編碼器的基本知識

編碼器的基本知識    
增量旋轉(zhuǎn)編碼器選型有哪些注意事項？ 應(yīng)注意三方面的參數(shù)： 
 1. 機械安裝尺寸，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)等級是否滿足要求。 
 2.分辨率，即編碼器工作時每圈輸出的脈沖數(shù)，是否滿足設(shè)計使用精度要求。  
 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輸出（差分有六路信號）：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Z脈沖，可作為參考機械零位。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)，可選用高速計數(shù)模塊；使用工控機采集數(shù)據(jù)，可選用高速計數(shù)板卡；使用單片機采集數(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原點零位脈沖。 
5，在電子裝置中設(shè)立計數(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，需了解編碼器的信號電平是推拉式（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)動器輸出，一般信號電平是5V的，連接的時候要小心，不要讓24V的電源電平串入5V的信號接線中去而損壞編碼器的信號端。  干擾的問題  選擇什么樣的輸出對抗干擾也很重要，一般輸出帶反向信號的抗干擾要好一些，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)。帶反向信號的在電纜中的傳輸是對稱的，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)備的信號利用A、B信號90°相位差，讀到電平10、11、01、00四種狀態(tài)時，計為一有效脈沖，此方案可有效提高系統(tǒng)抗干擾性能（計數(shù)準(zhǔn)確））。  何為長線驅(qū)動？普通型編碼器能否遠(yuǎn)距離傳送？  長線驅(qū)動也稱差分長線驅(qū)動，5V，TTL的正負(fù)波形對稱形式，由于其正負(fù)電流方向相反，對外電磁場抵消，故抗干擾能力較強。普通型編碼器一般傳輸距離是100米，如果是24V HTL型且有對稱負(fù)信號的，傳輸距離300-400米。  增量光柵Z信號可否作零點？圓光柵編碼器如何選用？  無論直線光柵還是軸編碼器其Z信號的均可達(dá)到同A\B信號相同的度，只不過軸編碼器是一圈一個，而直線光柵是每隔一定距離一個，用這個信號可達(dá)到很高的重復(fù)精度?？上扔闷胀ǖ慕咏_關(guān)初定位，然后找zui為接近的Z信號(每次同方向找)，裝的時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)。  增量型編碼器和型編碼器有何區(qū)別？做一個伺服系統(tǒng)時怎么選擇呢？  常用的為增量型編碼器，如果對位置、零位有嚴(yán)格要求用型編碼器。伺服系統(tǒng)要具體分析，看應(yīng)用場合。  
      測速度用常用增量型編碼器，可無限累加測量；測位置用型編碼器，位置*性（單圈或多圈），zui終看應(yīng)用場合，看要實現(xiàn)的目的和要求。  
型旋轉(zhuǎn)編碼器選型注意事項，旋轉(zhuǎn)編碼器和接近開關(guān)、光電開關(guān)優(yōu)勢比較： 編碼器單圈從經(jīng)濟型8位到高精度17位；   
       編碼器多圈大部分用25位，輸出有SSI，總線Profibus-DP,Can L2,Interbus,DeviceNet。  
從增量式編碼器到式編碼器  旋轉(zhuǎn)增量式編碼器以轉(zhuǎn)動時輸出脈沖，通過計數(shù)設(shè)備來知道其位置，當(dāng)編碼器不動或停電時，依靠計數(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，當(dāng)來電工作時，編碼器輸出脈沖過程中，也不能有干擾而丟失脈沖，不然，計數(shù)設(shè)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(chǎn)結(jié)果出現(xiàn)后才能知道。 解決的方法是增加參考點，編碼器每經(jīng)過參考點，將參考位置修正進(jìn)計數(shù)設(shè)備的記憶位置。在參考點以前，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，開機找零等方法。 比如，打印機掃描儀的定位就是用的增量式編碼器原理，每次開機，我們都能聽到噼哩啪啦的一陣響，它在找參考零點，然后才工作。    這樣的方法對有些工控項目比較麻煩，甚至不允許開機找零（開機后就要知道準(zhǔn)確位置），于是就有了編碼器的出現(xiàn)。 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*的2進(jìn)制編碼（格雷碼），這就稱為n位編碼器。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。    
編碼器由機械位置決定的每個位置的*性，它無需記憶，無需找參考點，而且不用一直計數(shù)，什么時候需要知道位置，什么時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。  測速度需要可以無限累加測量，目前增量型編碼器在測速應(yīng)用方面仍處于無可取代的主流位置。 從單圈式編碼器到多圈式編碼器  旋轉(zhuǎn)單圈式編碼器，以轉(zhuǎn)動中測量光碼盤各道刻線，以獲取*的編碼，當(dāng)轉(zhuǎn)動超過360度時，編碼又回到原點，這樣就不符合編碼*的原則，這樣的編碼器只能用于旋轉(zhuǎn)范圍360度以內(nèi)的測量，稱為單圈式編碼器。    如果要測量旋轉(zhuǎn)超過360度范圍，就要用到多圈式編碼器。   
     編碼器生產(chǎn)廠家運用鐘表齒輪機械的原理，當(dāng)中心碼盤旋轉(zhuǎn)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(chǔ)上再增加圈數(shù)的編碼，以擴大編碼器的測量范圍，這樣的編碼器就稱為多圈式編碼器，它同樣是由機械位置確定編碼，每個位置編碼*不重復(fù)，而無需記憶。 
        多圈編碼器另一個優(yōu)點是由于測量范圍大，實際使用往往富裕較多，這樣在安裝時不必要費勁找零點，將某一中間位置作為起始點就可以了，而大大簡化了安裝調(diào)試難度。  型編碼器的串行和并行輸出的介紹 并行輸出：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高低電平輸出，以代表數(shù)碼的1或0，對于位數(shù)不高的編碼器，一般就直接以此形式輸出數(shù)碼，可直接進(jìn)入PLC或上位機的I/O接口，輸出即時，連接簡單。

