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編碼器的基礎(chǔ)知識(shí)
 
更新時(shí)間:2017.01.19 瀏覽次數(shù):
 

 增量旋轉(zhuǎn)編碼器選型有哪些注意事項(xiàng)?

 

  應(yīng)注意三方面的參數(shù):

 

  1. 機(jī)械安裝尺寸,包括定位止口,軸徑,安裝孔位;電纜出線方式;安裝空間體積;工作環(huán)境防護(hù)等級(jí)是否滿足要求。

 

  2.分辨率,即編碼器工作時(shí)每圈輸出的脈沖數(shù),是否滿足設(shè)計(jì)使用精度要求。

 

  3.電氣接口,編碼器輸出方式常見有推拉輸出(F型HTL格式),電壓輸出(E),集電極開路(C,常見C為NPN型管輸出,C2為PNP型管輸出),長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)器輸出。其輸出方式應(yīng)和其控制系統(tǒng)的接口電路相匹配。

 

請(qǐng)教如何使用增量編碼器?

 

  1.增量型旋轉(zhuǎn)編碼器有分辨率的差異,使用每圈產(chǎn)生的脈沖數(shù)來計(jì)量,數(shù)目從6到5400或更高,脈沖數(shù)越多,分辨率越高;這是選型的重要依據(jù)之一。

 

  2.增量型編碼器通常有三路信號(hào)輸出(差分有六路信號(hào)):A,B和Z,一般采用TTL電平,A脈沖在前,B脈沖在后,A,B脈沖相差90度,每圈發(fā)出一個(gè)Z脈沖,可作為參考機(jī)械零位。一般利用A超前B或B超前A進(jìn)行判向。

 

  3.使用PLC采集數(shù)據(jù),可選用高速計(jì)數(shù)模塊;使用工控機(jī)采集數(shù)據(jù),可選用高速計(jì)數(shù)板卡;使用單片機(jī)采集數(shù)據(jù),建議選用帶光電耦合器的輸入端口。

 

  4.建議B脈沖做順向(前向)脈沖,A脈沖做逆向(后向)脈沖,Z原點(diǎn)零位脈沖。

 

  5.在電子裝置中設(shè)立計(jì)數(shù)棧。

 

  關(guān)于電源供應(yīng)及編碼器和PLC連接:

 

  一般編碼器的工作電源有三種:5Vdc、5-13 Vdc或11-26Vdc。如果你買的編碼器用的是 11-26Vdc的,就可以用PLC的24V電源,需注意的是:

 

  1.編碼器的耗電流,在PLC的電源功率范圍內(nèi)。

 

  2.編碼器如是并行輸出,連接PLC的I/O點(diǎn),需了解編碼器的信號(hào)電平是推拉式(或稱推挽式)輸出還是集電極開路輸出,如是集電極開路輸出的,有N型和P型兩種,需與PLC的I/O極性相同。如是推拉式輸出則連接沒有什么問題。

 

  3.編碼器如是驅(qū)動(dòng)器輸出,一般信號(hào)電平是5V的,連接的時(shí)候要小心,不要讓24V的電源電平串入5V的信號(hào)接線中去而損壞編碼器的信號(hào)端。

 

  干擾的問題

 

  選擇什么樣的輸出對(duì)抗干擾也很重要,一般輸出帶反向信號(hào)的抗干擾要好一些,即A+~A-,B+~B-,Z+~Z-,其特征是加上電源8根線,而不是5根線(共零)。帶反向信號(hào)的在電纜中的傳輸是對(duì)稱的,受干擾小,在接受設(shè)備中也可以再增加判斷(例如接受設(shè)備的信號(hào)利用A、B信號(hào)90°相位差,讀到電平10、11、01、00四種狀態(tài)時(shí),計(jì)為一有效脈沖,此方案可有效提高系統(tǒng)抗干擾性能(計(jì)數(shù)準(zhǔn)確))。

 

  何為長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)?普通型編碼器能否遠(yuǎn)距離傳送?

