1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上編碼器應用技術編碼器是將信號（如比特流）或數(shù)據(jù)進行編制、轉換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設備，是集光、機、電技術于一體的數(shù)字化傳感器，可以高精度測量被測物的轉角或直線位移量。1、編碼器的定義：中文名稱：編碼器英文名稱：coder; encoder定義：一種按照給定的代碼產生信息表達形式的器件。2、編碼器的分類：（1）根據(jù)檢測原理，編碼器可分為光學式、磁式、感應式和電容式。（2）按測量方式的分類，編碼器可分為旋轉編碼器、直尺編碼器（3）根據(jù)讀出方式，編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種。接觸式采用電刷輸出，用電刷接觸導電區(qū)或絕緣區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是1”還是“0”；

2、非接觸式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件時以透光區(qū)和不透光區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是1”還是0”，通過1”和“0”的二進制編碼來將采集來的物理信號轉換為機器碼可讀取的電信號用以通訊、傳輸和儲存。（4）根據(jù)其刻度方法及信號輸出形式或者信號原理或者編碼方式，可分為增量式、絕對式以及混合式三種。我們常用這種分類方法區(qū)別編碼器，并且混合式的編碼器也是由增量型和絕對值型的組合而成的，增量型和絕對型一般都應用于速度控制或位置控制系統(tǒng)的檢測元件，以下將重點講述。編碼器控制轉速的原理：N=ND1(測量)-ND2(理論)，N為電機轉速當測出的脈沖個數(shù)與計算出的理論值有偏差時,可根據(jù)電壓與脈沖個數(shù)的對應

3、關系計算出輸出給伺服系統(tǒng)的增量電壓U，經過D/A轉換，再計算出增量脈沖個數(shù)，等下減去。當運行時間越長路線越長，離我們預制的路線偏離就多了。這時系統(tǒng)起動位置環(huán)，通過不斷測量光電編碼器每秒鐘輸出的脈沖個數(shù)，并與標準值PD（理想值）進行比較，計算出增量P并將之轉換成對應的D/A輸出數(shù)字量，通過控制器減少輸個電機的脈沖個數(shù)，在原來輸出電壓的基礎上減去增量，迫使電機轉速降下來，當測出的P近似為零時停止調節(jié)，這樣可將電機轉速始終控制在允許的范圍內。編碼器的常規(guī)工作電壓有以下幾種：5V、12V、24V、5-24V（通用型）、5-30V編碼器常規(guī)防護性能：防油、防塵、抗震型。彈性聯(lián)接器：編碼器軸與用戶軸聯(lián)接時

4、，存在同軸誤差，嚴重時將損壞編碼器。要求采用彈性聯(lián)接器（編碼器廠家提供選件），解決偏心問題，一般可以做到允許扭矩 1N.m, 不同軸度0.2mm，軸向偏角 1.5度。彈性聯(lián)軸器常用規(guī)格為：編碼器端孔徑(mm)用戶端孔徑(mm)4、5、6、8、10、154、5、6、6.35、8、10、153、增量式編碼器增量式編碼器（其中增量脈沖編碼器簡稱SPC）是將位移轉換成周期性的電信號，再把這個電信號轉變成計數(shù)脈沖，用脈沖的個數(shù)表示位移的大小。順時針運動逆時針運動A B1 10 10 01 0A B1 11 00 00 1增量型編碼器(旋轉型)工作原理：由一個中心有軸的光電碼盤，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有

5、光電發(fā)射和接收器件讀取,獲得四組正弦波信號組合成A、B、C、D,每個正弦波相差90度相位差（相對于一個周波為360度），將C、D信號反向，疊加在A、B兩相上，可增強穩(wěn)定信號，由于A、B兩相相差90度，可通過比較A相在前還是B相在前，以判別編碼器的正轉與反轉；另每轉輸出一個Z相脈沖以代表零位參考位。編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩(wěn)定性好，精度高，金屬碼盤直接以通和不通刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個數(shù)量級，塑料碼盤是經濟型的，其成本低，但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。分辨率編碼器以每旋轉360度提供多少

