绝对值编码器信号及与后续设备的连接.docx

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绝对值编码器信号及与后续设备的连接

绝对值编码器信号及与后续设备的连接

绝对值编码器信号及与后续设备的连接:

上篇说到绝对值编码器内部由于是多码道读数，数值是以2的0次方到2的n-1次方的编码，故它的输出不同于增量的脉冲输出，以物理器件分类来看，可分为并行输出、串行同步输出、串行异步总线式输出、转换模拟量输出等。

一（并行输出:

多少位（码道）绝对值编码器就有多少根信号电缆，每根电缆代表一位数据，以电缆输出电平的高低代表1或0，物理器件与增量值编码器相似，有集电极开路NPN、PNP、差分驱动、推挽HTL等等，分高电平有效或低电平有效来针对PNP或NPN的物理器件格式。

推挽式输出信号电压较高，电压范围宽，器件不易损坏，与PNP和NPN都兼容，并行输出的应尽量选用这种输出。

并行输出一般以格雷码的数学形式输出，所以在过去就直接被称为格雷码编码器了。

对于位数不高的绝对值编码器，一般就直接以此形式输出数码，可直接进入后续设备如PLC或上位机的I/O接口，有多少位就要连接多少个点，直接读取电平的高低，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。

占用多点接口，所有接口和电缆必须确保连接好，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。

。

传输距离不能远，对于不同物理器件传输的距离不同，一般在10米内使3

用，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，由此带来工程难度及可靠性隐患，同样，对于编码器，要同时有许多节点输出，尤其是高位或多圈编码器，器件集中在编码器内部，增加编码器器件的故障损坏率。

推荐的并行绝对值编码器型号:

GAS60R13E10PB----13位单圈并行推挽式输出

GAS60R16E10PB----16位单圈并行推挽式输出

GMS60R12E10PB----12位单圈并行推挽式输出

多圈绝对值编码器不推荐用此输出形式。

二。

同步串行界面（SSI）输出:

串行输出就是数据集中在一组电缆上传输，通过约定，在时间上有先后时序的数据输出，这种约定称为通讯规约。

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和绝对值多圈编码器都是用串行输出的。

串行输出分同步与异步界面，同步就是发送指令与数据是同步的，这样就是

指令走一对电缆，数据走一对电缆，同步工作，常常用SSI来表示。

SSI的

物理格式一般是5VTTL的或5V差分的，也有用推挽式的，其数学格式各家

自行约定，指令一般有三部分组成，1是同步节拍，2是指令-数据输出的内容，

3是数据的起始，这些往往以通讯规约集合在一起了。

SSI只是同步串行界面的简称，国际上并没有统一的标准，以德国海德汉、

STEGMANN为主的绝对值编码器厂商使用的5V差分、中断时钟同步的SSI

标准作为绝对值编码器SSI输出的主流，一些厂家与其相似，但仍然有细微的差别，选购使用时需了解清楚。

国内厂家往往不够了解，以为SSI都是一样的，等买来连接起来才发现不对，或者在家里连接的都好的，到了现场连接就不稳定，或工作一段时间之后不稳定（由于对其细小‎‎差别的不了解，或因现场因素、或一段时间之后器件的细小变化而产生了变化）。

国外厂家出于商业目的，往往要求配置其推荐的后续设备，而对于自行选定或开发的后续设备，除非有很大的量，一般是不一定支持的。

国内自行开发SSI信号传感器或SSI接收设备的厂家，应对各种SSI的细微差别充分的了解，如不了解，往往会在家连的好好的，到了现场就经常不稳定，此为在SSI信号的细节上没有处理好。

我从1997年开始在国内推荐使用德国标准的SSI，是国内最早使用SSI的人之一，十年的积累，对于各种SSI的差别有较多的了解，故我公司开发的GP1312系列SSI仪表，能够很好地与各种SSI编码器连接，并稳定地工作，其中在广东飞来峡水利枢纽、上海张家塘水闸、济南钢厂从1999年使用至今，一直稳定工作，深得使用客户的好评。

以海德汉、STEGMANN为主流的SSI信号后续设备，西门子S7-300以上PLC都有相关的模块接口，德系的各种PLC和运动控制卡也都有匹配的接口，而法国的（如施耐德）或美国的，虽说也有这样的接口，但还是有细微差别的，一定要了解清楚，试用时，应带着较长电缆（100米）、较高时钟频率读取信号，以判断读数的稳定性。

