編碼器應(yīng)用問答

　　一 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 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。

　　二 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;在工控自動(dòng)化的如今，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。

　　三 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。(我公司也可以做寬電壓驅(qū)動(dòng)器輸出(5-30 Vdc)，有此要求定貨時(shí)要注明)

　　四 在很多的情況之下是編碼器并沒有壞，而只是干擾的原因，造成波型不好，導(dǎo)致計(jì)數(shù)不準(zhǔn)。請(qǐng)教如何進(jìn)行判斷?

　　編碼器屬精密元件，這主要因?yàn)榫幋a器周圍干擾比較嚴(yán)重，比如：是否有大型電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī)頻繁起動(dòng)造成干擾，是否和動(dòng)力線同一管道傳輸?shù)取?/p>

　　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))。

　　就是編碼器也有好壞，其碼盤\電子芯片\內(nèi)部電路\信號(hào)輸出的差別很大，要不然怎么一個(gè)1000線的增量型編碼器會(huì)從300多元到3000多元差別那么大呢?

　?、倥懦?搬離、關(guān)閉、隔離)干擾源

　?、谂袛嗍欠駷闄C(jī)械間隙累計(jì)誤差

　?、叟袛嗍欠駷榭刂葡到y(tǒng)和編碼器的電路接口不匹配(編碼器選型錯(cuò)誤);

　?、佗冖鄯椒▋斣嚭蠊收犀F(xiàn)象排除，則可初步判斷，若未排除須進(jìn)一步分析。

　　判斷是否為編碼器自身故障的簡(jiǎn)單方法是排除法。排除法的具體方法是：用一臺(tái)相同型號(hào)的編碼器替換上去，如果故障現(xiàn)象相同，可基本排除是編碼器故障問題，因?yàn)閮膳_(tái)編碼器同時(shí)有故障的小概率事件發(fā)生可能很小，可以看作為0。假如換一臺(tái)相同型號(hào)編碼器上去，故障現(xiàn)象立刻排除，則可基本判定是編碼器故障。

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

　　長線驅(qū)動(dòng)也稱差分長線驅(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。

　　六 能否簡(jiǎn)單介紹下旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)直線位移的方法?

　　1 使用“彈性連軸器”將旋轉(zhuǎn)編碼器與驅(qū)動(dòng)直線位移的動(dòng)力裝置的主軸直接聯(lián)軸。

　　2 使用小型齒輪(直齒，傘齒或蝸輪蝸桿)箱與動(dòng)力裝置聯(lián)軸。

　　3 使用在直齒條上轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪來傳遞直線位移信息。

　　4 在傳動(dòng)鏈條的鏈輪上獲得直線位移信息。

　　5 在同步帶輪的同步帶上獲得直線位移信息。

　　6 使用安裝有磁性滾輪的旋轉(zhuǎn)編碼器在直線位移的平整鋼鐵材料表面獲得位移信息(避免滑差)。

　　7 使用類似“鋼皮尺”的“可回縮鋼絲總成”連接旋轉(zhuǎn)編碼器來探測(cè)直線位移信息(數(shù)據(jù)處理中須克服疊層卷繞誤差)。

　　8 類似7，使用帶小型力矩電機(jī)的“可回縮鋼絲總成”連接旋轉(zhuǎn)編碼器來探測(cè)直線位移信息(目前德國有類似產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，幾乎無疊層卷繞誤差)。

　　七 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?？上扔闷胀ǖ慕咏?a target="_blank">光電開關(guān)初定位，然后找最為接近的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)。

　　根據(jù)你的細(xì)分精度要求和分辯率要求選用。精度高自然要選用每周線紋高的，精度不高，就沒必要選用高線紋數(shù)的圓光柵編碼器了。

　　八 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)，最終看應(yīng)用場(chǎng)合，看要實(shí)現(xiàn)的目的和要求。

　　九 絕對(duì)型旋轉(zhuǎn)編碼器選型價(jià)格

　　絕對(duì)編碼器單圈從經(jīng)濟(jì)型8位到高精度17位，價(jià)格可以從幾百元到1萬多不等;

　　絕對(duì)編碼器多圈大部分用25位，輸出有SSI，總線Profibus-DP,Can L2,Interbus,DeviceNet,價(jià)格也可以從3千多到1萬多不等。

　　旋轉(zhuǎn)光電編碼器測(cè)量角度和長度，已是很成熟的技術(shù)了，現(xiàn)今再用上高精度大量程的絕對(duì)型編碼器，大大提高了測(cè)量精度和可靠性，而且經(jīng)濟(jì)實(shí)用。就目前來看，其仍然是測(cè)量長度的最多選擇。

　　十 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，在工控自動(dòng)化程序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)用于工控自動(dòng)化定位中。

　　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。

　　十一 能不能提示下選用絕對(duì)型編碼器應(yīng)注意哪些事項(xiàng)?

　　(一)機(jī)械部分

　　1.測(cè)長度還是測(cè)角度，測(cè)長度如何通過機(jī)械方式轉(zhuǎn)換。測(cè)角度是360度內(nèi)(單圈)，還是可能過360度(多圈)。生產(chǎn)過程是一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)循環(huán)工作，還是來回方向循環(huán)工作。

　　2.軸連接安裝形式，有軸型通過軟性聯(lián)軸器連接，還是軸套型連接。

　　3.使用環(huán)境：粉塵，水氣，震動(dòng)，撞擊

　　(二)電氣部分

　　1.連接的輸出接收部分是什么?

　　2.信號(hào)形式?

　　3.分辨率要求?

　　4.控制要求?

　　十二 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。

　　多圈式絕對(duì)編碼器在長度定位方面的優(yōu)勢(shì)明顯，已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于工控定位中。