2016/3/28
一. ※增量旋轉(zhuǎn)編碼器選型應(yīng)注意三方面的參數(shù):
1.械安裝尺寸,包括定位止口,軸徑,安裝孔位;電纜出線方式;安裝空間體積;工作環(huán)境防護等級是否滿足要求。
2.分辨率,即編碼器工作時每圈輸出的脈沖數(shù),是否滿足設(shè)計使用精度要求。
3.電氣接口,編碼器輸出方式常見有推拉輸出(F型HTL格式),電壓輸出(E),集電極開路(C,常見C為NPN型管輸出,C2為PNP型管輸出),長線驅(qū)動器輸出。其輸出方式應(yīng)和其控制系統(tǒng)的接口電路相匹配。
■二.※ 有網(wǎng)友問:請教如何使用增量編碼器?
1,增量型旋轉(zhuǎn)編碼器有分辨率的差異,使用每圈產(chǎn)生的脈沖數(shù)來計量,數(shù)目從6到5400或更高,脈沖數(shù)越多,分辨率越高;這是選型的重要依據(jù)之一。
2,增量型編碼器通常有三路信號輸出(差分有六路信號):A,B和Z,一般采用TTL電平,A脈沖在前,B脈沖在后,A,B脈沖相差90度,每圈發(fā)出一個Z脈沖,可作為參考機械零位。一般利用A超前B或B超前A進行判向,我公司增量型編碼器定義為軸端看編碼器順時針旋轉(zhuǎn)為正轉(zhuǎn),A超前B為90°,反之逆時針旋轉(zhuǎn)為反轉(zhuǎn)B超前A為90°。也有不相同的,要看產(chǎn)品說明。
3,使用PLC采集數(shù)據(jù),可選用高速計數(shù)模塊;使用工控機采集數(shù)據(jù),可選用高速計數(shù)板卡;使用單片機采集數(shù)據(jù),建議選用帶光電耦合器的輸入端口。
4,建議B脈沖做順向(前向)脈沖,A脈沖做逆向(后向)脈沖,Z原點零位脈沖。
5,在電子裝置中設(shè)立計數(shù)棧。
■三.※ 關(guān)于戶外使用或惡劣環(huán)境下使用
有網(wǎng)友來email問,他的設(shè)備在野外使用,現(xiàn)場環(huán)境臟,而且怕撞壞編碼器。
我公司有鋁合金(特殊要求可做不銹鋼材質(zhì))密封保護外殼,雙重軸承重載型編碼器,放在戶外不怕臟,鋼廠、重型設(shè)備里都可以用。
不過如果編碼器安裝部分有空間,我還是建議在編碼器外部再加裝一防護殼,以加強對其進行保護,必竟編碼器屬精密元件,一臺編碼器和一個防護殼的價值比較還是有一定差距的。
■四.※ 從接近開關(guān)、光電開關(guān)到旋轉(zhuǎn)編碼器:
工業(yè)控制中的定位,接近開關(guān)、光電開關(guān)的應(yīng)用已經(jīng)相當成熟了,而且很好用。可是,隨著工控的不斷發(fā)展,又有了新的要求,這樣,選用旋轉(zhuǎn)編碼器的應(yīng)用優(yōu)點就突出了:
信息化:除了定位,控制室還可知道其具體位置;
柔性化:定位可以在控制室柔性調(diào)整;
現(xiàn)場安裝的方便和安全、長壽:拳頭大小的一個旋轉(zhuǎn)編碼器,可以測量從幾個 μ到幾十、幾百米的距離,n個工位,只要解決一個旋轉(zhuǎn)編碼器的安全安裝問題,可以避免諸多接近開關(guān)、光電開關(guān)在現(xiàn)場機械安裝麻煩,容易被撞壞和遭高溫、水氣困擾等問題。由于是光電碼盤,無機械損耗,只要安裝位置準確,其使用壽命往往很長。
多功能化:除了定位,還可以遠傳當前位置,換算運動速度,對于變頻器,步進電機等的應(yīng)用尤為重要。
