E6HZ-CWZ1X 3600P/R

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編碼器的定義與功能：  
在數(shù)字系統(tǒng)里，常常需要將某一信息（輸入）變換為某一特定的代碼（輸出）。把二進(jìn)制碼按一定的規(guī)律編排，例如8421碼、格雷碼等，使每組代碼具有一特定的含義（代表某個(gè)數(shù)字或控制信號(hào)）稱為編碼。具有編碼功能的邏輯電路稱為編碼器。編碼器有若干個(gè)輸入，在某一時(shí)刻只有一個(gè)輸入信號(hào)被轉(zhuǎn)換成為二進(jìn)制碼。如果一個(gè)編碼器有N個(gè)輸入端和n個(gè)輸出端，則輸出端與輸入端之間應(yīng)滿足關(guān)系N≤2n。 例如8線—3線編碼器和10線—4線編碼 器分別有8輸入、3位二進(jìn)制碼輸出和10輸入、4位二進(jìn)制碼輸出。

旋轉(zhuǎn)編碼器工作原理
編碼器如以信號(hào)原理來分，有增量型編碼器，絕對(duì)型編碼器。 一、增量型編碼器(旋轉(zhuǎn)型)工作原理：      由一個(gè)中心有軸的光電碼盤，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取,獲得四組正弦波信號(hào)組合成A、B、C、D,每個(gè)正弦波相差90度相位差（相對(duì)于一個(gè)周波為360度），將C、D信號(hào)反向，疊加在A、B兩相上，可增強(qiáng)穩(wěn)定信號(hào)；另每轉(zhuǎn)輸出一個(gè)Z相脈沖以代表零位參考位。      由于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(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，通過零位脈沖，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、塑料，玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩(wěn)定性好，精度高，金屬碼盤直接以通和不通刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個(gè)數(shù)量級(jí)，塑料碼盤是經(jīng)濟(jì)型的，其成本低，但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。       分辨率：編碼器以每旋轉(zhuǎn)360度提供多少的通或暗刻線稱為分辨率，也稱解析分度、或直接稱多少線，一般在每轉(zhuǎn)分度5~10000線。        信號(hào)輸出：信號(hào)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(qū)動(dòng)（對(duì)稱A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL也稱推拉式、推挽式輸出，編碼器的信號(hào)接收設(shè)備接口應(yīng)與編碼器對(duì)應(yīng)。      信號(hào)連接：編碼器的脈沖信號(hào)一般連接計(jì)數(shù)器、PLC、計(jì)算機(jī)，PLC和計(jì)算機(jī)連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分，開關(guān)頻率有低有高。  單相聯(lián)接，用于單方向計(jì)數(shù)，單方向測(cè)速。   A.B兩相聯(lián)接，用于正反向計(jì)數(shù)、判斷正反向和測(cè)速。 A、B、Z三相聯(lián)接，用于帶參考位修正的位置測(cè)量。

A、A-，B、B-，Z、Z-連接，由于帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)的連接，電流對(duì)于電纜貢獻(xiàn)的電磁場(chǎng)為0，衰減最小，抗干擾最佳，可傳輸較遠(yuǎn)的距離。   對(duì)于TTL的帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)輸出的編碼器，信號(hào)傳輸距離可達(dá)150米。 對(duì)于HTL的帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)輸出的編碼器，信號(hào)傳輸距離可達(dá)300米。 增量式編碼器的問題：       增量型編碼器存在零點(diǎn)累計(jì)誤差，抗干擾較差，接收設(shè)備的停機(jī)需斷電記憶，開機(jī)應(yīng)找零或參考位等問題，這些問題如選用絕對(duì)型編碼器可以解決。      增量型編碼器的一般應(yīng)用:測(cè)速，測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，測(cè)移動(dòng)角度、距離(相對(duì))。   二、絕對(duì)型編碼器（旋轉(zhuǎn)型）：      絕對(duì)編碼器光碼盤上有許多道光通道刻線，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(gè)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(jìn)制編碼（格雷碼），這就稱為n位絕對(duì)編碼器。這樣的編碼器是由光電碼盤的機(jī)械位置決定的，它不受停電、干擾的影響。        絕對(duì)編碼器由機(jī)械位置決定的每個(gè)位置是唯一的，它無需記憶，無需找參考點(diǎn)，而且不用一直計(jì)數(shù)，什么時(shí)候需要知道位置，什么時(shí)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。     從單圈絕對(duì)值編碼器到多圈絕對(duì)值編碼器      旋轉(zhuǎn)單圈絕對(duì)值編碼器，以轉(zhuǎn)動(dòng)中測(cè)量光電碼盤各道刻線，以獲取唯一的編碼，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)超過360度時(shí)，編碼又回到原點(diǎn)，這樣就不符合絕對(duì)編碼唯一的原則，這樣的編碼只能用于旋轉(zhuǎn)范圍360度以內(nèi)的測(cè)量，稱為單圈絕對(duì)值編碼器。     如果要測(cè)量旋轉(zhuǎn)超過360度范圍，就要用到多圈絕對(duì)值編碼器      編碼器生產(chǎn)廠家運(yùn)用鐘表齒輪機(jī)械的原理，當(dāng)中心碼盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過齒輪傳動(dòng)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(kuò)大編碼器的測(cè)量范圍，這樣的絕對(duì)編碼器就稱為多圈式絕對(duì)編碼器，它同樣是由機(jī)械位置確定編碼，每個(gè)位置編碼唯一不重復(fù)，而無需記憶。      多圈編碼器另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是由于測(cè)量范圍大，實(shí)際使用往往富裕較多， 這樣在安裝時(shí)不必要費(fèi)勁找零點(diǎn)， 將某一中間位置作為起始點(diǎn)就可以了，而大大簡化了安裝調(diào)試難度。

