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编码器

CECwiki  发表于 2009/3/10 15:18:29      5047 查看 12 回复  [上一主题]  [下一主题]

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  定义
  编码器(Encoder),为传感器(Sensor)类的一种,是将信号(如比特流)或数据编制、转换为可用以通讯、传输和存储之形式的设备。


  分类
  编码器的种类可按以下方式来分类。
  1、按码盘的刻孔方式不同分类
  (1)增量型:就是每转过单位的角度就发出一个脉冲信号(也有发正余弦信号,然后对其进行细分,斩波出频率更高的脉冲),通常为A相、B相、Z相输出,A相、B相为相互延迟1/4周期的脉冲输出,根据延迟关系可以区别正反转,而且通过取A相、B相的上升和下降沿可以进行2或4倍频;Z相为单圈脉冲,即每圈发出一个脉冲。
  (2)绝对值型:就是对应一圈,每个基准的角度发出一个唯一与该角度对应二进制的数值,通过外部记圈器件可以进行多个位置的记录和测量。
  2、按信号的输出类型分为:电压输出、集电极开路输出、推拉互补输出和长线驱动输出。
  3、以编码器机械安装形式分类
  (1)有轴型:有轴型又可分为夹紧法兰型、同步法兰型和伺服安装型等。
  (2)轴套型:轴套型又可分为半空型、全空型和大口径型等。
  4、以编码器工作原理可分为:光电式、磁电式和触点电刷式。


  编码器与PLC连接注意事项
  编码器在工控项目中,作为测量角度、长度、速度控制的传感器,与PLC连接需要注意一下事项:
  1、输出两相脉冲的旋转编码器与FX系列PLC的连接,编码器有4条引线,其中2条是脉冲输出线,1条是COM端线,1条是电源线。编码器的电源可以是外接电源,也可直接使用PLC的DC24V电源。电源“-”端要与编码器的COM端连接,“+ ”与编码器的电源端连接。编码器的COM端与PLC输入COM端连接,A、B两相脉冲输出线直接与PLC的输入端连接,连接时要注意PLC输入的响应时间。有的旋转编码器还有一条屏蔽线,使用时要将屏蔽线接地。
  2、编码器如果是并行输出的,可以直接连接PLC或上位机的输入输出接点I/O,其信号数学格式应该是格雷码。编码器有多少位就要占用PLC的多少位接点,如果是24伏推挽式输出,高电平有效为1,低电平为0;如果是集电极开路NPN输出,则连接的接点也必须是NPN型的,其高电平有效,低电平为1。


  旋转增量式编码器应用图例


  编码器选型注意
  一是: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。
  二是: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。编码器的输出频率不要超过PLC的允许范围。
  三是: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PLC接口电路相匹配。


  旋转编码器的应用优点
  信息化:除了定位,控制室还可知道其具体位置;
  柔性化:定位可以在控制室柔性调整;
  现场安装的方便和安全、长寿:拳头大小的一个旋转编码器,可以测量从几个μ到几十几百米的距离,n个工位,只要解决一个旋转编码器的安全安装问题,可以避免诸多接近开关、光电开关在现场机械安装麻烦,容易被撞坏和遭高温、水气困扰等问题。由于是光电码盘,无机械损耗,只要安装位置准确,其使用寿命往往很长。
  多功能化:除了定位,还可以远传当前位置,换算运动速度,对于变频器,步进电机等的应用尤为重要。
  经济化:对于多个控制工位,只需一个旋转编码器的成本,以及更主要的安装、维护、损耗成本降低,使用寿命增长,其经济化逐渐突显出来。
  如上所述优点,旋转编码器已经越来越广泛地被应用于各种工控场合。

编码器(Encoder),为传感器(Sensor)类的一种,是将信号(如比特流)或数据编制、转换为可用以通讯、传输和存储之形式的设备。

 

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  • xilinxue

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    xilinxue   发表于 2009/3/6 12:50:17

     


    编码器主要分2类:


     