 

  長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)也稱差分長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng),5V,TTL的正負(fù)波形對(duì)稱形式,由于其正負(fù)電流方向相反,對(duì)外電磁場(chǎng)抵消,故抗干擾能力較強(qiáng)。普通型編碼器一般傳輸距離是100米,如果是24V HTL型且有對(duì)稱負(fù)信號(hào)的,傳輸距離300-400米。

 

  增量光柵Z信號(hào)可否作零點(diǎn)?圓光柵編碼器如何選用?

 

  無論直線光柵還是軸編碼器其Z信號(hào)的均可達(dá)到同A\B信號(hào)相同的精確度,只不過軸編碼器是一圈一個(gè),而直線光柵是每隔一定距離一個(gè),用這個(gè)信號(hào)可達(dá)到很高的重復(fù)精度。可先用普通的接近開關(guān)初定位,然后找為接近的Z信號(hào)(每次同方向找),裝的時(shí)候不要望忘了將其相位調(diào)的和光柵相位一致,否則不準(zhǔn)。

 

  增量型編碼器和絕對(duì)型編碼器有何區(qū)別?做一個(gè)伺服系統(tǒng)時(shí)怎么選擇呢?

 

  常用的為增量型編碼器,如果對(duì)位置、零位有嚴(yán)格要求用絕對(duì)型編碼器。伺服系統(tǒng)要具體分析,看應(yīng)用場(chǎng)合。

 

  測(cè)速度用常用增量型編碼器,可無限累加測(cè)量;測(cè)位置用絕對(duì)型編碼器,位置唯一性(單圈或多圈),終看應(yīng)用場(chǎng)合,看要實(shí)現(xiàn)的目的和要求。

 

  絕對(duì)型旋轉(zhuǎn)編碼器選型注意事項(xiàng),旋轉(zhuǎn)編碼器和接近開關(guān)、光電開關(guān)優(yōu)勢(shì)比較:

絕對(duì)編碼器單圈從經(jīng)濟(jì)型8位到高精度17位;

  

  絕對(duì)編碼器多圈大部分用25位,輸出有SSI,總線。

 

  從增量式編碼器到絕對(duì)式編碼器旋轉(zhuǎn)增量式編碼器以轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)輸出脈沖,通過計(jì)數(shù)設(shè)備來知道其位置,當(dāng)編碼器不動(dòng)或停電時(shí),依靠計(jì)數(shù)設(shè)備的內(nèi)部記憶來記住位置。這樣,當(dāng)停電后,編碼器不能有任何的移動(dòng),當(dāng)來電工作時(shí),編碼器輸出脈沖過程中,也不能有干擾而丟失脈沖,不然,計(jì)數(shù)設(shè)備記憶的零點(diǎn)就會(huì)偏移,而且這種偏移的量是無從知道的,只有錯(cuò)誤的生產(chǎn)結(jié)果出現(xiàn)后才能知道。

 

  解決的方法是增加參考點(diǎn),編碼器每經(jīng)過參考點(diǎn),將參考位置修正進(jìn)計(jì)數(shù)設(shè)備的記憶位置。在參考點(diǎn)以前,是不能保證位置的準(zhǔn)確性的。為此,在工控中就有每次操作先找參考點(diǎn),開機(jī)找零等方法。

 

  比如,打印機(jī)掃描儀的定位就是用的增量式編碼器原理,每次開機(jī),我們都能聽到噼哩啪啦的一陣響,它在找參考零點(diǎn),然后才工作。

 

  這樣的方法對(duì)有些工控項(xiàng)目比較麻煩,甚至不允許開機(jī)找零(開機(jī)后就要知道準(zhǔn)確位置),于是就有了絕對(duì)編碼器的出現(xiàn)。

 