6、的通或暗刻線稱為分辨率，也稱解析分度、或直接稱多少線，一般在每轉分度5-10000線。基本技術規(guī)格（1）分辨率：用編碼器軸轉動一周所產生的輸出信號基本周期來表示的，即脈沖數(shù)/轉（PPR），碼盤上的透光縫隙的數(shù)目就等于編碼器的分辨率，碼盤上刻的縫隙越多，編碼器的分辨率就越高。倍頻提高分辨率。（2）精度：度量在所選定的分辨率范圍內，確定任一脈沖相對另一脈沖位置的能力。精度通常用角度、角分、角秒來表示。編碼器的精度與碼盤透光縫隙的加工質量、碼盤的機械旋轉情況的制造精度因素有關，也與安裝技術有關。（3）輸出信號的穩(wěn)定性：在實際運行條件下，保持規(guī)定精度的能力。影響編碼器輸出信號穩(wěn)定性的主要因素是溫度對電

7、子器件造成的漂移、外界加于編碼器的變形力以及光源特性的變化。由于溫度和電源變化的影響，編碼器的電子電路不能保持規(guī)定的輸出特性，在設計和使用中都要給予充分考慮。（4）響應頻率：編碼器輸出的響應頻率取決于光電檢測器件、電子處理線路的響應速度。當編碼器高速旋轉時，如果其分辨率很高，那么編碼器輸出的信號頻率將會很高。如果光電檢測器件和電子線路元器件的工作速度與之不能相適應，就有可能使輸出波形嚴重畸變，甚至產生丟失脈沖的現(xiàn)象。這樣輸出信號就不能準確反映軸的位置信息。所以，每一種編碼器在其分辨率一定的情況下，它的最高轉速也是一定的，即它的響應頻率是受限制的。編碼器的最大響應頻率、分辨率和最高轉速之間的關系

8、如公式：（5）信號輸出形式：有正弦波（電流或電壓）,方波（TTL、HTL）,集電極開路Open Collector（PNP、NPN）,推拉式多種形式，其中TTL為長線差分驅動（對稱A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL（ToTEM Pole）也稱推拉式、推挽式輸出，編碼器的信號接收設備接口應與編碼器對應。信號經過放大、整形得到了正弦波或矩形波。正弦波：基本消除了定位停止時的振蕩現(xiàn)象，并且容易通過電子內插方法，以較低的成本得到較高的分辨率。矩形波：容易進行數(shù)字處理，多用。信號連接：編碼器的脈沖信號一般連接計數(shù)器、PLC、計算機，PLC和計算機連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分，開關頻率有低有高。

9、如單相聯(lián)接，用于單方向計數(shù)，單方向測速。A.B兩相聯(lián)接，用于正反向計數(shù)、判斷正反向和測速。A、B、Z三相聯(lián)接，用于帶參考位修正的位置測量。A、A-，B、B-，Z、Z-連接，由于帶有對稱負信號的連接，電流對于電纜貢獻的電磁場為0，衰減最小，抗干擾最佳，可傳輸較遠的距離,TTL信號傳輸距離可達150米,HTL信號傳輸距離可達300米。增量型編碼器的優(yōu)點是原理構造簡單，機械平均壽命可在幾萬小時以上，抗干擾能力強，可靠性高，適合于長距離傳輸。增量型編碼器的缺點是存在零點累計誤差，無法輸出軸轉動的絕對位置信息，抗干擾較差，接收設備的停機需斷電記憶，開機應找零或參考位等問題，這些問題如選用絕對型編碼器可以