    绝对脉冲编码器:APC  和 增量脉冲编码器:SPC



    两者一般都应用于速度控制或位置控制系统的检测元件.
    旋转编码器是用来测量转速的装置。它分为单路输出和双路输出两种。技术参数主要有每转脉冲数(几十个到几千个都有),和供电电压等。单路输出是指旋转编码器的输出是一组脉冲,而双路输出的旋转编码器输出两组相位差90度的脉冲,通过这两组脉冲不仅可以测量转速,还可以判断旋转的方向。
    增量型编码器与绝对型编码器的区分
    编码器如以信号原理来分,有增量型编码器,绝对型编码器。



    增 量 型 编 码 器 (旋转型)
    工作原理:
    由一个中心有轴的光电码盘,其上有环形通、暗的刻线,有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差(相对于一个周波为360度),将C、D信号反向,叠加在A、B两相上,可增强稳定信号;另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。
    由于A、B两相相差90度,可通过比较A相在前还是B相在前,以判别编码器的正转与反转,通过零位脉冲,可获得编码器的零位参考位。
    编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料,玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线,其热稳定性好,精度高,金属码盘直接以通和不通刻线,不易碎,但由于金属有一定的厚度,精度就有限制,其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级,塑料码盘是经济型的,其成本低,但精度、热稳定性、寿命均要差一些。
    分辨率—编码器以每旋转360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率,也称解析分度、或直接称多少线,一般在每转分度5~10000线。
    信号输出:
    信号输出有正弦波(电流或电压),方波(TTL、HTL),集电极开路(PNP、NPN),推拉式多种形式,其中TTL为长线差分驱动(对称A,A-;B,B-;Z,Z-),HTL也称推拉式、推挽式输出,编码器的信号接收设备接口应与编码器对应。
    信号连接—编码器的脉冲信号一般连接计数器、PLC、计算机,PLC和计算机连接的模块有低速模块与高速模块之分,开关频率有低有高。
    如单相联接,用于单方向计数,单方向测速。
    A.B两相联接,用于正反向计数、判断正反向和测速。
    A、B、Z三相联接,用于带参考位修正的位置测量。
    A、A-,B、B-,Z、Z-连接,由于带有对称负信号的连接,电流对于电缆贡献的电磁场为0,衰减最小,抗干扰最佳,可传输较远的距离。
    对于TTL的带有对称负信号输出的编码器,信号传输距离可达150米。
    对于HTL的带有对称负信号输出的编码器,信号传输距离可达300米。

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    引用 xilinxue 2009/3/6 12:50:17 发表于2楼的内容

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    hq0769   发表于 2009/3/7 13:08:51

    编码器在工控项目中,作为测量角度、长度、速度控制的传感器,与PLC连接需要注意一下事项:

    1、输出两相脉冲的旋转编码器与FX系列PLC的连接,编码器有4条引线,其中2条是脉冲输出线,1条是COM端线,1条是电源线。编码器的电源可以是外接电源,也可直接使用PLCDC24V电源。电源“-”端要与编码器的COM端连接,“+ ”与编码器的电源端连接。编码器的COM端与PLC输入COM端连接,AB两相脉冲输出线直接与PLC的输入端连接,连接时要注意PLC输入的响应时间。有的旋转编码器还有一条屏蔽线,使用时要将屏蔽线接地。

    2、编码器如果是并行输出的,可以直接连接PLC或上位机的输入输出接点I/O,其信号数学格式应该是格雷码。编码器有多少位就要占用PLC的多少位接点,如果是24伏推挽式输出,高电平有效为1,低电平为0;如果是集电极开路NPN输出,则连接的接点也必须是NPN型的,其高电平有效,低电平为1

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    引用 hq0769 2009/3/7 13:08:51 发表于3楼的内容

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    hq0769   发表于 2009/3/7 13:14:22

     

     

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    引用 hq0769 2009/3/7 13:14:22 发表于4楼的内容

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    hq0769   发表于 2009/3/7 13:14:58