  絕對(duì)編碼器光碼盤上有許多道刻線,每道刻線依次以2線、4線、8線、16線。編排,這樣,在編碼器的每一個(gè)位置,通過讀取每道刻線的通、暗,獲得一組從2的零次方到2的n-1次方的唯一的2進(jìn)制編碼(格雷碼),這就稱為n位絕對(duì)編碼器。這樣的編碼器是由碼盤的機(jī)械位置決定的,它不受停電、干擾的影響。

 

  絕對(duì)編碼器由機(jī)械位置決定的每個(gè)位置的唯一性,它無需記憶,無需找參考點(diǎn),而且不用一直計(jì)數(shù),什么時(shí)候需要知道位置,什么時(shí)候就去讀取它的位置。這樣,編碼器的抗干擾特性、數(shù)據(jù)的可靠性大大提高了。

 

  由于絕對(duì)編碼器在位置定位方面明顯地優(yōu)于增量式編碼器,已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于工控定位中。測(cè)速度需要可以無限累加測(cè)量,目前增量型編碼器在測(cè)速應(yīng)用方面仍處于無可取代的主流位置。

 

  從單圈絕對(duì)式編碼器到多圈絕對(duì)式編碼器,旋轉(zhuǎn)單圈絕對(duì)式編碼器,以轉(zhuǎn)動(dòng)中測(cè)量光碼盤各道刻線,以獲取唯一的編碼,當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)超過360度時(shí),編碼又回到原點(diǎn),這樣就不符合絕對(duì)編碼唯一的原則,這樣的編碼器只能用于旋轉(zhuǎn)范圍360度以內(nèi)的測(cè)量,稱為單圈絕對(duì)式編碼器。

 

  如果要測(cè)量旋轉(zhuǎn)超過360度范圍,就要用到多圈絕對(duì)式編碼器。

  編碼器生產(chǎn)廠家運(yùn)用鐘表齒輪機(jī)械的原理,當(dāng)中心碼盤旋轉(zhuǎn)時(shí),通過齒輪傳動(dòng)另一組碼盤(或多組齒輪,多組碼盤),在單圈編碼的基礎(chǔ)上再增加圈數(shù)的編碼,以擴(kuò)大編碼器的測(cè)量范圍,這樣的絕對(duì)編碼器就稱為多圈式絕對(duì)編碼器,它同樣是由機(jī)械位置確定編碼,每個(gè)位置編碼唯一不重復(fù),而無需記憶。

 

  多圈編碼器另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是由于測(cè)量范圍大,實(shí)際使用往往富裕較多,這樣在安裝時(shí)不必要費(fèi)勁找零點(diǎn),將某一中間位置作為起始點(diǎn)就可以了,而大大簡(jiǎn)化了安裝調(diào)試難度。

 

絕對(duì)型編碼器的串行和并行輸出的介紹并行輸出:

 

  絕對(duì)型編碼器輸出的是多位數(shù)碼(格雷碼或純二進(jìn)制碼),并行輸出就是在接口上有多點(diǎn)高低電平輸出,以代表數(shù)碼的1或0,對(duì)于位數(shù)不高的絕對(duì)編碼器,一般就直接以此形式輸出數(shù)碼,可直接進(jìn)入PLC或上位機(jī)的I/O接口,輸出即時(shí),連接簡(jiǎn)單。但是并行輸出有如下問題:

  1.是格雷碼,因?yàn)槿缡羌兌M(jìn)制碼,在數(shù)據(jù)刷新時(shí)可能有多位變化,讀數(shù)會(huì)在短時(shí)間里造成錯(cuò)碼。

 

  2.所有接口確保連接好,因?yàn)槿缬袀(gè)別連接不良點(diǎn),該點(diǎn)電位始終是0,造成錯(cuò)碼而無法判斷。

 

  3.傳輸距離不能遠(yuǎn),一般在一兩米,對(duì)于復(fù)雜環(huán)境,好有隔離。

  4.對(duì)于位數(shù)較多,要許多芯電纜,并要確保連接優(yōu)良,由此帶來工程難度,同樣,對(duì)于編碼器,要同時(shí)有許多節(jié)點(diǎn)輸出,增加編碼器的故障損壞率。