我公司的GP1312系列SSI仪表，对于各种细小差别都可以调整，既可以直接连接使用，也可以作为转换器，转换为4—20mA、RS485或并行信号，再连接后续设备，如与工控机连接，较多的是用GP1312RL/EH转换成RS485信号连接工控机的。

同步串行信号的发展:

SSI信号是最简单的串行信号，同时，其信号的可靠性就较低，需要在发送-接收做相应的可靠性处理，随着运动控制速度要求越来越高，或数据可靠性要求越来越高，同步串行信号增加了很多新的内容，如海德汉的EnDat，STEGMANN的hiperface，以及宝马集团的Biss，这些信号特点都是传输速度快，为避免传输速度快而产生的错码概率，而增加了循环校验码CRC，并可以读取编码器内部的工作寿命、工作温度、光学读头可靠性等信息，这类编码器目前都是连接其专用的接口，成本较高，主要在高速运动控制中使用。

推荐的SSI绝对值编码器型号:

GAS60R13E10SGB----13位单圈SSI输出

GAX60R13/12E10SGB----25位多圈（13+12）SSI输出

推荐的SSI信号转换器型号:

GP1312SP----25位SSI转换并行推挽式输出

GP1312RL/EH----SSI信号转换4—20mA并RS485信号输出三（异步串行信号:

指令与数据分时间问和答，接口是双工的。

典型的有RS485接口，只需两个线，传输距离远，数据内容即可以是编码器的位置值，也可以是根据指令要求的其他内容，如加上每个编码器不同的地址，可以多个编码器共用传输电缆和后续接收，这种形式称为现场总线型。

常用的异步串行接口有RS485（自由协议）、Profibus-DP（西门子）、Canopen、modbus、DeviceNet等，其连接的后续设备接口应选对应的物理接口，而数据形式往往会有一个文件包（软件），如Profibus-DP有一个GSD文件。

这类编码器的特点是可多点连接控制，虽然编码器的成本与SSI比略高，但连接电缆后续设备接口可以大大节省而成本较低了，但这类编码器相比较而言，其数据传输的速度就很难提高了。

推荐的绝对值编码器:

GAM60R13E10R4B----RS485输出

GAS60R13E10RCA---Canopen输出

GAX60R13/12E10RMB----绝对值真多圈modbus输出

四（4—20mA模拟信号转换输出:

绝对值编码器内置智能化嵌入技术和模拟后端电路，将内部的数字化信号计算转换为模拟电流4—20mA或模拟电压0—5V输出。

绝对值编码器的输出形式多样，对应的后续设备选择带来了困难，而且采集的信号还要再次解码换算，相比较而言，传统的传感器模拟信号输出更加普及使用方便，为满足不熟悉绝对值编码器输出信号的新手，使用直接模拟信号输出的绝对值编码器，也是最方便的选择。

Easypro技术—内置的智能化嵌入技术，可将编码器的旋转方向，每转对应角度或长度，编码器安装置位零点，编码器工作输出的起始点与终点（4mA对应值、20mA对应值），在编码器初始化时设定，这样，4—20mA或0—5V的输出，可以直接对应工作量程起始至终点的输出，而无需另外解码换算，特别适合绝对值编码器初用者，同时，绝大部分的后续设备都可以找到这样的接口，可以大大节省器件成本和调试维护成本。

推荐的绝对值编码器:

GAM60R13E10LB直接4-20mA模拟电流输出，Easypro功能。

GAX60R13/12E10LB绝对值真多圈4—20mA输出，工作量程1圈—4096圈可设定。

绝对值编码器在选用时，与增量编码器最大的不同就是其输出信号完全不同，一定要很好地了解清楚再使用，如无把握，购买绝对值编码器时，就要选择专业的有经验的供应商，而避免选型使用的不当，而没有发挥出绝对值编码器可靠的特点。

绝对值编码器简介

默认分类2009-03-3114:

41:

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绝对是相对于增量而言的，顾名思义，所谓绝对就是编码器的输出信号在一周或多周运

转的过程中，其每一位置和角度所对应的输出编码值都是唯一对应的，如此，便具备掉电记忆之功能也。

绝对式编码器是依据计算机原理中的位码来设计的，比如:

8位码（00000011），16位码，32位码等。

把这些位码信息反映在编码器的码盘上，就是多道光通道刻线，每道刻线依次以2线、4线、8线、16线。

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编排。

如此编排的结果，比如对一个单圈绝对式而言，便是把一周360?

