編碼器的工作原理

最近公司項目用到了編碼器

選用的編碼器  爲360脈衝

爲了方便其一圈發360個脈衝  ,當然精度只有一度 ,如果爲了高精度可以選用其他類型的

首先簡述一下編碼器的工作原理

編碼器可按以下方式來分類。

1、按碼盤的刻孔方式不同分類

(1)增量型:就是每轉過單位的角度就發出一個脈衝信號(也有發正餘弦信號,

編碼器(圖1)編碼器(圖1)

然後對其進行細分,斬波出頻率更高的脈衝),通常爲A相、B相、Z相輸出,A相、B相爲相互延遲1/4週期的脈衝輸出,根據延遲關係可以區別正反轉,而且通過取A相、B相的上升和下降沿可以進行2或4倍頻;Z相爲單圈脈衝,即每圈發出一個脈衝。

(2)絕對值型:就是對應一圈,每個基準的角度發出一個唯一與該角度對應二進制的數值,通過外部記圈器件可以進行多個位置的記錄和測量。

2、另外還有一種串口通信的 RS485 ,但基本原理同增量型和絕對值型一樣,  只是輸出的結果轉化爲485通信,不用來進行脈衝計數

 


  我們通常用的是增量型編碼器,可將旋轉編碼器的輸出脈衝信號直接輸入給PLC,利用PLC的高速計數器對其脈衝信號進行計數,以獲得測量結果。不同型號的旋轉編碼器,其輸出脈衝的相數也不同,有的旋轉編碼器輸出A、B、Z三相脈衝,有的只有A、B相兩相,最簡單的只有A相。
  編碼器有5條引線,其中3條是脈衝輸出線,1條是COM端線,1條是電源線(OC門輸出型)。編碼器的電源可以是外接電源,也可直接使用PLC的DC24V電源。電源“-”端要與編碼器的COM端連接,“+ ”與編碼器的電源端連接。編碼器的COM端與PLC輸入COM端連接,A、B、Z兩相脈衝輸出線直接與PLC的輸入端連接,A、B爲相差90度的脈衝,Z相信號在編碼器旋轉一圈只有一個脈衝,通常用來做零點的依據,連接時要注意PLC輸入的響應時間。旋轉編碼器還有一條屏蔽線,使用時要將屏蔽線接地,提高抗干擾性。
  編碼器-----------PLC
  A-----------------X0
  B-----------------X1
  Z------------------X2
  +24V------------+24V
  COM------------- -24V-----------COM

工作原理

由一箇中心有軸的光電碼盤,其上有環形通、暗的刻線,

編碼器(圖5)編碼器(圖5)

有光電發射和接收器件讀取,獲得四組正弦波信號組合成A、B、C、D,每個正弦波相差90度相位差(相對於一個周波爲360度),將C、D信號反向,疊加在A、B兩相上,可增強穩定信號;另每轉輸出一個Z相脈衝以代表零位參考位。

由於A、B兩相相差90度,可通過比較A相在前還是B相在前,以判別編碼器的正轉與反轉,通過零位脈衝,可獲得編碼器的零位參考位。編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料,玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線,其熱穩定性好,精度高,金屬碼盤直接以通和不通刻線,不易碎,但由於金屬有一定的厚度,精度就有限制,其熱穩定性就要比玻璃的差一個數量級,塑料碼盤是經濟型的,其成本低,但精度、熱穩定性、壽命均要差一些。

分辨率—編碼器以每旋轉360度提供多少的通或暗刻線稱爲分辨率,也稱解析分度、或直接稱多少線,一般在每轉分度5~10000線。

主要作用

它是一種將旋轉位移轉換成一串數字脈衝信號的旋轉式傳感器

編碼器(圖6)編碼器(圖6)

這些脈衝能用來控制角位移,如果編碼器與齒輪條或螺旋絲槓結合在一起,也可用於測量直線位移。

編碼器產生電信號後由數控制置CNC、可編程邏輯控制器PLC控制系統等來處理。這些傳感器主要應用在下列方面:機牀、材料加工、電動機反饋系統以及測量和控制設備。在ELTRA編碼器中角位移的轉換採用了光電掃描原理。讀數系統是基於徑向分度盤的旋轉,該分度由交替的透光窗口和不透光窗口構成的。此係統全部用一個紅外光源垂直照射,這樣光就把盤子上的圖像投射到接收器表面上,該接收器覆蓋着一層光柵,稱爲準直儀,它具有和光盤相同的窗口。接收器的工作是感受光盤轉動所產生的光變化,然後將光變化轉換成相應的電變化。一般地,旋轉編碼器也能得到一個速度信號,這個信號要反饋給變頻器,從而調節變頻器的輸出數據。故障現象:1、旋轉編碼器壞(無輸出)時,變頻器不能正常工作,變得運行速度很慢,而且一會兒變頻器保護,顯示“PG斷開”...聯合動作才能起作用。要使電信號上升到較高電平,併產生沒有任何干擾的方波脈衝,這就必須用電子電路來處理。編碼器pg接線與參數矢量變頻器與編碼器pg之間的連接方式,必須與編碼器pg的型號相對應。一般而言,編碼器pg型號分差動輸出、集電極開路輸出和推輓輸出三種,其信號的傳遞方式必須考慮到變頻器pg卡的接口,因此選擇合適的pg卡型號或者設置合理.