10、解決。增量型編碼器的一般應用:測速，測轉動方向，測移動角度、距離(相對)。4、絕對式編碼器絕對式編碼器（其中絕對脈沖編碼器簡稱APC）的每一個位置對應一個確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關，而與測量的中間過程無關。旋轉單圈絕對值編碼器，以轉動中測量光電碼盤各道刻線，以獲取唯一的編碼，當轉動超過360度時，編碼又回到原點，這樣就不符合絕對編碼唯一的原則，這樣的編碼只能用于旋轉范圍360度以內的測量，稱為單圈絕對值編碼器。如果要測量旋轉超過360度范圍，就要用到多圈絕對值編碼器。編碼器生產廠家運用鐘表齒輪機械的原理，當中心碼盤旋轉時，通過齒輪傳動另一組碼盤（或多組齒輪，多組碼盤

11、），在單圈編碼的基礎上再增加圈數(shù)的編碼，以擴大編碼器的測量范圍，這樣的絕對編碼器就稱為多圈式絕對編碼器，它同樣是由機械位置確定編碼，每個位置編碼唯一不重復，而無需記憶。多圈編碼器另一個優(yōu)點是由于測量范圍大，實際使用往往富裕較多，這樣在安裝時不必要費勁找零點，將某一中間位置作為起始點就可以了，而大大簡化了安裝調試難度。絕對型旋轉編碼器的機械安裝形式：高速端安裝：安裝于動力馬達轉軸端（或齒輪連接），此方法優(yōu)點是分辨率高，由于多圈編碼器有4096圈，馬達轉動圈數(shù)在此量程范圍內，可充分用足量程而提高分辨率，缺點是運動物體通過減速齒輪后，來回程有齒輪間隙誤差，一般用于單向高精度控制定位，例如軋鋼的輥縫控

12、制。另外編碼器直接安裝于高速端，馬達抖動須較小，不然易損壞編碼器。低速端安裝：安裝于減速齒輪后，如卷揚鋼絲繩卷筒的軸端或最后一節(jié)減速齒輪軸端，此方法已無齒輪來回程間隙，測量較直接，精度較高，此方法一般測量長距離定位，例如各種提升設備，送料小車定位等。輔助機械安裝：常用的有齒輪齒條、鏈條皮帶、摩擦轉輪、收繩機械等。絕對型編碼器（旋轉型）：絕對編碼器光碼盤上有許多道光通道刻線，每道刻線依次以2線、4線、8線、16線編排，這樣，在編碼器的每一個位置，通過讀取每道刻線的通、暗，獲得一組從2的零次方到2的n-1次方的唯一的2進制編碼（格雷碼），這就稱為n位絕對編碼器。這樣的編碼器是由光電碼盤的機械位置決

13、定的，它不受停電、干擾的影響。絕對編碼器由機械位置決定的每個位置是唯一的，它無需記憶，無需找參考點，而且不用一直計數(shù)，什么時候需要知道位置，什么時候就去讀取它的位置。這樣，編碼器的抗干擾特性、數(shù)據(jù)的可靠性大大提高了。絕對值編碼器的信號輸出：絕對值編碼器信號輸出有并行輸出、串行輸出、總線型輸出、變送一體型輸出1、 并行輸出：絕對值編碼器輸出的是多位數(shù)碼（格雷碼或純二進制碼），并行輸出就是在接口上有多點高低電平輸出，以代表數(shù)碼的1或0，對于位數(shù)不高的絕對編碼器，一般就直接以此形式輸出數(shù)碼，可直接進入PLC或上位機的I/O接口，輸出即時，連接簡單。但是并行輸出有如下問題：必須是格雷碼，因為如是純二進

14、制碼，在數(shù)據(jù)刷新時可能有多位變化，讀數(shù)會在短時間里造成錯碼。所有接口必須確保連接好，因為如有個別連接不良點，該點電位始終是0，造成錯碼而無法判斷。傳輸距離不能遠，一般在一兩米，對于復雜環(huán)境，最好有隔離。對于位數(shù)較多，要許多芯電纜，并要確保連接優(yōu)良，由此帶來工程難度，同樣，對于編碼器，要同時有許多節(jié)點輸出，增加編碼器的故障損壞率。2、 串行SSI輸出：串行輸出就是通過約定，在時間上有先后的數(shù)據(jù)輸出，這種約定稱為通訊規(guī)約，其連接的物理形式有RS232、RS422(TTL)、RS485等。由于絕對值編碼器好的廠家都是在德國，所以串行輸出大部分是與德國的西門子配套的，如SSI同步串行輸出（RS422模

