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旋转编 码器的工作原理

2017-12-26 17:59:22 900

对于工 业控制中的定位问题,一般采用接近开关、光电开关等装置。随着工控的不断发展,出现了旋转编码器,其特点是:
  1、信息化:除了定位,控制室 还可知道其具体位置;
  2、柔性化:定位可 以在控制室柔性调整;
  3、安装方便和安全、使用寿命长。
  一个旋转编码器,可以测 量从几个微米到几十几百米的距离。多个工位,只要选 用一个旋转编码器,就可以 避免使用多各接近开关、光电开关,解决现 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。
  4、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。
  5、经济化:对于多个控制工位,只需一个旋转编码器,安装、维护、损耗成本降低,使用寿命增长。
  鉴于以上优点,旋转编 码器已经越来越广泛地被应用于各种工控场合。
  编码器(encoder)是将物理信号编制、转换为可用以通讯、传输和 存储的信号的一种设备。应用于 速度控制或位置控制系统的检测元件。
  编码器 是把角位移或直线位移转换成电信号的一种装置。前者成为码盘,后者称码尺。
  旋转编 码器是用来测量转速的装置。它分为 单路输出和双路输出两种。技术参 数主要有每转脉冲数(几十个到几千个都有),和供电电压等。单路输 出是指旋转编码器的输出是一组脉冲,而双路 输出的旋转编码器输出两组相位差90度的脉冲,通过这 两组脉冲不仅可以测量转速,还可以 判断旋转的方向.增量型编码器(旋转型)工作原理:
  由一个 中心有轴的光电码盘,其上有环形通、暗的刻线,有光电 发射和接收器件读取,获得四 组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差(相对于一个周波为360度),将C、D信号反向,叠加在A、B两相上,可增强稳定信号;另每转输出一个Z相脉冲 以代表零位参考位。
  由于A、B两相相差90度,可通过比较A相在前还是B相在前,以判别 编码器的正转与反转,通过零位脉冲,可获得 编码器的零位参考位。
  编码器 码盘的材料有玻璃、金属、塑料,玻璃码 盘是在玻璃上沉积很薄的刻线,其热稳定性好,精度高,金属码 盘直接以通和不通刻线,不易碎,但由于 金属有一定的厚度,精度就有限制,其热稳 定性就要比玻璃的差一个数量级,塑料码盘是经济型的,其成本低,但精度、热稳定性、寿命均要差一些。
  分辨率—编码器以每旋转360度提供 多少的通或暗刻线称为分辨率,也称解析分度、或直接称多少线,一般在每转分度5~10000线。
  信号输出:
  信号输出有正弦波(电流或电压),方波(TTL、HTL),集电极开路(PNP、NPN),推拉式多种形式,其中TTL为长线差分驱动(对称A,A-;B,B-;Z,Z-),HTL也称推拉式、推挽式输出,编码器 的信号接收设备接口应与编码器对应。
  信号连接—编码器 的脉冲信号一般连接计数器、PLC、计算机,PLC和计算 机连接的模块有低速模块与高速模块之分,开关频率有低有高。
  如单相联接,用于单方向计数,单方向测速。
  A.B两相联接,用于正反向计数、判断正反向和测速。
  A、B、Z三相联接,用于带 参考位修正的位置测量。
  A、A-,B、B-,Z、Z-连接,由于带 有对称负信号的连接,电流对 于电缆贡献的电磁场为0,衰减最小,抗干扰最佳,可传输较远的距离。
  对于TTL的带有 对称负信号输出的编码器,信号传输距离可达150米。
  对于HTL的带有 对称负信号输出的编码器,信号传输距离可达300米。
  1、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”。
  2、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。
  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)。
  3、单圈绝 对式编码器和多圈绝对式编码器
  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。
  4、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。
  1)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。
  2)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。
  3)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。
  5、光学编码器功能特点
  采用反 射式感应技术表面贴装无引脚封装提供两通道模拟信号输出计数频率:20KHz\采单一5.0V电源运作工作温度:-10到70oC编码分辨率:180LPI符合RoHS环保标准要求。

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