 

并行:時(shí)間上,數(shù)據(jù)同時(shí)發(fā)出;空間上,每個(gè)位數(shù)的數(shù)據(jù)各占用一根線纜。

 

增量型編碼器輸出的通常是并行輸出。

 

  串行輸出:

  串行輸出就是通過約定,在時(shí)間上有先后的數(shù)據(jù)輸出,這種約定稱為通訊規(guī)約,其連接的物理形式有RS232、RS422(TTL)、RS485等。

 

  串行輸出連接線少,傳輸距離遠(yuǎn),對(duì)于編碼器的保護(hù)和可靠性就大大提高了,一般高位數(shù)的絕對(duì)編碼器都是用串行輸出的。

  由于絕對(duì)型編碼器的部分知名廠家在德國(guó),所以串行輸出大部分是與德國(guó)的西門子配套的,如SSI同步串行輸出,總線型是PROFIBUS-DP的輸出等。

 

  串行輸出編碼器連接德國(guó)西門子的設(shè)備是比較容易的,但是連接非德國(guó)系的設(shè)備,接口就是問題了,我公司提供各種接口輸出的儀表,可以解決這樣的問題。

 

串行:時(shí)間上,數(shù)據(jù)按照約定,有先后;空間上,所有位數(shù)的數(shù)據(jù)都在一組線纜上(先后)發(fā)出。

 

  串行編碼器應(yīng)該都是絕對(duì)式的?

 

  串行是指按時(shí)間約定,串行輸出數(shù)字編碼信號(hào),基本是絕對(duì)的,但也有一些增量編碼器,通過內(nèi)置電池記憶原點(diǎn),其也可以通過串行輸出位置值,如電池線不聯(lián),還是增量編碼器,此也稱為偽絕對(duì)值編碼器,在一些日本伺服系統(tǒng)中較多見。其本質(zhì)其實(shí)還是增量編碼器。

為什么叫“絕對(duì)型編碼器”?

 

“絕對(duì)型編碼器”相對(duì)于“增量型編碼器”而言。

 

“絕對(duì)型編碼器”使用某種方式表示并記憶物體的絕對(duì)位置,角度和圈數(shù)。即一旦位置,角度和圈數(shù)固定,什么時(shí)候編碼器的示值都唯一固定,包括停電后投電!霸隽啃途幋a器”做不到這一點(diǎn)。一般“增量型編碼器”輸出兩個(gè)A、B脈沖信號(hào),和一個(gè)Z(L)零位信號(hào),A、B脈沖互差90度相位角。通過脈沖計(jì)數(shù)可以知道位置,角度和圈數(shù)增量,通過A,B脈沖信號(hào)超前或滯后可以知道方向,停電后,從約定的基準(zhǔn)重新開始計(jì)數(shù)!霸隽啃途幋a器”表示位置,角度和圈數(shù)需要做后處理,重新投電要做“復(fù)零”操作,所以,“增量型編碼器”比“絕對(duì)型編碼器”在價(jià)格上便宜許多。

 

  絕對(duì)值編碼器SSI輸出,同時(shí)提供了增量值信號(hào)A、B兩相1Vpp,是派什么用處的? 

 

  在我們提供的絕對(duì)值編碼器,德國(guó)的HEIDENHAIN的SSI輸出和德國(guó)HENGSTLER的SSI輸出,都同時(shí)提供了增量值信號(hào)A、B兩相1Vpp正弦波輸出,構(gòu)成了絕對(duì)與增量的雙輸出,很多用戶不明白這個(gè)增量信號(hào)是干什么用的,而剪掉聯(lián)線廢棄不用,真是蠻可惜的。

 

  一.此增量信號(hào)可以作為絕對(duì)信號(hào)的冗余。

 

   二.可以讓絕對(duì)信號(hào)作為位置閉環(huán),而增量信號(hào)作為速度閉環(huán),構(gòu)成位置控制與速度控制的雙閉環(huán)系統(tǒng),以達(dá)到位置的準(zhǔn)確(無位置沖過頭而振蕩)和速度的高效,這是一個(gè)較先進(jìn)的課題,目前國(guó)內(nèi)似乎還沒有看到有很好的應(yīng)用介紹。