15、式，兩根數(shù)據(jù)線DATA、兩根時鐘線CLOCK)。 T=0.911us 每個脈沖周期 n為編碼器總位數(shù)，t10.45us每個脈沖半周期，t20.4us數(shù)據(jù)輸出延遲時間，t3=1235us數(shù)據(jù)恢復（熄滅）時間串行輸出連接線少，傳輸距離遠，對于編碼器的保護和可靠性就大大提高了。一般高位數(shù)的絕對編碼器都是用串行輸出的。3、現(xiàn)場總線型輸出現(xiàn)場總線型編碼器是多個編碼器各以一對信號線連接在一起，通過設定地址， 用通訊方式傳輸信號，信號的接收設備只需一個接口，就可以讀多個編碼器信號。總線型編碼器信號遵循RS485的物理格式，其信號的編排方式稱為通訊規(guī)約，目前全世界有多個通訊規(guī)約，各有優(yōu)點，還未統(tǒng)一，編碼器常用

16、的通訊規(guī)約有如下幾種：PROFIBUS-DP、 CAN、 DeviceNet、Interbus等。總線型編碼器可以節(jié)省連接線纜、接收設備接口，傳輸距離遠，在多個編碼器集中控制的情況下還可以大大節(jié)省成本。4、變送一體型輸出 我公司提供的GPMV0814、GPMV1016絕對編碼器，其信號已經在編碼器內換算后直接變送輸出，其有模擬量420mA輸出、RS485數(shù)字輸出、14位并行輸出。連接絕對編碼器的電氣二次設備：連接絕對值編碼器的設備可以是可編程控制器PLC、上位機，也可以是專用顯示信號轉換儀表，由儀表再輸出信號給PLC或上位機。1直接進入PLC或上位機：編碼器如果是并行輸出的，可以直接連接PLC

17、或上位機的輸入輸出接點I/O，其信號數(shù)學格式應該是格雷碼。編碼器有多少位就要占用PLC的多少位接點，如果是24伏推挽式輸出，高電平有效為1，低電平為0；如果是集電極開路NPN輸出，則連接的接點也必須是NPN型的，其低電平有效，低電平為1。2編碼器如果是串行輸出的，由于通訊協(xié)議的限制，后接電氣設備必須有對應的接口。3編碼器如是總線型輸出，接受設備需配專用的總線模塊。但是，如選擇總線型輸出編碼器，在編碼器與接收設備PLC中間，就無法加入其他顯示儀表，如需現(xiàn)場顯示，就要從PLC 再轉出信號給與信號匹配的顯示儀表。有些協(xié)議自定義的RS485輸出信號進PLC的RS485接口，需PLC具有智能編程功能。4

18、連接專用顯示轉換儀表：針對較多使用的SSI串行輸出編碼器，我公司提供專用的顯示、信號轉換儀表，由儀表進行內部解碼、計算、顯示、信號轉換輸出，再連接PLC或上位機。其優(yōu)點如下：a.現(xiàn)場可以有直觀的顯示，直接在儀表上設置參數(shù)。b.專用程序讀碼解碼、容錯、內部計算，可以大大減少各個項目的編程工作量，提高穩(wěn)定和可靠性。信號輸出是由內部數(shù)字量直接計算，快速、準確。c.信號輸出有多種形式，靈活方便，后面可連接各種PLC或上位機，通用性強。一般的應用，可選同時兩組輸出型，一組信號連接PLC，另一組連接顯示儀表，如需要增加開關輸出，可從顯示儀表設定輸出。常用線數(shù)：30、60、100、120、200、250、2

