方便,但精度有所牺牲。

编码器

【概要描述】  开放分类: 技术、科学、测试、物理

  编码器是把角位移或直线位移转换成电信号的一种装置。前者称为码盘,后者称码尺.按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种.接触式采用电刷输出,一电刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态是“1”还是“0”;非接触式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件,采用光敏元件时以透光区和不透光区来表示代码的状态是“1”还是“0”。

  按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号,再把这个电信号转变成计数脉冲,用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码,因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关,而与测量的中间过程无关。

  从接近开关、光电开关到旋转编码器

  工业控制中的定位,接近开关、光电开关的应用已经相当成熟了,而且很好用。可是,随着工控的不断发展,又有了新的要求,这样,选用旋转编码器的应用优点就突出了:

  信息化:除了定位,控制室还可知道其具体位置;

  柔性化:定位可以在控制室柔性调整;

  现场安装的方便和安全、长寿:拳头大小的一个旋转编码器,可以测量从几个μ到几十几百米的距离,n个工位,只要解决一个旋转编码器的安全安装问题,可以避免诸多接近开关、光电开关在现场机械安装麻烦,容易被撞坏和遭高温、水气困扰等问题。由于是光电码盘,无机械损耗,只要安装位置准确,其使用寿命往往很长。

  多功能化:除了定位,还可以远传当前位置,换算运动速度,对于变频器,步进电机等的应用尤为重要。

  经济化:对于多个控制工位,只需一个旋转编码器的成本,以及更主要的安装、维护、损耗成本降低,使用寿命增长,其经济化逐渐突显出来。

  如上所述优点,旋转编码器已经越来越广泛地被应用于各种工控场合。从增量式编码器到绝对式编码器,旋转增量式编码器以转动时输出脉冲,通过计数设备来知道其位置,当编码器不动或停电时,依靠计数设备的内部记忆来记住位置。这样,当停电后,编码器不能有任何的移动,当来电工作时,编码器输出脉冲过程中,也不能有干扰而丢失脉冲,不然,计数设备记忆的零点就会偏移,而且这种偏移的量是无从知道的,只有错误的生产结果出现后才能知道。

  解决的方法是增加参考点,编码器每经过参考点,将参考位置修正进计数设备的记忆位置。在参考点以前,是不能保证位置的准确性的。为此,在工控中就有每次操作先找参考点,开机找零等方法。

  比如,打印机扫描仪的定位就是用的增量式编码器原理,每次开机,我们都能听到噼哩啪啦的一阵响,它在找参考零点,然后才工作。

  这样的方法对有些工控项目比较麻烦,甚至不允许开机找零(开机后就要知道准确位置),于是就有了绝对编码器的出现。

  绝对型旋转光电编码器,因其每一个位置绝对唯一、抗干扰、无需掉电记忆,已经越来越广泛地应用于各种工业系统中的角度、长度测量和定位控制。

  绝对编码器光码盘上有许多道刻线,每道刻线依次以2线、4线、8线、16线。。。。。。编排,这样,在编码器的每一个位置,通过读取每道刻线的通、暗,获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码(格雷码),这就称为n位绝对编码器。这样的编码器是由码盘的机械位置决定的,它不受停电、干扰的影响。

  绝对编码器由机械位置决定的每个位置的唯一性,它无需记忆,无需找参考点,而且不用一直计数,什么时候需要知道位置,什么时候就去读取它的位置。这样,编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。

  由于绝对编码器在定位方面明显地优于增量式编码器,已经越来越多地应用于工控定位中。绝对型编码器因其高精度,输出位数较多,如仍用并行输出,其每一位输出信号必须确保连接很好,对于较复杂工况还要隔离,连接电缆芯数多,由此带来诸多不便和降低可靠性,因此,绝对编码器在多位数输出型,一般均选用串行输出或总线型输出,德国生产的绝对型编码器串行输出最常用的是SSI(同步串行输出)。