       但是并行輸出有如下問題： 

1。必須是格雷碼，因為如是純二進(jìn)制碼，在數(shù)據(jù)刷新時可能有多位變化，讀數(shù)會在短時間里造成錯碼2。所有接口必須確保連接好，因為如有個別連接不良點，該點電位始終是0，造成錯碼而無法判斷。   3。傳輸距離不能遠(yuǎn)，一般在一兩米，對于復(fù)雜環(huán)境，有隔離。   4。對于位數(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，對于編碼器，要同時有許多節(jié)點輸出，增加編碼器的故障損壞率。  并行：時間上，數(shù)據(jù)同時發(fā)出；空間上，每個位數(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)的編碼器都是用串行輸出的。   

     由于型編碼器的部分廠家在德國，所以串行輸出大部分是與德國的西門子配套的，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西門子的設(shè)備是比較容易的，但是連接非德國系的設(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)該都是式的? 串行是指按時間約定，串行輸出數(shù)字編碼信號，基本是的，但也有一些增量編碼器，通過內(nèi)置電池記憶原點，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，此也稱為偽值編碼器，在一些日本伺服系統(tǒng)中較多見。其本質(zhì)其實還是增量編碼器。  為什么叫“型編碼器"？  “型編碼器"相對于“增量型編碼器"而言。  “型編碼器"使用某種方式表示并記憶物體的位置，角度和圈數(shù)。即一旦位置，角度和圈數(shù)固定，什么時候編碼器的示值都*固定，包括停電后投電?！霸隽啃途幋a器"做不到這一點。一般“增量型編碼器"輸出兩個A、B脈沖信號，和一個Z(L)零位信號，A、B脈沖互差90度相位角。通過脈沖計數(shù)可以知道位置，角度和圈數(shù)增量，通過A,B脈沖信號超前或滯后可以知道方向，停電后，必須從約定的基準(zhǔn)重新開始計數(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“型編碼器"在價格上便宜許多。  值編碼器SSI輸出，同時提供了增量值信號A、B兩相1Vpp，是派什么用處的？     
  在我們提供的值編碼器，德國的HEIDENHAIN的SSI輸出和德國 HENGSTLER的SSI輸出，都同時提供了增量值信號A、B兩相1Vpp正弦波輸出，構(gòu)成了與增量的雙輸出，很多用戶不明白這個增量信號是干什么用的，而剪掉聯(lián)線廢棄不用，真是蠻可惜的。

    
一。此增量信號可以作為信號的冗余。      
二?？梢宰屝盘栕鳛槲恢瞄]環(huán)，而增量信號作為速度閉環(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，是一個較*課題，目前國內(nèi)似乎還沒有看到有很好的應(yīng)用介紹    

 三。增量信號是正弦波信號，其可以用模擬電路細(xì)分，這樣，在值編碼器兩個zui小相鄰碼之間，還可以因為相位的變化不同，獲得更精細(xì)的分辨率，從而可以大大提高值編碼器的分辨率。  電子凸輪開關(guān)  現(xiàn)在還有一種值、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值信號、A/B增量值信號以外，還同時提供了多點定位電子凸輪開關(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，控制減速、停車。這樣，這一個值編碼器可同時輸出連續(xù)值信號顯示位置、輸出增量值信號作速度閉環(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，其實際為兩個RS422通道，利用中斷的時鐘同步讀數(shù)，zui高時鐘速度1.1 MHz.  ssi的數(shù)據(jù)形式zui簡單，一般不包含CRC校驗、產(chǎn)品內(nèi)部信息及地址，在運動控制中，有提出更快、信息更多的要求時，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Biss協(xié)會）；以STEGMANN為首的推出hipeface.實際上都是在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、故障報警的功能，有的可以增加地址，有的可以增加正余弦增量信號作冗余。由于目前的協(xié)議不同一，這些輸出都要連接的接口，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? 就我們使用的經(jīng)驗，除非你對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。  
     型編碼器（多圈）與PLC的連接有多種方法,簡單介紹幾種：  

1。SSI或各種總線連接，缺點是要用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值多圈編碼器）進(jìn)模擬量電流模塊，缺點，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:要專門編程，速度可能降低，有時設(shè)備地址會丟。  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，簡單點的用4--20mA的方法。