19、56、300、360、400、480、500、512、600、700、800、900、907、1000、1024、1200、1250、1440、1500、1800、2000、2048、2400、2500、2669、3000、3600、4000、4069、4500、5000、54005、編碼器安裝使用及注意事項（1）編碼器檢測軸與用戶端輸出軸之間避免鋼性聯(lián)接采用螺絲夾緊安裝連接。如果條件允許，也可以采用彈性軟連接(比如彈性聯(lián)軸器、尼龍齒輪或同步帶聯(lián)接傳動)或以避免因用戶軸的串動、跳動而造成編碼器軸系的損壞；（2）應保證編碼器軸與用戶輸出軸的不同軸度0.20mm，與軸線的偏角1.5；（3）安裝時盡

20、量避免敲擊和摔打碰撞,以免損壞軸系和碼盤；（4）不可帶電插拔編碼器；（5）編碼器電纜插頭線芯不可與手等部位接觸；（6）不要將電源線與地線接反；（7）編碼器的輸出線彼此不要搭接，以免損壞輸出電路；（8）編碼器的信號線不要接到直流電源上或交流電流上，以免損壞輸出電路；（9）與編碼器相連的電機等設備，應接地良好，不要有靜電；（10）配線時應采用屏蔽電纜；（11）開機前，應仔細檢查，產品說明書與編碼器型號是否相符，接線是否正確；（12）長距離傳輸時，應考慮信號衰減因素，選用輸出阻抗低，抗干擾能力強的輸出方式；（13）避免在強電磁波環(huán)境中使用；（14）編碼器屬于高精密儀器，使用轉速不要超過標稱轉速，否則

21、會影響電氣信號。（15）長期使用時，定期檢查固定編碼器的螺釘是否松動 （每季度一次）,接地線應盡量粗，一般應大于1.5平方。（16）編碼器是精密儀器，使用時要注意周圍有無振源及干擾源 （17）不是防漏結構的編碼器不要濺上水、油等，必要時要加上防護罩 （18）注意環(huán)境溫度、濕度是否在儀器使用要求范圍之內 6、應用中問題分析及改進措施（一）常規(guī)應用1、角度測量2、長度測量3、速度測量4、位置測量5、同步控制（二）應用中問題分析光電檢測裝置的發(fā)射和接收裝置都安裝在生產現(xiàn)場，在使用中暴露出許多缺陷，其有內在因素也有外在因素，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1發(fā)射裝置或接受裝置因機械震動等原因而引起的移位或偏移

22、，導致接收裝置不能可靠的接收到光信號，而不能產生電信號。2因光電檢測裝置安裝在生產現(xiàn)場，受生產現(xiàn)場環(huán)境因素影響導致光電檢測裝置不能可靠的工作。3生產現(xiàn)場的各種電磁干擾源，對光電檢測裝置產生的干擾，導致光電檢測裝置輸出波形發(fā)生畸變失真，使系統(tǒng)誤動或引發(fā)生產事故。（三）改進措施1改變光電編碼器的安裝方式。光電編碼器不在安裝在電動機外殼上，而是在電動機的基礎上制作一固定支架來獨立安裝光電編碼器，光電編碼器軸與電動機軸中心必須處于同一水平高度，兩軸采用軟橡膠或尼龍軟管相連接，以減輕電動機沖擊負載對光電編碼器的機械沖擊。采用此方式后經測振儀檢測，其振動速度降至1.2mm/s。2合理選擇光電檢測裝置輸出信

23、號傳輸介質，采用雙絞屏蔽電纜取代普通屏蔽電纜。雙絞屏蔽電纜具有兩個重要的技術特性，一是對電纜受到的電磁干擾具有較強的防護能力，因為空間電磁場在線上產生的干擾電流可以互相抵消。雙絞屏蔽電纜的另一個技術特點是互絞后兩線間距很小，兩線對干擾線路的距離基本相等，兩線對屏蔽網的分布電容也基本相同，這對抑制共模干擾效果更加明顯。3利用PLC軟件監(jiān)控或干涉。7、編碼器信號輸出形式：集電極開路輸出（通用型）、互補輸出、電壓輸出、長線驅動器輸出、UVW 輸出1.電壓型VOLTAGE:一般而言對沒有特殊要求或現(xiàn)場工作電氣環(huán)境單純的設備，用VOLTAGE輸出(90%計數(shù)器)即可。2.電流型OPEN-COLLECT:

24、有些客戶偏好電流型(OPEN-COLLECT)，認為對稍許有干擾環(huán)境有較佳效果，早期PLC（DC24V系統(tǒng)）客戶均要求用此規(guī)格，因為當時的日本ENCODER制造商無法找到高壓穩(wěn)定的IC，因此只能利用電流型OPEN-COLLECT電路特性，生產高電壓型信號輸出ENCODER，形成今日PLC客戶會指定電流型的原因。另外對于一般信號要超過3M以上的場合，亦建議客戶使用此規(guī)格，并且用高電壓型，以避免長距離輸送，因電壓下降或干擾造成產品不良。3PUSH-PULL（互補型）：這是一種NPN+PNP混合電路，一般而言日本（亞洲）系產品偏好設計NPN系統(tǒng)，歐美喜歡PNP系統(tǒng)，有時不清楚對方使用NPN或PNP系

25、統(tǒng)時，我們會建議使用PUSH-PULL（互補型）規(guī)格，但是有一點要注意，如果對方的系統(tǒng)也是PUSH-PULL（互補型）時就不能使用此規(guī)格，PUSH-PULL另一優(yōu)點是它的輸送信號距離為50M。4LINEDRIVER線性差動-它的電壓于亞洲區(qū)幾乎95%為DC5V，而歐美制造商則有DC5V，12V，826V。一般對現(xiàn)場環(huán)境干擾源大，或者信號輸送距離遠（5M以上），建議使用此型式。LINEDRIVER信號可輸送100M。對于無法提供穩(wěn)定電源之設備或廠商，務必要求使用高電壓LINEDRIVER，避免因電壓下降造成無法輸出，使用該電路時要注意客戶的控制器是否接受RS422信號功能介面，一般而言只有PLC

26、，人機介面，工業(yè)電腦有這些選配功能，普通型計數(shù)器無法接收，另外注意控制器能提供何種電源給編碼器ENCODER使用。8、判斷編碼器損壞的方法：1、如果是通過PLC定位模塊來記數(shù)的，可以看plc上面的定位模塊上脈沖指示燈。UP 、DOWN脈沖指示，如果有指示說明編碼器正常。沒有指示，說明編碼器是壞的。這是從外表直觀去判斷的。2、可以看plc程序當中的讀取脈沖通道上的地址，看數(shù)據(jù)有變化與否，或是有規(guī)律的脈沖數(shù)量增加與否，如果沒有，說明編碼器是壞的。這是從程序當沖來判別的。3、用萬用表檢查的方法：用數(shù)字萬用表的直流電壓檔，分別去測量。編碼器的A相對地電壓和B相對地電壓(編碼器一定要在勻速轉動)。 如果

27、其中有一相電壓始終為0V或始終為高電平的話，那么編碼器肯定損壞了。如果A相和B相對0V(數(shù)字地)的電壓在工作電源電壓的一半附近的話，那么編碼器應該是完好的。A相或B相對0V的電壓始終在高電平附近或低電平附近，那么編碼器有故障。（1）測量電源電壓以及信號線對地電壓（靜止時應該為一個數(shù)字電壓值，動作時應該為靜止電壓值的一半左右），一般比較準確，需要開環(huán)輔助確認；（2）在編碼器近端測量編碼器各相對地電阻并與編碼器出廠時的電阻對比，看是否存在異常；4、用示波器檢查的方法：（1）將編碼器電源線接穩(wěn)定的+5V電源。（2）將雙通道示波器正極分別與A+、B+相連，示波器負極與電源負極相連，轉動編碼器軸，應顯示相位相差90的波形（3）將雙通道