编码器应用问答

一 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 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。

　　二 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;在工控自动化的如今，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。

　　三 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。(我公司也可以做宽电压驱动器输出(5-30 Vdc)，有此要求定货时要注明)

　　四 在很多的情况之下是编码器并没有坏，而只是干扰的原因，造成波型不好，导致计数不准。请教如何进行判断?

　　编码器属精密元件，这主要因为编码器周围干扰比较严重，比如：是否有大型电动机、电焊机频繁起动造成干扰，是否和动力线同一管道传输等。

　　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))。

　　就是编码器也有好坏，其码盘\电子芯片\内部电路\信号输出的差别很大，要不然怎么一个1000线的增量型编码器会从300多元到3000多元差别那么大呢?

　　①排除(搬离、关闭、隔离)干扰源

　　②判断是否为机械间隙累计误差

　　③判断是否为控制系统和编码器的电路接口不匹配(编码器选型错误);

　　①②③方法偿试后故障现象排除，则可初步判断，若未排除须进一步分析。

　　判断是否为编码器自身故障的简单方法是排除法。排除法的具体方法是：用一台相同型号的编码器替换上去，如果故障现象相同，可基本排除是编码器故障问题，因为两台编码器同时有故障的小概率事件发生可能很小，可以看作为0。假如换一台相同型号编码器上去，故障现象立刻排除，则可基本判定是编码器故障。

　　五 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。

　　六 能否简单介绍下旋转编码器检测直线位移的方法?

　　1 使用“弹性连轴器”将旋转编码器与驱动直线位移的动力装置的主轴直接联轴。

　　2 使用小型齿轮(直齿，伞齿或蜗轮蜗杆)箱与动力装置联轴。

　　3 使用在直齿条上转动的齿轮来传递直线位移信息。

　　4 在传动链条的链轮上获得直线位移信息。

　　5 在同步带轮的同步带上获得直线位移信息。

　　6 使用安装有磁性滚轮的旋转编码器在直线位移的平整钢铁材料表面获得位移信息(避免滑差)。

　　7 使用类似“钢皮尺”的“可回缩钢丝总成”连接旋转编码器来探测直线位移信息(数据处理中须克服叠层卷绕误差)。

　　8 类似7，使用带小型力矩电机的“可回缩钢丝总成”连接旋转编码器来探测直线位移信息(目前德国有类似产品，结构复杂，几乎无叠层卷绕误差)。

　　七 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。可先用普通的接近光电开关初定位，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。

　　根据你的细分精度要求和分辩率要求选用。精度高自然要选用每周线纹高的，精度不高，就没必要选用高线纹数的圆光栅编码器了。

　　八 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。

　　九 绝对型旋转编码器选型价格

　　绝对编码器单圈从经济型8位到高精度17位，价格可以从几百元到1万多不等;

　　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,价格也可以从3千多到1万多不等。

　　旋转光电编码器测量角度和长度，已是很成熟的技术了，现今再用上高精度大量程的绝对型编码器，大大提高了测量精度和可靠性，而且经济实用。就目前来看，其仍然是测量长度的最多选择。

　　十 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，在工控自动化程序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自动化定位中。

　　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。

　　十一 能不能提示下选用绝对型编码器应注意哪些事项?

　　(一)机械部分

　　1.测长度还是测角度，测长度如何通过机械方式转换。测角度是360度内(单圈)，还是可能过360度(多圈)。生产过程是一个方向旋转循环工作，还是来回方向循环工作。

　　2.轴连接安装形式，有轴型通过软性联轴器连接，还是轴套型连接。

　　3.使用环境：粉尘，水气，震动，撞击

　　(二)电气部分

　　1.连接的输出接收部分是什么?

　　2.信号形式?

　　3.分辨率要求?

　　4.控制要求?

　　十二 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。

　　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。

十三 绝对型编码器的串行和并行输出的详细一点的信息?

　　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。

　　十四 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。

　　十五 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。

　　十六 光电编码器、光学电子尺和静磁栅绝对编码器的优缺点?

　　光电编码器：

　　1 优点

　　体积小，精密，本身分辨度可以很高，无接触无磨损;同一品种既可检测角度位移，又可在机械转换装置帮助下检测直线位移;多圈光电绝对编码器可以检测相当长量程的直线位移(如25位多圈)。寿命长，安装随意，接口形式丰富，价格合理。成熟技术，多年前已在国内外得到广泛应用。

　　2 缺点

　　精密但对户外及恶劣环境下使用提出较高的保护要求;量测直线位移需依赖机械装置转换，需消除机械间隙带来的误差;检测轨道运行物体难以克服滑差。

　　光学电子尺：

　　1 优点

　　精密，本身分辨度较高(可达到0.005mm);体积适中，直接测量直线位移;无接触无磨损，测量间隙宽泛;价格适中，接口形式丰富，已在国内外金属切削机械行业得到较多应用(如线切割、电火花等)。

　　2 缺点

　　测量直线和角度要使用不同品种;量程受限制(量程超过4m，生产制造困难价格昂贵)，不适于在大量程恶劣环境处实施位移检测。

　　静磁栅绝对编码器：

　　1 优点

　　体积适中，直接测量直线位移，绝对数字编码，理论量程没有限制;无接触无磨损，抗恶劣环境，可水下1000米使用;接口形式丰富，量测方式多样;价格尚能接受。

　　2 缺点

　　分辨度1mm不高;测量直线和角度要使用不同品种;不适于在精小处实施位移检测(大于260毫米)。