經(jīng)濟化:對于多個控制工位,只需一個旋轉(zhuǎn)編碼器的成本,以及更主要的安裝、維護、損耗成本降低,使用壽命增長,其經(jīng)濟化逐漸突顯出來。
如上所述優(yōu)點,旋轉(zhuǎn)編碼器已經(jīng)越來越廣泛地被應(yīng)用于各種工控場合。
■五. ※
關(guān)于電源供應(yīng)及編碼器和PLC連接:
一般編碼器的工作電源有三種:5Vdc、5-13?Vdc或11-26Vdc。如果你買的編碼器用的是11-26Vdc的,就可以用PLC的24V電源,需注意的是:
1.編碼器的耗電流,在PLC的電源功率范圍內(nèi)。
2.編碼器如是并行輸出,連接PLC的I/O點,需了解編碼器的信號電平是推拉式(或稱推挽式)輸出還是集電極開路輸出,如是集電極開路輸出的,有N型和P型兩種,需與PLC的I/O極性相同。如是推拉式輸出則連接沒什么問題。
3.編碼器如是驅(qū)動器輸出,一般信號電平是5V的,連接的時候要小心,不要讓24V的電源電平串入5V的信號接線中去而損壞編碼器的信號端。(我公司也可以做寬電壓驅(qū)動器輸出(5-30?Vdc),有此要求定貨時要注明)
■六. ※在很多的情況之下是編碼器并沒有壞,而只是干擾的原因,造成波型不好,導致計數(shù)不準。請教如何進行判斷?謝謝!
編碼器屬精密元件,這主要因為編碼器周圍干擾比較嚴重,比如:是否有大型電動機、電焊機頻繁起動造成干擾,是否和動力線同一管道傳輸?shù)??! ?br />
選擇什么樣的輸出對抗干擾也很重要,一般輸出帶反向信號的抗干擾要好一些,即A+~A-,B+~B-,Z+~Z-,其特征是加上電源8根線,而不是5 根線(共零)。帶反向信號的在電纜中的傳輸是對稱的,受干擾小,在接受設(shè)備中也可以再增加判斷(例如接受設(shè)備的信號利用A、B信號90°相位差,讀到電平 10、11、01、00四種狀態(tài)時,計為一有效脈沖,此方案可有效提高系統(tǒng)抗干擾性能(計數(shù)準確))。
就是編碼器也有好壞,其碼盤\電子芯片\內(nèi)部電路\信號輸出的差別很大,要不然怎么一個1000線的增量型編碼器會從300多元到3000多元差別那么大呢?
?、倥懦?搬離、關(guān)閉、隔離)干擾源,②判斷是否為機械間隙累計誤差,③判斷是否為控制系統(tǒng)和編碼器的電路接口不匹配(編碼器選型錯誤);①②③方法償試后故障現(xiàn)象排除,則可初步判斷,若未排除須進一步分析。
判斷是否為編碼器自身故障的簡單方法是排除法?,F(xiàn)在我公司編碼器已大規(guī)模生產(chǎn),技術(shù)生產(chǎn)已成熟運用,產(chǎn)品故障率控制在千分之幾。排除法的具體方法是:用一臺相同型號的編碼器替換上去,如果故障現(xiàn)象相同,可基本排除是編碼器故障問題,因為兩臺編碼器同時有故障的小概率事件發(fā)生可能很小,可以看作為0。假如換一臺相同型號編碼器上去,故障現(xiàn)象立刻排除,則可基本判定是編碼器故障。
七.※請教一下,何為長線驅(qū)動?普通型編碼器能否遠距離傳送?
答:長線驅(qū)動也稱差分長線驅(qū)動,5V,TTL的正負波形對稱形式,由于其正負電流方向相反,對外電磁場抵消,故抗干擾能力較強。
普通型編碼器一般傳輸距離是100米,如果是24V?HTL型且有對稱負信號的,傳輸距離300-400米。
■八.※有網(wǎng)友問:能否簡單介紹旋轉(zhuǎn)編碼器檢測直線位移的方法?