  从单圈绝对式编码器到多圈绝对式编码器

  旋转单圈绝对式编码器,以转动中测量光码盘各道刻线,以获取唯一的编码,当转动超过360度时,编码又回到原点,这样就不符合绝对编码唯一的原则,这样的编码器只能用于旋转范围360度以内的测量,称为单圈绝对式编码器。

  如果要测量旋转超过360度范围,就要用到多圈绝对式编码器。

  编码器生产厂家运用钟表齿轮机械的原理,当中心码盘旋转时,通过齿轮传动另一组码盘(或多组齿轮,多组码盘),在单圈编码的基础上再增加圈数的编码,以扩大编码器的测量范围,这样的绝对编码器就称为多圈式绝对编码器,它同样是由机械位置确定编码,每个位置编码唯一不重复,而无需记忆。

  多圈编码器另一个优点是由于测量范围大,实际使用往往富裕较多,这样在安装时不必要费劲找零点,将某一中间位置作为起始点就可以了,而大大简化了安装调试难度。

  多圈式绝对编码器在长度定位方面的优势明显,已经越来越多地应用于工控定位中。

  绝对型旋转编码器的机械安装使用:

  绝对型旋转编码器的机械安装有高速端安装、低速端安装、辅助机械装置安装等多种形式。

  高速端安装:安装于动力马达转轴端(或齿轮连接),此方法优点是分辨率高,由于多圈编码器有4096圈,马达转动圈数在此量程范围内,可充分用足量程而提高分辨率,缺点是运动物体通过减速齿轮后,来回程有齿轮间隙误差,一般用于单向高精度控制定位,例如轧钢的辊缝控制。另外编码器直接安装于高速端,马达抖动须较小,不然易损坏编码器。

  低速端安装:安装于减速齿轮后,如卷扬钢丝绳卷筒的轴端或最后一节减速齿轮轴端,此方法已无齿轮来回程间隙,测量较直接,精度较高,此方法一般测量长距离定位,例如各种提升设备,送料小车定位等。

  辅助机械安装:

  常用的有齿轮齿条、链条皮带、摩擦转轮、收绳机械等。

  2.光电编码器分类和选择

  编码器Encoder为传感器(Sensor)类的一种,主要用来侦测机械运动的速度、位置、角度、距离或计数,除了应用在产业机械外,许多的马达控制如伺服马达、BLDC伺服马达均需配备编码器以供马达控制器作为换相、速度及位置的检出所以应用范围相当广泛。根据检测原理,编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。根据其刻度方法及信号输出形式,分为增量式编码器和绝对式编码器。光电编码器是利用光栅衍射原理实现位移—数字变换的,从50年代开始应用于机床和计算仪器,因其结构简单、计量精度高、寿命长等优点,在国内外受到重视和推广,在精密定位、速度、长度、加速度、振动等方面得到广泛的应用。

  a.增量式编码器特点:

  增量式编码器转轴旋转时,有相应的脉冲输出,其计数起点任意设定,可实现多圈无限累加和测量。编码器轴转一圈会输出固定的脉冲,脉冲数由编码器光栅的线数决定。需要提高分辨率时,可利用 90 度相位差的 A、B 两路信号进行倍频或更换高分辨率编码器。

  b.绝对式编码器特点

  绝对式编码器有与位置相对应的代码输出,通常为二进制码或 BCD 码。从代码数大小的变化可以判别正反方向和位移所处的位置,绝对零位代码还可以用于停电位置记忆。绝对式编码器的测量范围常规为 0—360 度。

  增量型旋转编码器

  轴的每圈转动,增量型编码器提供一定数量的脉冲。周期性的测量或者单位时间内的脉冲计数可以用来测量移动的速度。如果在一个参考点后面脉冲数被累加,计算值就代表了转动角度或行程的参数。双通道编码器输出脉冲之间相差为90o。能使接收脉冲的电子设备接收轴的旋转感应信号, 因此可用来实现双向的定位控制;另外,三通道增量型旋转编码器每一圈产生一个称之为零位信号的脉冲。