編碼器的分類 

 根據(jù)檢測(cè)原理，編碼器可分為光學(xué)式、磁式、感應(yīng)式和電容式，根據(jù)其刻度方法及信號(hào)輸出形式，可分為增量式、絕對(duì)式以及混合式三種。  1.1 增量式編碼器   增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖A、B和Z相；A、B兩組脈沖相位差90。 ，從而可方便的判斷出旋轉(zhuǎn)方向，而Z相為每轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖，用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位。它的優(yōu)點(diǎn)是原理構(gòu)造簡單，機(jī)械平均壽命可在幾萬小時(shí)以上，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，適合于長距離傳輸。其缺點(diǎn)是無法輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的絕對(duì)位置信息。  1.2 絕對(duì)式編碼器  絕對(duì)式編碼器是直接輸出數(shù)字的傳感器，在它的圓形碼盤上沿徑向有若干同心碼盤，每條道上有透光和不透光的扇形區(qū)相間組成，相鄰碼道的扇區(qū)樹木是雙倍關(guān)系，碼盤上的碼道數(shù)是它的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)，在嗎盤的一側(cè)是光源，另一側(cè)對(duì)應(yīng)每一碼道有一光敏元件，當(dāng)嗎盤處于不
    同位置時(shí)，各光敏元件根據(jù)受光照與否轉(zhuǎn)換出相應(yīng)的電平信號(hào)，形成二進(jìn)制數(shù)。這種編碼器的特點(diǎn)是不要計(jì)數(shù)器，在轉(zhuǎn)軸的任意位置都可讀書一個(gè)固定的與位置相對(duì)應(yīng)的數(shù)字碼。顯然，嗎道必須N條嗎道。目前國內(nèi)已有16位的絕對(duì)編碼器產(chǎn)品。  1.3 混合式絕對(duì)編碼器 混合式絕對(duì)編碼器，它輸出兩組信息，一組信息用于檢測(cè)磁極位置，帶有絕對(duì)信息功能；另一組則完全同增量式編碼器的輸出信息。

光電編碼器的應(yīng)用
 1、角度測(cè)量    汽車駕駛模擬器，對(duì)方向盤旋轉(zhuǎn)角度的測(cè)量選用光電編碼器作為傳感器。重力測(cè)量儀，采用光電編碼器，把他的轉(zhuǎn)軸與重力測(cè)量儀中補(bǔ)償旋鈕軸相連，扭轉(zhuǎn)角度儀，利用編碼器測(cè)量扭轉(zhuǎn)角度變化，如扭轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)機(jī)、漁竿扭轉(zhuǎn)釣性測(cè)試等。 擺錘沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)，利用編碼器計(jì)算沖擊是擺角變化。 2、長度測(cè)量  計(jì)米器，利用滾輪周長來測(cè)量物體的長度和距離。 拉線位移傳感器，利用收卷輪周長計(jì)量物體長度距離。  聯(lián)軸直測(cè)，與驅(qū)動(dòng)直線位移的動(dòng)力裝置的主軸聯(lián)軸，通過輸出脈沖數(shù)計(jì)量。 介質(zhì)檢測(cè)，在直齒條、轉(zhuǎn)動(dòng)鏈條的鏈輪、同步帶輪等來傳遞直線位移信息。 3、速度測(cè)量  線速度，通過跟儀表連接，測(cè)量生產(chǎn)線的線速度 角速度，通過編碼器測(cè)量電機(jī)、轉(zhuǎn)軸等的速度測(cè)量 4、位置測(cè)量  機(jī)床方面，記憶機(jī)床各個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)位置，如鉆床等  自動(dòng)化控制方面，控制在牧歌位置進(jìn)行指定動(dòng)作。如電梯、提升機(jī)等 5、同步控制  通過角速度或線速度，對(duì)傳動(dòng)環(huán)節(jié)進(jìn)行同步控制，以達(dá)到張力控制  光電旋轉(zhuǎn)編碼器在工業(yè)控制中的應(yīng)用
    1．概述  在工業(yè)控制領(lǐng)域，編碼器以其高精度、高分辨率和高可靠性而被廣泛用于各種位移測(cè)量。  目前，應(yīng)用最廣泛的是利用光電轉(zhuǎn)換原理構(gòu)成的非接觸式光電編碼器。光電編碼器是一種集光、機(jī)、電為一體的數(shù)字檢測(cè)裝置。作為一次光電傳感檢測(cè)元件的光電編碼器，具有精度高、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定可靠等顯著的優(yōu)點(diǎn)。按結(jié)構(gòu)形式可分為直線式編碼器和旋轉(zhuǎn)式編碼器兩種類型。