 

  三.增量信號(hào)是正弦波信號(hào),其可以用模擬電路細(xì)分,這樣,在絕對(duì)值編碼器兩個(gè)小相鄰碼之間,還可以因?yàn)橄辔坏淖兓煌,獲得更精細(xì)的分辨率,從而可以大大提高絕對(duì)值編碼器的分辨率。

 

  電子凸輪開關(guān)

 

  現(xiàn)在還有一種絕對(duì)值、增量值、定位電子凸輪開關(guān)三輸出的編碼器,除了上面介紹的RS485  絕對(duì)值信號(hào)、A/B增量值信號(hào)以外,還同時(shí)提供了多點(diǎn)定位電子凸輪開關(guān),可預(yù)設(shè)定位開關(guān),到預(yù)設(shè)位置可直接輸出開關(guān)信號(hào),控制減速、停車。這樣,這一個(gè)絕對(duì)值編碼器可同時(shí)輸出連續(xù)絕對(duì)值信號(hào)顯示位置、輸出增量值信號(hào)作速度閉環(huán)、輸出定位電子凸輪開關(guān)控制減速、定位!

 

  SSI與Biss、Endat、Hipeface:

 

  SSI為同步串聯(lián)界面(synchronous-serial interface)的英文縮寫,其實(shí)際為兩個(gè)RS422通道,利用中斷的時(shí)鐘同步讀數(shù),高時(shí)鐘速度1.1 MHz.

 

  ssi的數(shù)據(jù)形式簡(jiǎn)單,一般不包含CRC校驗(yàn)、產(chǎn)品內(nèi)部信息及地址,在運(yùn)動(dòng)控制中,有提出更快、信息更多的要求時(shí),各家編碼器廠家推出了各自的方案,以海德漢為首的聯(lián)合西門子公司,推出的是Endat;以寶馬集團(tuán)及亨斯樂推出的是Biss(有個(gè)Biss協(xié)會(huì));以STEGMANN為首的推出hipeface.實(shí)際上都是在SSI的基礎(chǔ)上的改良的,基本物理格式都差不多,RS422(或RS485),由時(shí)鐘脈沖觸發(fā),只是速度更快,可達(dá)2-10MHZ,并可增加編碼器的內(nèi)部信息、CRC校驗(yàn)、故障報(bào)警的功能,有的可以增加地址,有的可以增加正余弦增量信號(hào)作冗余。由于目前的協(xié)議不同一,這些輸出都要連接專用的接口,故具體使用,還是建議直接找各自的編碼器廠家咨詢?yōu)楹谩?/SPAN>

 

就我們使用的經(jīng)驗(yàn),除非你對(duì)速度及編碼器安全有特別的要求,一般還是用SSI通用的好,方便。

 

絕對(duì)型編碼器(多圈)與PLC的連接有多種方法,簡(jiǎn)單介紹幾種:

 

1。SSI或各種總線連接,缺點(diǎn)是要用專用SSI接口或總線模塊,有的PLC還沒有,成本較高。

 

2。并行連接,進(jìn)PLC的開關(guān)輸入模塊,但多圈的位數(shù)高,要十幾、二十幾根線纜,可靠性降低,成本上去了。

 

3。4--20mA(選擇有模擬量輸出功能的絕對(duì)值多圈編碼器)進(jìn)模擬量電流模塊,缺點(diǎn),精度有所犧牲。

 

4。MODBUS RTU進(jìn)485通訊接口(要有雙向功能的),缺點(diǎn):要專門編程,速度可能降低,有時(shí)設(shè)備地址會(huì)丟。

 

一般的單圈位數(shù)低的用第二種方法。而多圈的要看應(yīng)用了,簡(jiǎn)單點(diǎn)的用4--20mA的方法。

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