編碼器一般分爲增量型與絕對型,它們存着最大的區別:在增量編碼器的情況下,

編碼器(圖7)編碼器(圖7)

位置是從零位標記開始計算的脈衝數量確定的,而絕對型編碼器的位置是由輸出代碼的讀數確定的。在一圈裏,每個位置的輸出代碼的讀數是唯一的; 因此,當電源斷開時,絕對型編碼器並不與實際的位置分離。如果電源再次接通,那麼位置讀數仍是當前的,有效的; 不像增量編碼器那樣,必須去尋找零位標記。

編碼器的廠家生產的系列都很全,一般都是專用的,如電梯專用型編碼器、機牀專用編碼器、伺服電機專用型編碼器等,並且編碼器都是智能型的,有各種並行接口可以與其它設備通訊。

編碼器是把角位移或直線位移轉換成電信號的一種裝置。前者成爲碼盤,後者稱碼尺.按照讀出方式編碼器可以分爲接觸式和非接觸式兩種.接觸式採用電刷輸出,一電刷接觸導電區或絕緣區來表示代碼的狀態是“1”還是“0”;非接觸式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件,採用光敏元件時以透光區和不透光區來表示代碼的狀態是“1”還是“0”。

按照工作原理編碼器可分爲增量式和絕對式兩類。

編碼器(圖8)編碼器(圖8)

增量式編碼器是將位移轉換成周期性的電信號,再把這個電信號轉變成計數脈衝,用脈衝的個數表示位移的大小。絕對式編碼器的每一個位置對應一個確定的數字碼,因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關,而與測量的中間過程無關。

旋轉增量式編碼器以轉動時輸出脈衝,通過計數設備來知道其位置,當編碼器不動或停電時,依靠計數設備的內部記憶來記住位置。這樣,當停電後,編碼器不能有任何的移動,當來電工作時,編碼器輸出脈衝過程中,也不能有干擾而丟失脈衝,不然,計數設備記憶的零點就會偏移,而且這種偏移的量是無從知道的,只有錯誤的生產結果出現後才能知道。解決的方法是增加參考點,編碼器每經過參考點,將參考位置修正進計數設備的記憶位置。在參考點以前,是不能保證位置的準確性的。爲此,在工控中就有每次操作先找參考點,開機找零等方法。這樣的編碼器是由碼盤的機械位置決定的,它不受停電、干擾的影響。

絕對編碼器由機械位置決定的每個位置的唯一性,它無需記憶,無需找參考點,而且不用一直計數,什麼時候需要知道位置,什麼時候就去讀取它的位置。這樣,編碼器的抗干擾特性、數據的可靠性大大提高了。

由於絕對編碼器在定位方面明顯地優於增量式編碼器,

編碼器(圖9)編碼器(圖9)

已經越來越多地應用於工控定位中。絕對型編碼器因其高精度,輸出位數較多,如仍用並行輸出,其每一位輸出信號必須確保連接很好,對於較複雜工況還要隔離,連接電纜芯數多,由此帶來諸多不便和降低可靠性,因此,絕對編碼器在多位數輸出型,一般均選用串行輸出或總線型輸出,德國生產的絕對型編碼器串行輸出最常用的是SSI(同步串行輸出)。

多圈絕對式編碼器。編碼器生產廠家運用鐘錶齒輪機械的原理,當中心碼盤旋轉時,通過齒輪傳動另一組碼盤(或多組齒輪,多組碼盤),在單圈編碼的基礎上再增加圈數的編碼,以擴大編碼器的測量範圍,這樣的絕對編碼器就稱爲多圈式絕對編碼器,它同樣是由機械位置確定編碼,每個位置編碼唯一不重複,而無需記憶。多圈編碼器另一個優點是由於測量範圍大,實際使用往往富裕較多,這樣在安裝時不必要費勁找零點,將某一中間位置作爲起始點就可以了,而大大簡化了安裝調試難度。多圈式絕對編碼器在長度定位方面的優勢明顯,已經越來越多地應用於工控定位中。

信號輸出

信號輸出有正弦波(電流或電壓),方波(TTL、HTL),

編碼器(圖10)編碼器(圖10)

集電極開路(PNP、NPN),推拉式多種形式,其中TTL爲長線差分驅動(對稱A,A-;B,B-;Z,Z-),HTL也稱推拉式、推輓式輸出,編碼器的信號接收設備接口應與編碼器對應。

信號連接—編碼器的脈衝信號一般連接計數器、PLC、計算機,PLC和計算機連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分,開關頻率有低有高。

如單相聯接,用於單方向計數,單方向測速。

A.B兩相聯接,用於正反向計數、判斷正反向和測速。

A、B、Z三相聯接,用於帶參考位修正的位置測量。

A、A-,B、B-,Z、Z-連接,由於帶有對稱負信號的連接,電流對於電纜貢獻的電磁場爲0,衰減最小,抗干擾最佳,可傳輸較遠的距離。

簡單的說,旋轉編碼器的abz分別是A相,B相,Z相在編碼器旋轉的時候都會輸出脈衝,三相的脈衝是各自獨立的。按常用的編碼器來說,A相和B相的單圈脈衝量是相等的,Z相爲一圈一個脈衝。總之,ABZ都是信號線,如果編碼器是1000脈衝的,那編碼器軸轉一圈AB兩通道各輸出1000個脈衝, Z輸出1個脈衝。

 

 

 

對於TTL的帶有對稱負信號輸出的編碼器,信號傳輸距離可達150米。

對於HTL的帶有對稱負信號輸出的編碼器,信號傳輸距離可達300米。

發表評論
所有評論
還沒有人評論,想成為第一個評論的人麼? 請在上方評論欄輸入並且點擊發布.
相關文章