旋轉(zhuǎn)編碼器的基本原理：主軸與兩塊圓光柵盤相連，光射入并通過該光柵時(shí)，分別用兩個(gè)光柵面感光。由于兩個(gè)感光面具有90度的相位差。因此將該輸出輸入數(shù)字加減計(jì)算器，就能以分度值來表示角度。  旋轉(zhuǎn)編碼器主要由光柵、光源、檢讀器、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、機(jī)械傳動(dòng)等部分組成。從光電編碼器的輸出信號(hào)種類來劃分，可分為增量式和絕對(duì)值式兩大類，其中絕對(duì)值式又分為單圈和多圈兩種。 2．發(fā)展歷程  2．1從接近開關(guān)與光電開關(guān)到旋轉(zhuǎn)編碼器  工業(yè)控制中的定位，接近開關(guān)、光電開關(guān)的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)成熟了，而且很好用?？墒?，隨著工業(yè)控制的不斷發(fā)展，對(duì)精確定位的要求越來越高，選用旋轉(zhuǎn)編碼器的應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)就更加突出了。 信息化：除了定位，控制室還知道被控器件的具體位置。 柔性化：定位可以在控制室柔性調(diào)整。  現(xiàn)場(chǎng)安裝的方便、安全和長壽：拳頭大小的一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器，可以測(cè)量從幾個(gè)微米到幾百米的距離，n個(gè)工位。只要解決旋轉(zhuǎn)編碼器的安全安裝問題，就可以避免諸多接近開關(guān)、光電開關(guān)在現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械安裝麻煩以及容易被撞壞和遭高溫、水氣困擾等問題。由于是光電碼盤，無機(jī)械損耗，只要安裝位置準(zhǔn)確，其使用壽命往往很長。  多功能化：除了定位，還可以遠(yuǎn)傳當(dāng)前位置，換算運(yùn)動(dòng)速度，對(duì)于變頻器、步進(jìn)電機(jī)等的應(yīng)用尤為重要。  經(jīng)濟(jì)化：對(duì)于多個(gè)控制工位，只需一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器的成本，安裝、維護(hù)、損耗成本降低，使用壽命增長，其經(jīng)濟(jì)化逐漸突顯出來。

 2．2從增量式編碼器到絕對(duì)式編碼器  旋轉(zhuǎn)增量式編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)輸出脈沖，通過計(jì)數(shù)設(shè)備來知道其位置，當(dāng)編碼器不動(dòng)或停電時(shí)，依靠計(jì)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(dòng)；當(dāng)來電工作時(shí)，編碼器輸出脈沖過程中，也不能有干擾而丟失脈沖，不然，計(jì)數(shù)設(shè)備記憶的零點(diǎn)就會(huì)偏移，而且這種偏移的量是無從知道的，只有錯(cuò)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(diǎn)，編碼器每經(jīng)過參考點(diǎn)，將參考位置修正進(jìn)計(jì)數(shù)設(shè)備的記憶位置。 在參考點(diǎn)以前，是不能保證位置的準(zhǔn)確性的。為此，在工業(yè)控制中就有每次操作先找參考點(diǎn)，開機(jī)找零等方法。比如，打印機(jī)掃描儀的定位就是用的增量式編碼器原理，每次開機(jī)，都能聽到噼哩啪啦的一陣響，它在找參考零點(diǎn)，然后才工作。這樣的方法對(duì)有些工業(yè)控制項(xiàng)目比較麻煩，甚至不允許開機(jī)找零(開機(jī)后就要知道準(zhǔn)確位置)，于是就有了絕對(duì)編碼器的出現(xiàn)。  絕對(duì)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(gè)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(jìn)制編碼(格雷碼)，這就稱為位絕對(duì)編碼器。這樣的編碼器是由碼盤的機(jī)械位置決定的，它不受停電、干擾的影響。  絕對(duì)編碼器由機(jī)械位置決定的每個(gè)位置的唯一性，它無需記憶，無需找參考點(diǎn)，而且不用一直計(jì)數(shù)，什么時(shí)候需要知道位置，什么時(shí)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。由于絕對(duì)編碼器在定位方面明顯地優(yōu)于增量式編碼器，已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于工業(yè)控制定位中。

