绝对值编码器原理Word格式文档下载.docx

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从单圈绝对值编码器到多圈绝对值编码器

　　旋转单圈绝对值编码器，以转动中测量光电码盘各道刻线，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

只能用于旋转范围360度以内的测量，称为单圈绝对值编码器。

　　如果要测量旋转超过360度范围，就要用到多圈绝对值编码器。

　　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。

绝对值编码器长度测量的应用

一．绝对值旋转编码器的机械安装：

绝对值旋转编码器的机械安装有高速端安装、低速端安装、辅助机械装置安装等多种形式。

1．高速端安装：

安装于动力马达转轴端（或齿轮连接），此方法优点是分辨率高，由于多圈编码器有４０９６圈，马达转动圈数在此量程范围内，可充分用足量程而提高分辨率，缺点是运动物体通过减速齿轮后，来回程有齿轮间隙误差，一般用于单向控制定位。

另外编码器直接安装于高速端，马达抖动须较小，不然易损坏编码器。

2．低速端安装：

安装于减速齿轮后，如卷扬钢丝绳卷筒的轴端或最后一节减速齿轮轴端，此方法已无齿轮来回程间隙，测量较直接，精度较高。

另外，GPMV0814机械转数为90圈，用此方法较合理，如果卷筒转数超过90圈，可用1：

3或1：

4齿轮组调整至转数测量范围内。

3．辅助机械安装，收绳机械安装：

钢丝绳弹簧收紧器原理图

1．收拉钢丝绳

2．测量盘

3．收紧弹簧轮1

4．收紧弹簧轮2

5．专用弹簧

6．弹性联轴器

7．编码器

用钢丝绳收绳器测量

油缸行程示意图

收绳机械有弹簧自收绳位移传感器――柔性钢丝绳连接运动物体，钢丝绳盘紧在一个测量轮上，依靠恒力弹簧回收钢丝绳。

编码器连接于盘紧测量轮轴端，测量钢丝绳来回运动的旋转角度。

重锤重力收绳：

重锤浮子水位测量示意图

1编码器

2联轴器

3测量轮

4重锤收紧轮

5钢丝绳

6浮子

测量轮与恒力弹簧弹簧型相似，只是钢丝绳的回收力是依靠另一个同轴的盘紧轮挂重锤来回收。

用收绳位移测量的优点是柔性连接，测量直接而精度高，对运动物体的环境如震动、粉尘、高温水气的场合都能适用。

机械丝杠、摩擦轮、小车轮轴中心、齿轮齿条连接

在机械丝杠转轴中心安装编码器，丝杠前进1个螺距，编码器旋转一周。

通过带摩擦阻力的摩擦转轮，与相对运动物体摩擦转动，测量运动距离。

注意：

摩擦轮需始终紧靠测量物，且无跳动、打滑。

（实际使用中，某些场合有难度）

通过轨道小车的转轮中心，安装旋转编码器，测量小车行进。

小车与轨道之间不可有打滑

运动物连接齿条，带动装有齿轮的编码器，测量运动物体移动距离

为保证连紧密抗震，经常有弹簧基座。

二．绝对值编码器的信号输出

绝对值编码器信号输出有并行输出、串行输出、总线型输出、变送一体型输出

1．并行输出：

　　绝对值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。

2．串行SSI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。

由于绝对值编码器好的厂家都是在德国，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。

SSI接口（RS422模式），以两根数据线、两根时钟线连接，由接收设备向编码器发出中断的时钟脉冲，绝对的位置值由编码器与时钟脉冲同步输出至接收设备。

由接收设备发出时钟信号触发,编码器从高位（MSB）开始输出与时钟信号同步的串行信号,SSI标准的信号当不传送信号时,时钟和数据位均是高位,在时钟信号的第一个下降沿,编码器的当前值开始贮存,从时钟信号上升沿开始,经T2延迟时间后，编码器数据信号开始传送.t3为恢复信号,等待下次传送。