  增量型绝对值旋转编码器为每一个轴的位置提供一个独一无二的编码数字值。特别是在定位控制应用中,绝对值编码器减轻了电子接收设备的计算任务,从而省去了复杂的和昂贵的输入装置:而且,当机器合上电源或电源故障后再接通电源,不需要回到位置参考点,就可利用当前的位置值。

  单圈绝对值编码器把轴细分成规定数量的测量步,最大的分辨率为13位,这就意味着最大可区分8192个位置+多圈绝对值编码器不仅能在一圈内测量角位移,而且能幸,J用多步齿轮测量圈数。多圈的圈数为12位,也就是说最大4096圈可以被识别。总的分辨率可达到25位或者33,554,432个测量步数。并行绝对值旋转编码器传输位置值到估算电子装置通过几根电缆并行传送。

  增量型→绝对型编码器

  旋转增量值编码器以转动时输出脉冲,通过计数设备来计算其位置,当编码器不动或停电时,依靠计数设备的内部记忆来记住位置。这样,当停电后,编码器不能有任何的移动,当来电工作时,编码器输出脉冲过程中,也不能有干扰而丢失脉冲,不然,计数设备计算并记忆的零点就会偏移,而且这种偏移的量是无从知道的,只有错误的结果出现后才能知道。

  解决的方法是增加参考点,编码器每经过参考点,将参考位置修正进计数设备的记忆位置。在参考点以前,是不能保证位置的准确性的。在工控中就有每次操作先找参考点,开机找零等方法。 这样的方法对有些工控项目比较麻烦,甚至不允许开机找零(开机后就要知道准确位置),有一些工况也不允许使用中因干扰影响而产生位置错误,于是就有了绝对编码器的出现。 绝对值旋转编码器光码盘上有许多道光通道刻线,每道刻线依次以2线、4线、8线、16线。。。。。。编排,这样,在编码器的每一个位置,通过读取每道刻线的通、暗,获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码(格雷码),这就称为n位绝对编码器。这样的编码器是由光电码盘的机械位置决定的,它不受停电、干扰的影响,由于绝对值编码器由机械位置决定的每个位置是唯一的,它无需记忆,无需找参考点,而且不用一直计数,什么时候需要知道位置,什么时候就去读取它的位置。这样,编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。

  从单圈绝对值编码器到多圈绝对值编码器

  单圈绝对值编码器,以转动中测量光电码盘各道刻线,以获取唯一的编码,当转动超过360度时,编码又回到原点,这样就不符合绝对编码唯一的原则,这样的编码器只能用于旋转范围360度以内的测量,称为单圈绝对值编码器。要测量旋转超过360度范围,就要用到多圈绝对值编码器。 编码器生产厂家运用钟表齿轮机械的原理,当中心码盘旋转时,通过齿轮传动另一组码盘(或多组齿轮,多组码盘),在单圈编码的基础上再增加圈数的编码,以扩大编码器的测量范围,这样的绝对编码器就称为多圈式绝对编码器,它同样是每个位置编码唯一不重复的,而无需记忆。

  多圈编码器另一个优点是由于测量范围大,实际使用往往富裕较多, 这样在安装时不必要费劲找零点, 将某一中间位置作为起始点就可以了,而大大简化了安装调试难度。

  绝对值编码器的信号输出

  绝对值编码器信号输出有并行输出、串行输出、总线型输出、变送一体型输出等,单圈低位数的编码器一般用并行信号输出,而高位数的和多圈的编码器输出信号不用并行信号(并行信号连接线多,易错码易损坏),一般为串行或总线型输出。其中串行最常用的是时钟同步串联信号(SSI);总线型最常用的是PROFIBUS-DP型,其他的还有DeviceNet, CAN, Interbus, CC-link等;变送一体型输出使用方便,但精度有所牺牲。