增量式編碼器的工作原理與使用方法
1．工作原理   旋轉(zhuǎn)編碼器是一種采用光電等方法將軸的機(jī)械轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸出的精密傳感器，分為增量式旋轉(zhuǎn)編碼器和絕對(duì)式旋轉(zhuǎn)編碼器。

 光電增量式編碼器的工作原理如下：隨轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)的脈沖碼盤上有均勻刻制的光柵，在碼盤上均勻地分布著若干個(gè)透光區(qū)段和遮光區(qū)段。 增量式編碼器沒有固定的起始零點(diǎn)，輸出的是與轉(zhuǎn)角的增量成正比的脈沖，需要用計(jì)數(shù)器來計(jì)脈沖數(shù)。每轉(zhuǎn)過一個(gè)透光區(qū)時(shí)，就發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)，計(jì)數(shù)器當(dāng)前值加1，計(jì)數(shù)結(jié)果對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)角的增量。  增量式編碼器的制造工藝簡單，價(jià)格便宜，有時(shí)也用來測(cè)量絕對(duì)轉(zhuǎn)角。 2．增量式編碼器的分類  1）單通道增量式編碼器內(nèi)部只有一對(duì)光電耦合器，只能產(chǎn)生一個(gè)脈沖序列。  2）AB相編碼器內(nèi)部有兩對(duì)光電耦合器，輸出相位差為90°的兩組脈沖序列。正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時(shí)兩路脈沖的超前、滯后關(guān)系剛好相反。由下圖可知，在B相脈沖的上升沿，正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時(shí)A相脈沖的電平高低剛好相反，因此使用AB相編碼器，PLC可以很容易地識(shí)別出轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的方向。  需要增加測(cè)量的精度時(shí)，可以采用4倍頻方式，即分別在A、B相波形的上升沿和下降沿計(jì)數(shù)，分辨率可以提高4倍，但是被測(cè)信號(hào)的最高頻率相應(yīng)降低。     3）三通道增量式編碼器內(nèi)部除了有雙通道增量式編碼器的兩對(duì)光電耦合器外，在脈沖碼盤的另外一個(gè)通道有1個(gè)透光段，每轉(zhuǎn)1圈，輸出1個(gè)脈沖，該脈沖稱為Z相零位脈沖，用做系統(tǒng)清零信號(hào)，或坐標(biāo)的原點(diǎn)，以減少測(cè)量的積累誤差。 2．編碼器的選型  首先根據(jù)測(cè)量要求選擇編碼器的類型，增量式編碼器每轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖數(shù)等于它的光柵的線數(shù)。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)速測(cè)量或定位的度要求，和編碼器的轉(zhuǎn)速，來確定編碼器的線數(shù)。編碼器安裝在電動(dòng)機(jī)軸上，或安裝在減速后的某個(gè)轉(zhuǎn)軸上，編碼器的轉(zhuǎn)速有很大的區(qū)別。還應(yīng)考慮它發(fā)出的脈沖的最高頻率是否在PLC的高速計(jì)數(shù)器允許的范圍內(nèi)。 3．編碼器與PLC高速計(jì)數(shù)器的配合問題  以S7-200為例，使用單通道增量式編碼器時(shí)，可選高速計(jì)數(shù)器的單相加/減計(jì)數(shù)器模式（模式0~5），可細(xì)分為有/無外部方向輸入信號(hào)、有/無復(fù)位輸入和有/無啟動(dòng)輸入信號(hào)。  使用AB相編碼器時(shí)，高速計(jì)數(shù)器應(yīng)選A/B相正交計(jì)數(shù)器模式（模式9～11），可以實(shí)現(xiàn)在正轉(zhuǎn)時(shí)加計(jì)數(shù)，反轉(zhuǎn)時(shí)減計(jì)數(shù)。  4．怎樣判斷AB相編碼器是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)?  S7-200的高速計(jì)數(shù)器用SM區(qū)中的當(dāng)前計(jì)數(shù)方向狀態(tài)位來指示編碼器的旋轉(zhuǎn)方向。如果編碼器輸出脈沖的周期大于PLC的掃描循環(huán)時(shí)間的兩倍，通過在B相脈沖的上升沿判斷A相脈沖信號(hào)的0、1狀態(tài)，可以判斷編碼器旋轉(zhuǎn)的方向。