T=0.9—11us每个脉冲周期n为编码器总位数

t1>

0.45us每个脉冲半周期

t2≤0.4us数据输出延迟时间

t3=12—35us数据恢复（熄灭）时间

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。

3．现场总线型输出

现场总线型编码器是多个编码器各以一对信号线连接在一起，通过设定地址，用通讯方式传输信号，信号的接收设备只需一个接口，就可以读多个编码器信号。

总线型编码器信号遵循RS485的物理格式，其信号的编排方式称为通讯规约，目前全世界有多个通讯规约，各有优点，还未统一，编码器常用的通讯规约有如下几种：

PROFIBUS-DP；

CAN；

DeviceNet；

Interbus等

总线型编码器可以节省连接线缆、接收设备接口，传输距离远，在多个编码器集中控制的情况下还可以大大节省成本。

4．变送一体型输出

我公司提供的GPMV0814、GPMV1016绝对编码器，其信号已经在编码器内换算后直接变送输出，其有模拟量4—20mA输出、RS485数字输出、14位并行输出。

三．连接绝对编码器的电气二次设备：

连接绝对值编码器的设备可以是可编程控制器PLC、上位机，也可以是专用显示信号转换仪表，由仪表再输出信号给PLC或上位机。

1．直接进入PLC或上位机：

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，其低电平有效，低电平为1。

2．编码器如果是串行输出的，由于通讯协议的限制，后接电气设备必须有对应的接口。

例如SSI串行，可连接西门子的S7-300系列的PLC，有SM338等专用模块，或S7-400的FM451等模块，对于其他品牌的PLC，往往没有专用模块或有模块也很贵。

3．编码器如是总线型输出，接受设备需配专用的总线模块，例如PROFIBUS-DP。

但是，如选择总线型输出编码器，在编码器与接收设备PLC中间，就无法加入其他显示仪表，如需现场显示，就要从PLC再转出信号给与信号匹配的显示仪表。

有些协议自定义的RS485输出信号进PLC的RS485接口，需PLC具有智能编程功能。

4．连接专用显示转换仪表：

针对较多使用的SSI串行输出编码器，我公司提供专用的显示、信号转换仪表，由仪表进行内部解码、计算、显示、信号转换输出，再连接PLC或上位机。

其优点如下：

a.现场可以有直观的显示，直接在仪表上设置参数。

b.专用程序读码解码、容错、内部计算，可以大大减少各个项目的编程工作量，提高稳定和可靠性。

信号输出是由内部数字量直接计算，快速、准确。

c.信号输出有多种形式，灵活方便，后面可连接各种PLC或上位机，通用性强。

我公司各类连接SSI编码器的仪表一览表：

GP1312

（C表、标准表）

16位并行码推挽式输出、4—20mA两路模拟量、8个预置位置开关、

4位显示、非线性换算、面板置位等通用功能

GP1312/C2

（C2表，

双路纠偏表）

双吊点同步纠偏型，16位并行码推挽式选通输出，9个预置开关输出，含双路超偏纠偏信号，两路4—20mA模拟量输出，其中一路为差值量输出。

双4位显示、非线性换算、面板置位等通用功能

GP1312RL

（RL表、

现场变送表）

一路4—20mA模拟量输出；

一路RS485输出。

非线性换算，外部置位等

GP1312BS

（BS表、电子凸轮开关组）

八个电子凸轮位置开关，每个开关具有开到位和恢复位，

4位显示，非线性换算，外部置位等

GPMV0814、GPMV1016三位一体型

GPMV0814绝对多圈编码器，其光电码盘读码解码、显示设定、信号转换三位一体，输出4—20mA模拟量、并行数字量RS485通讯可同时输出，连接各类PLC和上位机。

一般的应用，可选同时两组输出型，一组信号连接PLC，另一组连接显示仪表，如需要增加开关输出，可从显示仪表设定输出。

S7-300沒有現成的轉換功能塊，我使用了富士的SPH編寫了一個功能塊，由于富士的和西門子都支持IEC61131-3編程規范，那么應該很簡單的轉換為西門子的功能塊。

在精确定位控制系统中，为了提高控制精度，准确测量控制对象的位置是十分重要的。

目前，测量位置的方法主要有2种，其一是使用位置传感器，此方法精度高，但是在多路，长距离位置监控系统中，由于成本昂贵且安装困难，因此并不实用。

其二是采用光电轴角编码器进行精确位置控制，光电轴角编码器根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。

而绝对式编码器是直接输出数字量的传感器，它是利用自然二进制或循环二进制（格雷码）方式进行光电转换的，编码的设计一般是采用自然二进制码、循环二进制码、二

进制补码等。

特点是不要计数器，在转轴的任意位置都可读出一个固定的与位置相对应的数字码；

抗干扰能力强，没用累积误差；

电源切断后位置信息不会丢失，但分辨率是由二进制的位数决定的，根据不同的