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  开放分类: 技术、科学、测试、物理

  编码器是把角位移或直线位移转换成电信号的一种装置。前者称为码盘,后者称码尺.按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种.接触式采用电刷输出,一电刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态是“1”还是“0”;非接触式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件,采用光敏元件时以透光区和不透光区来表示代码的状态是“1”还是“0”。

  按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号,再把这个电信号转变成计数脉冲,用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码,因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关,而与测量的中间过程无关。

  从接近开关、光电开关到旋转编码器

  工业控制中的定位,接近开关、光电开关的应用已经相当成熟了,而且很好用。可是,随着工控的不断发展,又有了新的要求,这样,选用旋转编码器的应用优点就突出了:

  信息化:除了定位,控制室还可知道其具体位置;

  柔性化:定位可以在控制室柔性调整;

  现场安装的方便和安全、长寿:拳头大小的一个旋转编码器,可以测量从几个μ到几十几百米的距离,n个工位,只要解决一个旋转编码器的安全安装问题,可以避免诸多接近开关、光电开关在现场机械安装麻烦,容易被撞坏和遭高温、水气困扰等问题。由于是光电码盘,无机械损耗,只要安装位置准确,其使用寿命往往很长。

  多功能化:除了定位,还可以远传当前位置,换算运动速度,对于变频器,步进电机等的应用尤为重要。

  经济化:对于多个控制工位,只需一个旋转编码器的成本,以及更主要的安装、维护、损耗成本降低,使用寿命增长,其经济化逐渐突显出来。

  如上所述优点,旋转编码器已经越来越广泛地被应用于各种工控场合。从增量式编码器到绝对式编码器,旋转增量式编码器以转动时输出脉冲,通过计数设备来知道其位置,当编码器不动或停电时,依靠计数设备的内部记忆来记住位置。这样,当停电后,编码器不能有任何的移动,当来电工作时,编码器输出脉冲过程中,也不能有干扰而丢失脉冲,不然,计数设备记忆的零点就会偏移,而且这种偏移的量是无从知道的,只有错误的生产结果出现后才能知道。

  解决的方法是增加参考点,编码器每经过参考点,将参考位置修正进计数设备的记忆位置。在参考点以前,是不能保证位置的准确性的。为此,在工控中就有每次操作先找参考点,开机找零等方法。

  比如,打印机扫描仪的定位就是用的增量式编码器原理,每次开机,我们都能听到噼哩啪啦的一阵响,它在找参考零点,然后才工作。

  这样的方法对有些工控项目比较麻烦,甚至不允许开机找零(开机后就要知道准确位置),于是就有了绝对编码器的出现。

  绝对型旋转光电编码器,因其每一个位置绝对唯一、抗干扰、无需掉电记忆,已经越来越广泛地应用于各种工业系统中的角度、长度测量和定位控制。

  绝对编码器光码盘上有许多道刻线,每道刻线依次以2线、4线、8线、16线。。。。。。编排,这样,在编码器的每一个位置,通过读取每道刻线的通、暗,获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码(格雷码),这就称为n位绝对编码器。这样的编码器是由码盘的机械位置决定的,它不受停电、干扰的影响。

  绝对编码器由机械位置决定的每个位置的唯一性,它无需记忆,无需找参考点,而且不用一直计数,什么时候需要知道位置,什么时候就去读取它的位置。这样,编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。

  由于绝对编码器在定位方面明显地优于增量式编码器,已经越来越多地应用于工控定位中。绝对型编码器因其高精度,输出位数较多,如仍用并行输出,其每一位输出信号必须确保连接很好,对于较复杂工况还要隔离,连接电缆芯数多,由此带来诸多不便和降低可靠性,因此,绝对编码器在多位数输出型,一般均选用串行输出或总线型输出,德国生产的绝对型编码器串行输出最常用的是SSI(同步串行输出)。