答:1,使用“彈性連軸器”將旋轉(zhuǎn)編碼器與驅(qū)動直線位移的動力裝置的主軸直接聯(lián)軸。
2,使用小型齒輪(直齒,傘齒或蝸輪蝸桿)箱與動力裝置聯(lián)軸。
3,使用在直齒條上轉(zhuǎn)動的齒輪來傳遞直線位移信息。
4,在傳動鏈條的鏈輪上獲得直線位移信息。
5,在同步帶輪的同步帶上獲得直線位移信息。
6,使用安裝有磁性滾輪的旋轉(zhuǎn)編碼器在直線位移的平整鋼鐵材料表面獲得位移信息(避免滑差)。
7,使用類似“鋼皮尺”的“可回縮鋼絲總成”連接旋轉(zhuǎn)編碼器來探測直線位移信息(數(shù)據(jù)處理中須克服疊層卷繞誤差)。
8,類似7,使用帶小型力矩電機的“可回縮鋼絲總成”連接旋轉(zhuǎn)編碼器來探測直線位移信息(目前德國有類似產(chǎn)品,結(jié)構(gòu)復雜,幾乎無疊層卷繞誤差)。
■九.※??求教:增量光柵Z信號可否作零點?圓光柵編碼器如何選用?
無論直線光柵還是軸編碼器其Z信號的均可達到同A\B信號相同的精確度,只不過軸編碼器是一圈一個,而直線光柵是每隔一定距離一個,用這個信號可達到很高的重復精度??上扔闷胀ǖ慕咏_關(guān)初定位,然后找最為接近的Z信號(每次同方向找),裝的時候不要望忘了將其相位調(diào)的和光柵相位一致,否則不準。
根據(jù)你的細分精度要求和分辯率要求選用。精度高自然要選用每周線紋高的,精度不高,就沒必要選用高線紋數(shù)的圓光柵編碼器了。
■十.※請教兩個問題:增量型編碼器和絕對型編碼器有何區(qū)別?做一個伺服系統(tǒng)時怎么選擇呢?
常用的為增量型編碼器,如果對位置、零位有嚴格要求用絕對型編碼器。伺服系統(tǒng)要具體分析,看應(yīng)用場合。
測速度用常用增量型編碼器,可無限累加測量;測位置用絕對型編碼器,位置唯一性(單圈或多圈),最終看應(yīng)用場合,看要實現(xiàn)的目的和要求。
■十一.※絕對型旋轉(zhuǎn)編碼器選型注意事項,旋轉(zhuǎn)編碼器和接近開關(guān)、光電開關(guān)優(yōu)勢比較:
絕對編碼器單圈從經(jīng)濟型8位到高精度17位,價格可以從幾百元到1萬多不等;
絕對編碼器多圈大部分用25位,輸出有SSI,總線Profibus-DP,Can?L2,Interbus,DeviceNet,價格也可以從3千多到1萬多不等。
旋轉(zhuǎn)光電編碼器測量角度和長度,已是很成熟的技術(shù)了,現(xiàn)今再用上高精度大量程的絕對型編碼器,大大提高了測量精度和可靠性,而且經(jīng)濟實用。就目前來看,其仍然是測量長度的最多選擇。
■十二.※從增量式編碼器到絕對式編碼器
旋轉(zhuǎn)增量式編碼器以轉(zhuǎn)動時輸出脈沖,通過計數(shù)設(shè)備來知道其位置,當編碼器不動或停電時,依靠計數(shù)設(shè)備的內(nèi)部記憶來記住位置。這樣,當停電后,編碼器不能有任何的移動,當來電工作時,編碼器輸出脈沖過程中,也不能有干擾而丟失脈沖,不然,計數(shù)設(shè)備記憶的零點就會偏移,而且這種偏移的量是無從知道的,只有錯誤的生產(chǎn)結(jié)果出現(xiàn)后才能知道。
解決的方法是增加參考點,編碼器每經(jīng)過參考點,將參考位置修正進計數(shù)設(shè)備的記憶位置。在參考點以前,是不能保證位置的準確性的。為此,在工控中就有每次操作先找參考點,開機找零等方法。
比如,打印機掃描儀的定位就是用的增量式編碼器原理,每次開機,我們都能聽到噼哩啪啦的一陣響,它在找參考零點,然后才工作。
這樣的方法對有些工控項目比較麻煩,甚至不允許開機找零(開機后就要知道準確位置),于是就有了絕對編碼器的出現(xiàn)。
絕對編碼器光碼盤上有許多道刻線,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。這樣的編碼器是由碼盤的機械位置決定的,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的唯一性,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。
由于絕對編碼器在位置定位方面明顯地優(yōu)于增量式編碼器,已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于工控定位中。
測速度需要可以無限累加測量,目前增量型編碼器在測速應(yīng)用方面仍處于無可取代的主流位置。
■十三.※能不能告訴我選用絕對型編碼器應(yīng)注意哪些事項?
