编码器原理Word格式文档下载.docx
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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，根据不同的精度要求，可以选择不同的分辨率即位数。
目前有10
位、11
位、12
位、13
位、14
位或更高位等多种。
其中采用循环二进制编码（即格雷码）的绝对式编码器，其输出信号是一种数字排序,不是权重码，每一位没有确定的大小，不能直接进行比较大小和算术运算，也不能直接转换成其他信号，要经过一次码变换，变成自然二进制码，在由上位机读取以实现相应的控制。
而在码制变换中有不同的处理方式，本文着重介绍富士SX系列中使用编程的方法对二进制格雷码与自然二进制码的互换。
一、格雷码（又叫循环二进制码或反射二进制码）介绍
在数字系统中只能识别0
和1，各种数据要转换为二进制代码才能进行处理，格雷码是一种无权码，采用绝对编码方式，典型格雷码是一种具有反射特性和循环特性的单步自补码，它的循环、单步特性消除了随机取数时出现重大误差的可能，它的反射、自补特性使得求反非常方便。
格雷码属于可靠性编码，是一种错误最小化的编码方式，因为，自然二进制码可以直接由数/模转换器转换成模拟信号，但某些情况，例如从十进制的3
转换成4
时二进制码的每一位都要变，使数字电路产生很大的尖峰电流脉冲。
而格雷码则没有这一缺点，它是一种数字排序系统，其中的所有相邻整数在它们的数字表示中只有一个数字不同。
它在任意两个相邻的数之间转换时，只有一个数位发生变化。
它大大地减少了由一个状态到下一个状态时逻辑的混淆。
另外由于最大数与最小数之间也仅一个数不同，故通常又叫格雷反射码或循环码。
下表为几种自然二进制码与格雷码的对照表：
十进制数
自然二进制
格雷码
十进制
0000
8
1000
1100
1
0001
9
1001
1101
2
0010
0011
10
1010
1111
3
11
1011
1110
4
0100
0110
12
5
0101
0111
13
6
14
7
15
二、二进制格雷码与自然二进制码的互换
1、自然二进制码转换成二进制格雷码
自然二进制码转换成二进制格雷码，其法则是保留自然二进制码的最高位作为格雷码的最高位，而次高位格雷码为二进制码的高位与次高位相异或，而格雷码其余各位与次高位的求法相类似。
例如：
自然二进制编码如下：
那么转换为格雷码的方法是：
保留最高位1，然后将第二位0与第一位1做异或操作，第三位的0与第二位的0做异或操作，第四位的1与第三位的0做异或操作，得到结果如下：
1
0
Gray
2、二进制格雷码转换成自然二进制码
二进制格雷码转换成自然二进制码,其法则是保留格雷码的最高位作为自然二进制码的最高位，而次高位自然二进制码为高位自然二进制码与次高位格雷码相异或，而自然二进制码的其余各位与次高位自然二进制码的求法相类似。
例如将格雷码1000转换为自然二进制码：
上排为格雷码，下排为自然二进制，从左到右分别为1~4位
将上排的第一位高位作为自然二进制的最高位，因此在下排的第一位填入1，然后以上排第二位与下排第一位做异或操作，得到下排第二位结果为1，将上排第三位与下排第二位做异或操作，得到下排第三位的结果为1，同理，下排第四位的结果为1，因此，我们得到了转换结果
如下：
Bin
三、自然二进制码与格雷码互换在富士SX系列PLC中的实现方法：
1．
自然二进制码转换为格雷码：
根据自然二进制码转换为格雷码的转换规则，实际上就是将转换数右移一位后与转换数做异或操作。
程序流程图如下：
保存输入数
TEMP
将TEMP右移一位，保存SHILETEMP
将移位后的数据与原数据作异或
返回异或后的数据
功能块中的程序如下：
INPUT
输入变量类型为DWORD
TEMP
局部变量类型为DWORD
SHILETEMP
BIN_TO_GRAY
功能块返回变量返回类型为DWORD
BIN_TO_GRAY:
TEMP:
=INPUT;
SHILETEMP:
=SHR_DWORD（TEMP,UNIT#1）;
=SHILETEMP
XOR
INPUT;
2.
格雷码转换为自然二进制码
根据格雷码转换为自然二进制码的转换规则，实际上就是不断的将格雷码与二进制数做异或操作，也就是说，不断的和本身的不同位数做异或操作，如原数据为32位的A，那么先将A向右移动一位，与本身进行异或，然后保留值为B,那么继续将A向右移动一位，与B进行异或，保留为C,依次类推，直到A=1为止。
TEMP,INPUT1
如果输入数为0，那么直接返回数据0后退出
如果TEMP不等于1，那么循环，否则返回数据
TEMP右移1位，与输入值作不断异或
INPUT1
GRAY_TO_BIN
GRAY_TO_BIN:
INPUT1:
IF
TEMP=DWORD#0
THEN
=DWORD#0;
=INPUT1;
RETURN;
END_IF;
WHILE
TEMP<
>
DWORD#1
DO
=SHR_DWORD（TEMP,UINT#1）;
=TEMP
INPUT1;
END_WHILE;
上述代码在富士的SX系列PLC中试验没有问题，由于富士的SX系列PLC完全支持ST代码方式的编程，因此基本上可以不做修改的应用在西门子的S7系列的PLC中。
由于三菱的PLC中已经包含了自然二进制码转换为格雷码指令GRY以及格雷码转换为自然二进制码指令GBIN，因此上述代码应用于三菱系列的PLC已经没有意义，请使用三菱PLC本身附带的指令，因为西门子以及富士的SX系列PLC并没有附带转换指令，因此本人书写了上述代码用于补充SX系列的指令不足。
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