  从单圈绝对式编码器到多圈绝对式编码器

  旋转单圈绝对式编码器,以转动中测量光码盘各道刻线,以获取唯一的编码,当转动超过360度时,编码又回到原点,这样就不符合绝对编码唯一的原则,这样的编码器只能用于旋转范围360度以内的测量,称为单圈绝对式编码器。

  如果要测量旋转超过360度范围,就要用到多圈绝对式编码器。

  编码器生产厂家运用钟表齿轮机械的原理,当中心码盘旋转时,通过齿轮传动另一组码盘(或多组齿轮,多组码盘),在单圈编码的基础上再增加圈数的编码,以扩大编码器的测量范围,这样的绝对编码器就称为多圈式绝对编码器,它同样是由机械位置确定编码,每个位置编码唯一不重复,而无需记忆。

  多圈编码器另一个优点是由于测量范围大,实际使用往往富裕较多,这样在安装时不必要费劲找零点,将某一中间位置作为起始点就可以了,而大大简化了安装调试难度。

  多圈式绝对编码器在长度定位方面的优势明显,已经越来越多地应用于工控定位中。

  绝对型旋转编码器的机械安装使用:

  绝对型旋转编码器的机械安装有高速端安装、低速端安装、辅助机械装置安装等多种形式。

  高速端安装:安装于动力马达转轴端(或齿轮连接),此方法优点是分辨率高,由于多圈编码器有4096圈,马达转动圈数在此量程范围内,可充分用足量程而提高分辨率,缺点是运动物体通过减速齿轮后,来回程有齿轮间隙误差,一般用于单向高精度控制定位,例如轧钢的辊缝控制。另外编码器直接安装于高速端,马达抖动须较小,不然易损坏编码器。

  低速端安装:安装于减速齿轮后,如卷扬钢丝绳卷筒的轴端或最后一节减速齿轮轴端,此方法已无齿轮来回程间隙,测量较直接,精度较高,此方法一般测量长距离定位,例如各种提升设备,送料小车定位等。

  辅助机械安装:

  常用的有齿轮齿条、链条皮带、摩擦转轮、收绳机械等。

  2.光电编码器分类和选择

  编码器Encoder为传感器(Sensor)类的一种,主要用来侦测机械运动的速度、位置、角度、距离或计数,除了应用在产业机械外,许多的马达控制如伺服马达、BLDC伺服马达均需配备编码器以供马达控制器作为换相、速度及位置的检出所以应用范围相当广泛。根据检测原理,编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。根据其刻度方法及信号输出形式,分为增量式编码器和绝对式编码器。光电编码器是利用光栅衍射原理实现位移—数字变换的,从50年代开始应用于机床和计算仪器,因其结构简单、计量精度高、寿命长等优点,在国内外受到重视和推广,在精密定位、速度、长度、加速度、振动等方面得到广泛的应用。

  a.增量式编码器特点:

  增量式编码器转轴旋转时,有相应的脉冲输出,其计数起点任意设定,可实现多圈无限累加和测量。编码器轴转一圈会输出固定的脉冲,脉冲数由编码器光栅的线数决定。需要提高分辨率时,可利用 90 度相位差的 A、B 两路信号进行倍频或更换高分辨率编码器。

  b.绝对式编码器特点

  绝对式编码器有与位置相对应的代码输出,通常为二进制码或 BCD 码。从代码数大小的变化可以判别正反方向和位移所处的位置,绝对零位代码还可以用于停电位置记忆。绝对式编码器的测量范围常规为 0—360 度。

  增量型旋转编码器

  轴的每圈转动,增量型编码器提供一定数量的脉冲。周期性的测量或者单位时间内的脉冲计数可以用来测量移动的速度。如果在一个参考点后面脉冲数被累加,计算值就代表了转动角度或行程的参数。双通道编码器输出脉冲之间相差为90o。能使接收脉冲的电子设备接收轴的旋转感应信号, 因此可用来实现双向的定位控制;另外,三通道增量型旋转编码器每一圈产生一个称之为零位信号的脉冲。