    一是: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。


    二是: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。编码器的输出频率不要超过PLC的允许范围。


    三是:电气接口,编码器输出方式常见有推拉输出(FHTL格式),电压输出(E),集电极开路(C,常见CNPN型管输出,C2PNP型管输出),长线驱动器输出。其输出方式应和PLC接口电路相匹配。

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    引用 hq0769 2009/3/7 13:14:58 发表于5楼的内容

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    wuchurong   发表于 2009/3/8 13:37:48

    提供的知识都很有含金量。

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    引用 wuchurong 2009/3/8 13:37:48 发表于6楼的内容

  • wuchurong

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    wuchurong   发表于 2009/3/8 13:48:56

    我是一个刚开始接触这方面知识的学生,对单片机有一些初步了解,但编码器如何用不是很了解,那么编码器与单片机,具体如何接线呢?希望高人提供指导!!
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    引用 wuchurong 2009/3/8 13:48:56 发表于7楼的内容

  • 湛蓝

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    湛蓝   发表于 2009/3/9 14:45:28

    新手刚入行不久,谢谢楼主,很有用的知识
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    引用 湛蓝 2009/3/9 14:45:28 发表于8楼的内容

  • jiang_0514

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    jiang_0514   发表于 2009/3/9 16:53:49

    编码器(encoder)是将信号(如比特流)或数据编制、转换为可用以通讯、传输和存储之形式的设备。

      编码器是把角位移或直线位移转换成电信号的一种装置。前者成为码盘,后者称码尺.按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种.接触式采用电刷输出,一电刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态是“1”还是“0”;非接触式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件,采用光敏元件时以透光区和不透光区来表示代码的状态是“1”还是“0”。

      按照工作原理编码器可分为增量式和绝对式两类。增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号,再把这个电信号转变成计数脉冲,用脉冲的个数表示位移的大小。绝对式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码,因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关,而与测量的中间过程无关。
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    引用 jiang_0514 2009/3/9 16:53:49 发表于9楼的内容

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    jiang_0514   发表于 2009/3/9 16:55:58

    工业控制中的定位,接近开关、光电开关的应用已经相当成熟了,而且很好用。可是,随着工控的不断发展,又有了新的要求,这样,选用旋转编码器的应用优点就突出了:

      信息化:除了定位,控制室还可知道其具体位置;

      柔性化:定位可以在控制室柔性调整;

      现场安装的方便和安全、长寿:拳头大小的一个旋转编码器,可以测量从几个μ到几十几百米的距离,n个工位,只要解决一个旋转编码器的安全安装问题,可以避免诸多接近开关、光电开关在现场机械安装麻烦,容易被撞坏和遭高温、水气困扰等问题。由于是光电码盘,无机械损耗,只要安装位置准确,其使用寿命往往很长。

      多功能化:除了定位,还可以远传当前位置,换算运动速度,对于变频器,步进电机等的应用尤为重要。

      经济化:对于多个控制工位,只需一个旋转编码器的成本,以及更主要的安装、维护、损耗成本降低,使用寿命增长,其经济化逐渐突显出来。

      如上所述优点,旋转编码器已经越来越广泛地被应用于各种工控场合。
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    引用 jiang_0514 2009/3/9 16:55:58 发表于10楼的内容

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    jiang_0514   发表于 2009/3/9 16:56:27

    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。

      绝对型旋转光电编码器,因其每一个位置绝对唯一、抗干扰、无需掉电记忆,已经越来越广泛地应用于各种工业系统中的角度、长度测量和定位控制。

      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。绝对型编码器因其高精度,输出位数较多,如仍用并行输出,其每一位输出信号必须确保连接很好,对于较复杂工况还要隔离,连接电缆芯数多,由此带来诸多不便和降低可靠性,因此,绝对编码器在多位数输出型,一般均选用串行输出或总线型输出,德国生产的绝对型编码器串行输出最常用的是SSI(同步串行输出)。
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    引用 jiang_0514 2009/3/9 16:56:27 发表于11楼的内容

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