(一).機械部分:
1.測長度還是測角度,測長度如何通過機械方式轉(zhuǎn)換(在上面有一些介紹,如不清楚可來電討論)。測角度是360度內(nèi)(單圈),還是可能過360度(多圈)。生產(chǎn)過程是一個方向旋轉(zhuǎn)循環(huán)工作,還是來回方向循環(huán)工作。
2.軸連接安裝形式,有軸型通過軟性聯(lián)軸器連接,還是軸套型連接。
3.使用環(huán)境:粉塵,水氣,震動,撞擊?
(二)電氣部分
1.連接的輸出接收部分是什么?
2.信號形式?
3.分辨率要求?
4.控制要求?
■十四.※從單圈絕對式編碼器到多圈絕對式編碼器
旋轉(zhuǎn)單圈絕對式編碼器,以轉(zhuǎn)動中測量光碼盤各道刻線,以獲取唯一的編碼,當轉(zhuǎn)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,這樣的編碼器只能用于旋轉(zhuǎn)范圍360度以內(nèi)的測量,稱為單圈絕對式編碼器。
如果要測量旋轉(zhuǎn)超過360度范圍,就要用到多圈絕對式編碼器。
編碼器生產(chǎn)廠家運用鐘表齒輪機械的原理,當中心碼盤旋轉(zhuǎn)時,通過齒輪傳動另一組碼盤(或多組齒輪,多組碼盤),在單圈編碼的基礎(chǔ)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(diào)試難度。
多圈式絕對編碼器在長度定位方面的優(yōu)勢明顯,已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于工控定位中。
■十五.※能介紹一下絕對型編碼器的串行和并行輸出的詳細一點的信息,謝謝!
并行輸出:
絕對型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:
1。必須是格雷碼,因為如是純二進制碼,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。
2。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。
3。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。
4。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。
并行:時間上,數(shù)據(jù)同時發(fā)出;空間上,每個位數(shù)的數(shù)據(jù)各占用一根線纜。 增量型編碼器輸出的通常是并行輸出。
串行輸出:
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。
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。
由于絕對型編碼器的部分知名廠家在德國,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,總線型是PROFIBUS-DP的輸出等。
串行輸出編碼器連接德國西門子的設(shè)備是比較容易的,但是連接非德國系的設(shè)備,接口就是問題了,我公司提供各種接口輸出的儀表,可以解決這樣的問題。
串行:時間上,數(shù)據(jù)按照約定,有先后;空間上,所有位數(shù)的數(shù)據(jù)都在一組線纜上(先后)發(fā)出。
十六.※串行編碼器應(yīng)該都是絕對式的?
串行是指按時間約定,串行輸出數(shù)字編碼信號,基本是絕對的,但也有一些增量編碼器,通過內(nèi)置電池記憶原點,其也可以通過串行輸出位置值,如電池線不聯(lián),還是增量編碼器,此也稱為偽絕對值編碼器,在一些日本伺服系統(tǒng)中較多見。其本質(zhì)其實還是增量編碼器。
■十七.※有網(wǎng)友問:為什么叫“絕對型編碼器”??