  增量型绝对值旋转编码器为每一个轴的位置提供一个唯一编码数字值。特别是在定位控制应用中,绝对值编码器减轻了电子接收设备的计算任务,从而省去了复杂的和昂贵的输入装置:而且,当机器合上电源或电源故障后再接通电源,不需要回到位置参考点,就可利用当前的位置值。

  单圈绝对值编码器把轴细分成规定数量的测量步,分辨率为13位,这就意味着最大可区分8192个位置+多圈绝对值编码器不仅能在一圈内测量角位移,而且能幸,J用多步齿轮测量圈数。多圈的圈数为12位,也就是说4096圈可以被识别。总的分辨率可达到25位或者33,554,432个测量步数。并行绝对值旋转编码器传输位置值到估算电子装置通过几根电缆并行传送。

  增量型→绝对型编码器

  旋转增量值编码器以转动时输出脉冲,通过计数设备来计算其位置,当编码器不动或停电时,依靠计数设备的内部记忆来记住位置。这样,当停电后,编码器不能有任何的移动,当来电工作时,编码器输出脉冲过程中,也不能有干扰而丢失脉冲,不然,计数设备计算并记忆的零点就会偏移,而且这种偏移的量是无从知道的,只有错误的结果出现后才能知道。

  解决的方法是增加参考点,编码器每经过参考点,将参考位置修正进计数设备的记忆位置。在参考点以前,是不能保证位置的准确性的。在工控中就有每次操作先找参考点,开机找零等方法。 这样的方法对有些工控项目比较麻烦,甚至不允许开机找零(开机后就要知道准确位置),有一些工况也不允许使用中因干扰影响而产生位置错误,于是就有了绝对编码器的出现。 绝对值旋转编码器光码盘上有许多道光通道刻线,每道刻线依次以2线、4线、8线、16线。。。。。。编排,这样,在编码器的每一个位置,通过读取每道刻线的通、暗,获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码(格雷码),这就称为n位绝对编码器。这样的编码器是由光电码盘的机械位置决定的,它不受停电、干扰的影响,由于绝对值编码器由机械位置决定的每个位置是唯一的,它无需记忆,无需找参考点,而且不用一直计数,什么时候需要知道位置,什么时候就去读取它的位置。这样,编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。

  从单圈绝对值编码器到多圈绝对值编码器

  单圈绝对值编码器,以转动中测量光电码盘各道刻线,以获取唯一的编码,当转动超过360度时,编码又回到原点,这样就不符合绝对编码唯一的原则,这样的编码器只能用于旋转范围360度以内的测量,称为单圈绝对值编码器。要测量旋转超过360度范围,就要用到多圈绝对值编码器。 编码器生产厂家运用钟表齿轮机械的原理,当中心码盘旋转时,通过齿轮传动另一组码盘(或多组齿轮,多组码盘),在单圈编码的基础上再增加圈数的编码,以扩大编码器的测量范围,这样的绝对编码器就称为多圈式绝对编码器,它同样是每个位置编码唯一不重复的,而无需记忆。

  多圈编码器另一个优点是由于测量范围大,实际使用往往富裕较多, 这样在安装时不必要费劲找零点, 将某一中间位置作为起始点就可以了,而大大简化了安装调试难度。

  绝对值编码器的信号输出

  绝对值编码器信号输出有并行输出、串行输出、总线型输出、变送一体型输出等,单圈低位数的编码器一般用并行信号输出,而高位数的和多圈的编码器输出信号不用并行信号(并行信号连接线多,易错码易损坏),一般为串行或总线型输出。其中串行最常用的是时钟同步串联信号(SSI);总线型最常用的是PROFIBUS-DP型,其他的还有DeviceNet, CAN, Interbus, CC-link等;变送一体型输出使用方便,但精度有所牺牲。

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