增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號,再把這個電信號轉(zhuǎn)變成計數(shù)脈沖,用脈沖的個數(shù)表示位移的大小?!?
編碼器是把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號的一種裝置。
前者成為碼盤,后者稱碼尺.按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種.接觸式采用電刷輸出,一電刷接觸導電區(qū)或絕緣區(qū)來表示代碼的狀態(tài)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,采用光敏元件時以透光區(qū)和不透光區(qū)來表示代碼的狀態(tài)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(zhuǎn)換成周期性的電信號,再把這個電信號轉(zhuǎn)變成計數(shù)脈沖,用脈沖的個數(shù)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(shù)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。
旋轉(zhuǎn)增量式編碼器以轉(zhuǎn)動時輸出脈沖,通過計數(shù)設備來知道其位置,當編碼器不動或停電時,依靠計數(shù)設備的內(nèi)部記憶來記住位置。這樣,當停電后,編碼器不能有任何的移動,當來電工作時,編碼器輸出脈沖過程中,也不能有干擾而丟失脈沖,不然,計數(shù)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(chǎn)結果出現(xiàn)后才能知道。
解決的方法是增加參考點,編碼器每經(jīng)過參考點,將參考位置修正進計數(shù)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,打印機掃描儀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,然后才工作。
增量式編碼器特點:
增量式編碼器轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時,有相應的脈沖輸出,其旋轉(zhuǎn)方向的判別和脈沖數(shù)量的增減借助后部的判向電路和計數(shù)器來實現(xiàn)。其計數(shù)起點任意設定,可實現(xiàn)多圈無限累加和測量。還可以把沒轉(zhuǎn)發(fā)出一個脈沖的Z信號,作為參考機械零位。編碼器軸轉(zhuǎn)一圈會輸出固定的脈沖,脈沖數(shù)由編碼器光柵的線數(shù)決定。需要提高分辨率時,可利用 90 度相位差的 A、B兩路信號對原脈沖數(shù)進行倍頻,或者更換高分辨率編碼器。
增量式角度數(shù)字編碼器的工作原理:
(圖片文字依次為:光源、碼盤、光敏元件、放大整形、脈沖輸出)
在一個碼盤的邊緣上開有相等角度的縫隙(分為透明和不透明部分),在開縫碼盤兩邊分別安裝光源及光敏元件。當碼盤隨工作軸一起轉(zhuǎn)動時,每轉(zhuǎn)過一個縫隙就產(chǎn)生一次光線的明暗變化,再經(jīng)整形放大,可以得到一定幅值和功率的電脈沖輸出信號,脈沖數(shù)就等于轉(zhuǎn)過的縫隙數(shù)。將該脈沖信號送到計數(shù)器中去進行計數(shù),從測得的數(shù)碼數(shù)就能知道碼盤轉(zhuǎn)過的角度。
為了判斷旋轉(zhuǎn)方向 ,可以采用兩套光電轉(zhuǎn)換裝置。令它們在空間的相對位置有一定的關系,從而保證它們產(chǎn)生的信號在 相位上相差1/4周期。
內(nèi)密控增量式編碼器接線:
在工控應用中,經(jīng)常需要測量電機的速度,一種常見的方案就是將編碼器連接在電機的軸端,其輸出(A,B
相)連接到PLC,在PLC編程時利用高速計數(shù)器對接收到的編碼器的脈沖進行計數(shù),利用定時中斷即可測出電機轉(zhuǎn)速。在這種方案中,一個令人困惑的問題是究竟如何將編碼器的輸出連接到PLC的變速脈沖輸入端。就西門子200系列的PLC(以CPU224CN)來說,其輸入為DC24V,而增量式編碼器的輸出電壓有DC5V,DC24V等,輸出方式有長線差分輸出、集電極開路等方式,不同的編碼器究竟如何與PLC連接?
1、編碼器輸出為DC24V,集電極開路PNP型,這種情況下將編碼器輸出直接連接到PLC即可;
2、編碼器輸出為DC24V,集電極開路NPN型,在這種情況下需要用高速光藕轉(zhuǎn)換;
3、編碼器輸出為DC5V,長線差分輸出,這種情況下,一是選用可接收長線差分輸出的PLC,如OXXXN的CP1H-Y;如果選用CPU224CN,個人認為先用AM26LS32將差分輸出轉(zhuǎn)換為集電極開路輸出,然后再用高速光藕轉(zhuǎn)換為24V輸出;
4、編碼器輸出為DC5V,集電極開路輸出,直接用高速光藕轉(zhuǎn)換為24V輸出編碼器輸出方式常見有推拉輸出(F型HTL格式),電壓輸出(E),集電極開路 (C,常見C為NPN型管輸出,C2為PNP
型管輸出),長線驅(qū)動器輸出。其輸出方式應和其控制系統(tǒng)的接口電路相匹配編碼器輸出的A、B二路脈沖,其相位相差90度,見下圖:
上圖左側波形為編碼器正轉(zhuǎn)輸出波形,從圖中可見,A路波形引前B路波形90度,即當B路脈沖由0上跳為1時,A路脈沖已是高電位(見紅色箭頭所指處)。
上圖右側波形為編碼器反轉(zhuǎn)輸出波形,從圖中可見,A路波形滯后B路波形90度,即當B路脈沖由0上跳為1時,A路脈沖已是低電位(見紅色箭頭所指處)。