ENCODER
Encoder--編碼器。
編碼器(encoder)是將信號(如比特流)或數據編制、轉換為可用以通訊、傳輸和存儲之形式的設備。
編碼器是把角位移或直線位移轉換成電信號的一種裝置。前者成為碼盤,後者稱碼尺.按照讀出方式編碼器可以分為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為增量式和絕對式兩類。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。
相關資料
1.編碼器的演變
工業控制中的定位,接近開關、光電開關的套用已經相當成熟了,而且很好用。可是,隨著工控的不斷發展,又有了新的要求,這樣,選用鏇轉編碼器的套用優點就突出了:
信息化:除了定位,控制室還可知道其具體位置;
柔性化:定位可以在控制室柔性調整;
現場安裝的方便和安全、長壽:拳頭大小的一個鏇轉編碼器,可以測量從幾個μ到幾十幾百米的距離,n個工位,只要解決一個鏇轉編碼器的安全安裝問題,可以避免諸多接近開關、光電開關在現場機械安裝麻煩,容易被撞壞和遭高溫、水氣困擾等問題。由於是光電碼盤,無機械損耗,只要安裝位置準確,其使用壽命往往很長。
多功能化:除了定位,還可以遠傳當前位置,換算運動速度,對於變頻器,步進電機等的套用尤為重要。
經濟化:對於多個控制工位,只需一個鏇轉編碼器的成本,以及更主要的安裝、維護、損耗成本降低,使用壽命增長,其經濟化逐漸突顯出來。
如上所述優點,鏇轉編碼器已經越來越廣泛地被套用於各種工控場合。
鏇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。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,印表機掃瞄器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,然後才工作。
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(開機後就要知道準確位置),於是就有了絕對編碼器的出現。
絕對型鏇轉光電編碼器,因其每一個位置絕對唯一、抗干擾、無需掉電記憶,已經越來越廣泛地套用於各種工業系統中的角度、長度測量和定位控制。
絕對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次方的唯一的2進制編碼(格雷碼),這就稱為n位絕對編碼器。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。
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,已經越來越多地套用於工控定位中。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線很好,對於較複雜工況還要隔離,連線電纜芯數多,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,一般均選用串列輸出或匯流排型輸出,德國生產的絕對型編碼器串列輸出最常用的是SSI(同步串列輸出)。
鏇轉單圈絕對式編碼器,以轉動中測量光碼盤各道刻線,以獲取唯一的編碼,當轉動超過360度時,編碼又回到原點,這樣就不符合絕對編碼唯一的原則,這樣的編碼器只能用於鏇轉範圍360度以內的測量,稱為單圈絕對式編碼器。
如果要測量鏇轉超過360度範圍,就要用到多圈絕對式編碼器。
編碼器生產廠家運用鐘錶齒輪機械的原理,當中心碼盤鏇轉時,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為多圈式絕對編碼器,它同樣是由機械位置確定編碼,每個位置編碼唯一不重復,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,將某一中間位置作為起始點就可以了,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,已經越來越多地套用於工控定位中。
絕對型鏇轉編碼器的機械安裝使用:
絕對型鏇轉編碼器的機械安裝有高速端安裝、低速端安裝、輔助機械裝置安裝等多種形式。
高速端安裝:安裝於動力馬達轉軸端(或齒輪連線),此方法優點是解析度高,由於多圈編碼器有4096圈,馬達轉動圈數在此量程範圍內,可充分用足量程而提高解析度,缺點是運動物體通過減速齒輪後,來回程有齒輪間隙誤差,一般用於單向高精度控制定位,例如軋鋼的輥縫控制。另外編碼器直接安裝於高速端,馬達抖動須較小,不然易損壞編碼器。
低速端安裝:安裝於減速齒輪後,如卷揚鋼絲繩捲筒的軸端或最後一節減速齒輪軸端,此方法已無齒輪來回程間隙,測量較直接,精度較高,此方法一般測量長距離定位,例如各種提升設備,送料小車定位等。
輔助機械安裝:
常用的有齒輪齒條、鏈條皮帶、摩擦轉輪、收繩機械等。
2.工作原理
絕對脈衝編碼器:APC
增量脈衝編碼器:SPC
兩者一般都套用於速度控制或位置控制系統的檢測元件.
鏇轉編碼器是用來測量轉速的裝置。它分為單路輸出和雙路輸出兩種。技術參數主要有每轉脈衝數(幾十個到幾千個都有),和供電電壓等。單路輸出是指鏇轉編碼器的輸出是一組脈衝,而雙路輸出的鏇轉編碼器輸出兩組相位差90度的脈衝,通過這兩組脈衝不僅可以測量轉速,還可以判斷鏇轉的方向。
增量型編碼器與絕對型編碼器的區分
編碼器如以信號原理來分,有增量型編碼器,絕對型編碼器。
增量型編碼器(鏇轉型)
工作原理:
由一個中心有軸的光電碼盤,其上有環形通、暗的刻線,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(相對於一個周波為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、塑膠,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,塑膠碼盤是經濟型的,其成本低,但精度、熱穩定性、壽命均要差一些。
解析度—編碼器以每鏇轉360度提供多少的通或暗刻線稱為解析度,也稱解析分度、或直接稱多少線,一般在每轉分度5~10000線。
信號輸出:
信號輸出有正弦波(電流或電壓),方波(TTL、HTL),集電極開路(PNP、NPN),推拉式多種形式,其中TTL為長線差分驅動(對稱A,A-;B,B-;Z,Z-),HTL也稱推拉式、推挽式輸出,編碼器的信號接收設備接口應與編碼器對應。
信號連線—編碼器的脈衝信號一般連線計數器、PLC、計算機,PLC和計算機連線的模組有低速模組與高速模組之分,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-連線,由於帶有對稱負信號的連線,電流對於電纜貢獻的電磁場為0,衰減最小,抗干擾最佳,可傳輸較遠的距離。
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。