分为2的4次方，2的8次方，2的16次方，，，，位数越高，则精度越高，量程亦越大。

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。

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，称之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。

绝对值编码器的信号输出（SignalOutput）

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（Parallel）:

绝对值编码器输出的是多位数码（格雷码或纯二进制码），并行输出就是所有信号各占一信号线同时输出，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。

最好为格雷码，因为如是纯二进制码，在数据刷新时可能有多位同时变化，读数会在短时间里造成错码。

而格雷码每次只有一位发生变化，减少错码的可能。

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，一般在一两米左右，对于复杂环境的现场，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。

串行SSI输出（SerialSynchronousInterface）:

串行输出就是通过一定的协议，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。

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。

1（现场总线型输出（BUS）

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

变送也就是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位并行输出等。

绝对式编码器选型常用参数

1.单圈绝对型（Singleturn）-需知道客户所需求的位数，又叫解析度（Resolution）,比如10bits，又称1024positions，12bits=4096positions等。

2.多圈绝对型（Multiturn）-此时除了问他单圈的解析度外，还有就是他所需求的圈数（revolution），所以一个多圈型编码器的位数是单圈位数和多圈圈数的总合。

比如:

一个编码器的单圈解析度为4096/12bits,圈数为13bits,那么这个编码器的总输出位数就是12+13=25bits.

3.信号输出及接口形式（SignalandOutput）-首先有数码输出和模拟输出，但一般是以数码为主。

编码输出有:

并行输出，串行输出，总线接口等。

4.编码器电源电压（Power）-问清楚他所选用编码器的工作电源电压。

5.输出码制（Code）-绝对式编码器输出之编码同计算机中所用到的码制是一样的，也有自然二进制，BCD，格雷码，余格雷码等。

其中常用的也就是自然二进制（naturalbinarycode）,格雷码（graycode）,因为格雷码有优于自然二进制的特点，故一般采用格雷码为多。

6.编码器温度范围（TemparatureRange）-此相应客户的具体要求而帮对方选择之。

此又分使用温度和存放温度。

7.编码器转速范围（Speed）-此相亦需满足客户的具体要求，一般良好之编码器的机械转速可达到5000~6000rpm.

8.IP防护等级（Protection）-此防护等级又分为外盖防护等级和轴径处的防护等级。

其以IP67为最高级别。

最后，基本上，如能提供了以上这么多数据后，已经可以很好的帮客户选择合适的编码器了。

其他所牵涉到的具体问题，则再视具体情况而做出解决。

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（数据处理和显示系统）。

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。

复合型编码器（ComplexEncoder）

随着编码器应用的场合和用途越来越多，越来越广，其产品也出现了品类众多的局面。

有的工业现场需要增量信号同绝对值同时出现并测量的状况，为了解决这种问题，复合型编码器便应运而生。

复合型编码器便是在同一个编码器的光盘上，同时刻有增量式信号轨道和绝对式信号轨道，在经电路处理后，便可在输出端得到增量的脉冲信号和绝对值的编码信号。

此类产品各厂家均有制作，比如:

Leinelinde的SSI674/675/684/685

既然绝对值编码器分为RS485输出型，SSI输出型，ProfibusDP型，CanOpen型等，这么多的类别，这几种的应用各自有其特点:

1。

并行输出，低位数的单圈绝对值用得最多，直接进开关I/O,多少位就占用多少个I/O，低位数还是比较方便的。

但线多，易故障，在高位数多及多圈情况下不推荐。

2。

RS485通讯或RS232通讯，位数再多也就几根线，与计算机、PLC连，与单片机连方便，但目前协议没统一,要编程。

3。

SSI,与西门子系统（德系）连，4线信号，或自开发系统方便，快速，可靠。

但日系系统没有联接口。

4。

ProfibusDP，西门子为主的总线，用在工程上较多，用在运动控制系统较少（总线连多了数据刷新速度不够）

5。

CanOpen,汽车电子、工程车、运动控制用区域总线，目前国内刚刚开始有人用，熟悉的人不多。