编码器的选型及技术解答.doc

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编码器的选型及技术解答

一、问：

增量旋转编码器选型有哪些注意事项？

应注意三方面的参数：

1．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。

2．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。

3．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。

其输出方式应和其控制系统的接口电路相匹配。

二、问：

请教如何使用增量编码器？

1，增量型旋转编码器有分辨率的差异，使用每圈产生的脉冲数来计量，数目从6到5400或更高，脉冲数越多，分辨率越高；这是选型的重要依据之一。

2，增量型编码器通常有三路信号输出（差分有六路信号）：

A,B和Z，一般采用TTL电平，A脉冲在前，B脉冲在后，A,B脉冲相差90度，每圈发出一个Z脉冲，可作为参考机械零位。

一般利用A超前B或B超前A进行判向，增量型编码器定义为轴端看编码器顺时针旋转为正转，A超前B为90°，反之逆时针旋转为反转B超前A为90°。

也有不相同的，要看产品说明。

3，使用PLC采集数据，可选用高速计数模块；使用工控机采集数据，可选用高速计数板卡；使用单片机采集数据，建议选用带光电耦合器的输入端口。

4，建议B脉冲做顺向（前向）脉冲，A脉冲做逆向（后向）脉冲，Z原点零位脉冲。

5，在电子装置中设立计数栈。

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。

增量型编码器的一般应用:

测速，测转动方向，测移动角度、距离（相对）。

增量式旋转编码器原理  增量式旋转编码器通过内部两个光敏接受管转化其角度码盘的时序和相位关系，得到其角度码盘角度位移量增加（正方向）或减少（负方向）。

在接合数字电路特别是单片机后，增量式旋转编码器在角度测量和角速度测量较绝对式旋转编码器更具有廉价和简易的优势。

  下面对增量式旋转编码器的内部工作原理（附图）A,B两点对应两个光敏接受管，A,B两点间距为 S2 ,角度码盘的光栅间距分别为S0和S1。

当角度码盘以某个速度匀速转动时，那么可知输出波形图中的S0：

S1：

S2比值与实际图的S0：

S1：

S2比值相同，同理角度码盘以其他的速度匀速转动时，输出波形图中的S0：

S1：

S2比值与实际图的S0：

S1：

S2比值仍相同。

如果角度码盘做变速运动，把它看成为多个运动周期（在下面定义）的组合，那么每个运动周期中输出波形图中的S0：

S1：

S2比值与实际图的S0：

S1：

S2比值仍相同。

  通过输出波形图可知每个运动周期的时序为顺时针运动：

    A B        逆时针运动：

    A B                1 1                        1 1                0 1                        1 0                0 0                        0 0                 1 0                        0 1我们把当前的A,B输出值保存起来，与下一个A,B输出值做比较，就可以轻易的得出角度码盘的运动方向，如果光栅格S0等于S1时，也就是S0和S1弧度夹角相同，且S2等于S0的1/2，那么可得到此次角度码盘运动位移角度为S0弧度夹角的1/2，除以所消毫的时间，就得到此次角度码盘运动位移角速度。

  S0等于S1时，且S2等于S0的1/2时，1/4个运动周期就可以得到运动方向位和位移角度，如果S0不等于S1，S2不等于S0的1/2，那么要1个运动周期才可以得到运动方向位和位移角度了。

增量式编码器的问题：

增量型编码器存在零点累计误差，抗干扰较差，接收设备的停机需断电记忆，开机应找零或参考位等问题，这些问题如选用绝对型编码器可以解决。

绝对型编码器（旋转型）：

绝对编码器光码盘上有许多道光通道刻线，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（N减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。

这样的编码器是由光电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是唯一的，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。

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。

三、关于户外使用或恶劣环境下使用；例如：

野外使用，现场环境脏，而且怕撞坏编码器。

　　TR有铝合金（特殊要求可做不锈钢材质）密封保护外壳，双重轴承重载型编码器，放在户外不怕脏，钢厂、重型设备里都可以用。

不过如果编码器安装部分有空间，我还是建议在编码器外部再加装一防护壳，以加强对其进行保护，必竟编码器属精密元件，一台编码器和一个防护壳的价值比较还是有一定差距的。

四、从接近开关、光电开关到旋转编码器：

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。

五、关于电源供应及编码器和PLC连接：

一般编码器的工作电源有三种：

5Vdc、5-13Vdc或11-26Vdc。

如果你买的编码器用的是11-26Vdc的，就可以用PLC的24V电源，需注意的是：

　　1．编码器的耗电流，在PLC的电源功率范围内。

　　2．编码器如是并行输出，连接PLC的I/O点，需了解编码器的信号电平是推拉式（或称推挽式）输出还是集电极开路输出，如是集电极开路输出的，有N型和P型两种，需与PLC的I/O极性相同。

如是推拉式输出则连接没有什么问题。

　　3．编码器如是驱动器输出，一般信号电平是5V的，连接的时候要小心，不要让24V的电源电平串入5V的信号接线中去而损坏编码器的信号端。

（有些公司也可以做宽电压驱动器输出（5-30Vdc），有此要求定货时要注明）

六、在很多的情况之下是编码器并没有坏，而只是干扰的原因，造成波型不好，导致计数不准。

请教如何进行判断？

编码器属精密元件，这主要因为编码器周围干扰比较严重，比如：

是否有大型电动机、电焊机频繁起动造成干扰，是否和动力线同一管道传输等。

　　选择什么样的输出对抗干扰也很重要，一般输出带反向信号的抗干扰要好一些，即A+~A-,B+~B-,Z+~Z-，其特征是加上电源8根线，而不是5根线（共零）。

带反向信号的在电缆中的传输是对称的，受干扰小，在接受设备中也可以再增加判断（例如接受设备的信号利用A、B信号90°相位差，读到电平10、11、01、00四种状态时，计为一有效脉冲，此方案可有效提高系统抗干扰性能（计数准确））。

　　就是编码器也有好坏，其码盘\电子芯片\内部电路\信号输出的差别很大，要不然怎么一个1000线的增量型编码器会从300多元到3000多元差别那么大呢?

①排除（搬离、关闭、隔离）干扰源，②判断是否为机械间隙累计误差，③判断是否为控制系统和编码器的电路接口不匹配（编码器选型错误）；①②③方法偿试后故障现象排除，则可初步判断，若未排除须进一步分析。

判断是否为编码器自身故障的简单方法是排除法。

TR公司编码器已规模化生产，技术生产已成熟运用，并且所有产品出厂前经过100%的检测，产品故障率几乎为0。

排除法的具体方法是：

用一台相同型号的编码器替换上去，如果故障现象相同，可基本排除是编码器故障问题，因为两台编码器同时有故障的概率事件发生可能很小，可以看作为0。

假如换一台相同型号编码器上去，故障现象立刻排除，则可基本判定是编码器故障。

七、何为长线驱动？

普通型编码器能否远距离传送？

答：

长线驱动也称差分长线驱动，5V，TTL的正负波形对称形式，由于其正负电流方向相反，对外电磁场抵消，故抗干扰能力较强。

普通型编码器一般传输距离是100米，如果是24VHTL型且有对称负信号的，传输距离300-400米。

八、问：

能否简单介绍旋转编码器检测直线位移的方法？

答：

1，使用“弹性连轴器”将旋转编码器与驱动直线位移的动力装