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【plc培训】编码器基础知识
已阅[2690]次[2013/2/25]

增量旋转编码器选型有哪些注意事项?

应注意三方面的参数:

1. 机械安装尺寸,包括定位止口,轴径,安装孔位;电缆出线方式;安装空间体积;工作环境防护等级是否满足要求。

2.分辨率,即编码器工作时每圈输出的脉冲数,是否满足设计使用精度要求。

3.电气接口,编码器输出方式常见有推拉输出(F型HTL格式),电压输出(E),集电极开路(C,常见C为NPN型管输出,C2为PNP型管输出),长线驱动器输出。其输出方式应和其控制系统的接口电路相匹配。

请教如何使用增量编码器?

1,增量型旋转编码器有分辨率的差异,使用每圈产生的脉冲数来计量,数目从6到5400或更高,脉冲数越多,分辨率越高;这是选型的重要依据之一。

2,增量型编码器通常有三路信号输出(差分有六路信号):A,B和Z,一般采用TTL电平,A脉冲在前,B脉冲在后,A,B脉冲相差90度,每圈发出一个Z脉冲,可作为参考机械零位。一般利用A超前B或B超前A进行判向。

3,使用PLC采集数据,可选用高速计数模块;使用工控机采集数据,可选用高速计数板卡;使用单片机采集数据,建议选用带光电耦合器的输入端口。

4,建议B脉冲做顺向(前向)脉冲,A脉冲做逆向(后向)脉冲,Z原点零位脉冲。

5,在电子装置中设立计数栈。

关于电源供应及编码器和PLC连接:

一般编码器的工作电源有三种:5Vdc、5-13 Vdc或11-26Vdc。如果你买的编码器用的是11-26Vdc的,就可以用PLC的24V电源,需注意的是:

1. 编码器的耗电流,在PLC的电源功率范围内。

2. 编码器如是并行输出,连接PLC的I/O点,需了解编码器的信号电平是推拉式(或称推挽式)输出还是集电极开路输出,如是集电极开路输出的,有N型和P型两种,需与PLC的I/O极性相同。如是推拉式输出则连接没有什么问题。

3. 编码器如是驱动器输出,一般信号电平是5V的,连接的时候要小心,不要让24V的电源电平串入5V的信号接线中去而损坏编码器的信号端。

干扰的问题

选择什么样的输出对抗干扰也很重要,一般输出带反向信号的抗干扰要好一些,即A+~A-,B+~B-,Z+~Z-,其特征是加上电源8根线,而不是5根线(共零)。带反向信号的在电缆中的传输是对称的,受干扰小,在接受设备中也可以再增加判断(例如接受设备的信号利用A、B信号90°相位差,读到电平10、11、01、00四种状态时,计为一有效脉冲,此方案可有效提高系统抗干扰性能(计数准确))。

何为长线驱动?普通型编码器能否远距离传送?

长线驱动也称差分长线驱动,5V,TTL的正负波形对称形式,由于其正负电流方向相反,对外电磁场抵消,故抗干扰能力较强。普通型编码器一般传输距离是100米,如果是24V HTL型且有对称负信号的,传输距离300-400米。

增量光栅Z信号可否作零点?圆光栅编码器如何选用?

无论直线光栅还是轴编码器其Z信号的均可达到同A\B信号相同的精确度,只不过轴编码器是一圈一个,而直线光栅是每隔一定距离一个,用这个信号可达到很高的重复精度。可先用普通的接近开关初定位,然后找最为接近的Z信号(每次同方向找),装的时候不要望忘了将其相位调的和光栅相位一致,否则不准。

增量型编码器和绝对型编码器有何区别?做一个伺服系统时怎么选择呢?

常用的为增量型编码器,如果对位置、零位有严格要求用绝对型编码器。伺服系统要具体分析,看应用场合。

测速度用常用增量型编码器,可无限累加测量;测位置用绝对型编码器,位置唯一性(单圈或多圈),最终看应用场合,看要实现的目的和要求。

绝对型旋转编码器选型注意事项,旋转编码器和接近开关、光电开关优势比较:

绝对编码器单圈从经济型8位到高精度17位;  

绝对编码器多圈大部分用25位,输出有SSI,总线Profibus-DP,Can L2,Interbus,DeviceNet。

从增量式编码器到绝对式编码器

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。

  由于绝对编码器在位置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。

测速度需要可以无限累加测量,目前增量型编码器在测速应用方面仍处于无可取代的主流位置。

从单圈绝对式编码器到多圈绝对式编码器

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。

绝对型编码器的串行和并行输出的介绍

并行输出:

  绝对型编码器输出的是多位数码(格雷码或纯二进制码),并行输出就是在接口上有多点高低电平输出,以代表数码的1或0,对于位数不高的绝对编码器,一般就直接以此形式输出数码,可直接进入PLC或上位机的I/O接口,输出即时,连接简单。但是并行输出有如下问题:

  1。必须是格雷码,因为如是纯二进制码,在数据刷新时可能有多位变化,读数会在短时间里造成错码。

  2。所有接口必须确保连接好,因为如有个别连接不良点,该点电位始终是0,造成错码而无法判断。

  3。传输距离不能远,一般在一两米,对于复杂环境,最好有隔离。

  4。对于位数较多,要许多芯电缆,并要确保连接优良,由此带来工程难度,同样,对于编码器,要同时有许多节点输出,增加编码器的故障损坏率。

并行:时间上,数据同时发出;空间上,每个位数的数据各占用一根线缆。

增量型编码器输出的通常是并行输出。

  串行输出:

  串行输出就是通过约定,在时间上有先后的数据输出,这种约定称为通讯规约,其连接的物理形式有RS232、RS422(TTL)、RS485等。

  串行输出连接线少,传输距离远,对于编码器的保护和可靠性就大大提高了,一般高位数的绝对编码器都是用串行输出的。

  由于绝对型编码器的部分知名厂家在德国,所以串行输出大部分是与德国的西门子配套的,如SSI同步串行输出,总线型是PROFIBUS-DP的输出等。

  串行输出编码器连接德国西门子的设备是比较容易的,但是连接非德国系的设备,接口就是问题了,我公司提供各种接口输出的仪表,可以解决这样的问题。

串行:时间上,数据按照约定,有先后;空间上,所有位数的数据都在一组线缆上(先后)发出。

串行编码器应该都是绝对式的?

串行是指按时间约定,串行输出数字编码信号,基本是绝对的,但也有一些增量编码器,通过内置电池记忆原点,其也可以通过串行输出位置值,如电池线不联,还是增量编码器,此也称为伪绝对值编码器,在一些日本伺服系统中较多见。其本质其实还是增量编码器。

为什么叫“绝对型编码器”?

“绝对型编码器”相对于“增量型编码器”而言。

“绝对型编码器”使用某种方式表示并记忆物体的绝对位置,角度和圈数。即一旦位置,角度和圈数固定,什么时候编码器的示值都唯一固定,包括停电后投电。“增量型编码器”做不到这一点。一般“增量型编码器”输出两个A、B脉冲信号,和一个Z(L)零位信号,A、B脉冲互差90度相位角。通过脉冲计数可以知道位置,角度和圈数增量,通过A,B脉冲信号超前或滞后可以知道方向,停电后,必须从约定的基准重新开始计数。“增量型编码器”表示位置,角度和圈数需要做后处理,重新投电要做“复零”操作,所以,“增量型编码器”比“绝对型编码器”在价格上便宜许多。

绝对值编码器SSI输出,同时提供了增量值信号A、B两相1Vpp,是派什么用处的?

  

  在我们提供的绝对值编码器,德国的HEIDENHAIN的SSI输出和德国HENGSTLER的SSI输出,都同时提供了增量值信号A、B两相1Vpp正弦波输出,构成了绝对与增量的双输出,很多用户不明白这个增量信号是干什么用的,而剪掉联线废弃不用,真是蛮可惜的。

  

  一。此增量信号可以作为绝对信号的冗余。

  

  二。可以让绝对信号作为位置闭环,而增量信号作为速度闭环,构成位置控制与速度控制的双闭环系统,以达到位置的准确(无位置冲过头而振荡)和速度的高效,这是一个较先进的课题,目前国内似乎还没有看到有很好的应用介绍。

  

  三。增量信号是正弦波信号,其可以用模拟电路细分,这样,在绝对值编码器两个最小相邻码之间,还可以因为相位的变化不同,获得更精细的分辨率,从而可以大大提高绝对值编码器的分辨率。

电子凸轮开关

现在还有一种绝对值、增量值、定位电子凸轮开关三输出的编码器,除了上面介绍的RS485绝对值信号、A/B增量值信号以外,还同时提供了多点定位电子凸轮开关,可预设定位开关,到预设位置可直接输出开关信号,控制减速、停车。这样,这一个绝对值编码器可同时输出连续绝对值信号显示位置、输出增量值信号作速度闭环、输出定位电子凸轮开关控制减速、定位!

SSI与Biss、Endat、Hipeface:

SSI为同步串联界面(synchronous-serial interface)的英文缩写,其实际为两个RS422通道,利用中断的时钟同步读数,最高时钟速度1.1 MHz.

ssi的数据形式最简单,一般不包含CRC校验、产品内部信息及地址,在运动控制中,有提出更快、信息更多的要求时,各家编码器厂家推出了各自的方案,以海德汉为首的联合西门子公司,推出的是Endat;以宝马集团及亨斯乐推出的是Biss(有个Biss协会);以STEGMANN为首的推出hipeface.实际上都是在SSI的基础上的改良的,基本物理格式都差不多,RS422(或RS485),由时钟脉冲触发,只是速度更快,可达2-10MHZ,并可增加编码器的内部信息、CRC校验、故障报警的功能,有的可以增加地址,有的可以增加正余弦增量信号作冗余。由于目前的协议不同一,这些输出都要连接专用的接口,故具体使用,还是建议直接找各自的编码器厂家咨询为好。

就我们使用的经验,除非你对速度及编码器安全有特别的要求,一般还是用SSI通用的好,方便。

绝对型编码器(多圈)与PLC的连接有多种方法,简单介绍几种:

1。SSI或各种总线连接,缺点是要用专用SSI接口或总线模块,有的PLC还没有,成本较高。

2。并行连接,进PLC的开关输入模块,但多圈的位数高,要十几、二十几根线缆,可靠性降低,成本上去了。

3。4--20mA(选择有模拟量输出功能的绝对值多圈编码器)进模拟量电流模块,缺点,精度有所牺牲。

4。MODBUS RTU进485通讯接口(要有双向功能的),缺点:要专门编程,速度可能降低,有时设备地址会丢。

一般的单圈位数低的用第二种方法。而多圈的要看应用了,简单点的用4--20mA的方法。

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