“絕對型編碼器”相對于“增量型編碼器”而言。
“絕對型編碼器”使用某種方式表示并記憶物體的絕對位置,角度和圈數(shù)。即一旦位置,角度和圈數(shù)固定,什么時候編碼器的示值都唯一固定,包括停電后投電?!霸隽啃途幋a器”做不到這一點。一般“增量型編碼器”輸出兩個A、B脈沖信號,和一個Z(L)零位信號,A、B脈沖互差90度相位角。通過脈沖計數(shù)可以知道位置,角度和圈數(shù)增量,通過A,B脈沖信號超前或滯后可以知道方向,停電后,必須從約定的基準重新開始計數(shù)?!霸隽啃途幋a器”表示位置,角度和圈數(shù)需要做后處理,重新投電要做“復零”操作,所以,“增量型編碼器”比“絕對型編碼器”在價格上便宜許多。
■十八.※有網(wǎng)友問:光電編碼器、光學電子尺和靜磁柵絕對編碼器的優(yōu)缺點?
光電編碼器:
1,優(yōu)點:體積小,精密,本身分辨度可以很高(目前我公司通過細分技術(shù)在直徑φ66的編碼器上可達到54000cpr)?,無接觸無磨損;同一品種既可檢測角度位移,又可在機械轉(zhuǎn)換裝置幫助下檢測直線位移;多圈光電絕對編碼器可以檢測相當長量程的直線位移(如25位多圈)。壽命長,安裝隨意,接口形式豐富,價格合理。成熟技術(shù),多年前已在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。
2,缺點:精密但對戶外及惡劣環(huán)境下使用提出較高的保護要求;量測直線位移需依賴機械裝置轉(zhuǎn)換,需消除機械間隙帶來的誤差;檢測軌道運行物體難以克服滑差。?
光學電子尺:
1,優(yōu)點:精密,本身分辨度較高(可達到0.005mm);體積適中,直接測量直線位移;無接觸無磨損,測量間隙寬泛;價格適中,接口形式豐富,已在國內(nèi)外金屬切削機械行業(yè)得到較多應(yīng)用(如線切割、電火花等)。
2,缺點:測量直線和角度要使用不同品種;量程受限制(量程超過4m,生產(chǎn)制造困難價格昂貴),不適于在大量程惡劣環(huán)境處實施位移檢測。
靜磁柵絕對編碼器:
1,優(yōu)點:體積適中,直接測量直線位移,絕對數(shù)字編碼,理論量程沒有限制;無接觸無磨損,抗惡劣環(huán)境,可水下1000米使用;接口形式豐富,量測方式多樣;價格尚能接受。?
2,缺點:分辨度1mm不高;測量直線和角度要使用不同品種;不適于在精小處實施位移檢測(大于260毫米)。
■十九.※我是個新手,想請問,一個圓盤,分50個點,要實現(xiàn)定位控制,轉(zhuǎn)速很慢,是要用到絕對型編碼器嗎?怎么找原點呢?50個位置定位是360度均勻等分嗎?謝謝
絕對編碼器的編碼都是2的冪次方,沒有360度均勻50等分的,要近似,看精度要求有多高,選多高線數(shù)的編碼器,如果精度要求不是太高的話,用8位 256線的就可以了。編碼器的每個位置都有唯一編碼,編碼為零的就可以作為零點,也可以任意位置定義為零,其他位置與其比較計算。
如果可以用參考點的話,也可以用增量式的,因速度慢,應(yīng)該選3000線或以上的,每圈一個零位。
■二十.請簡單介紹:RS-232、RS-422與RS-485標準及應(yīng)用?
RS-232、RS-422與RS-485都是串行數(shù)據(jù)接口標準,最初都是由電子工業(yè)協(xié)會(EIA)制訂并發(fā)布的。
目前RS-232是PC機與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口。RS-232被定義為一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標準。RS-232采取不平衡傳輸方式,即所謂單端通訊。??
RS-422、RS-485與RS-232不一樣,數(shù)據(jù)信號采用差分傳輸方式,也稱作平衡傳輸,它使用一對雙絞線,將其中一線定義為A,另一線定義為B。
通常情況下,發(fā)送驅(qū)動器A、B之間的正電平在+2~+6V,是一個邏輯狀態(tài),負電平在-2~6V,是另一個邏輯狀態(tài)。另有一個信號地C,在RS- 485中還有一“使能”端,而在RS-422中這是可用可不用的?!笆鼓堋倍耸怯糜诳刂瓢l(fā)送驅(qū)動器與傳輸線的切斷與連接。當“使能”端起作用時,發(fā)送驅(qū)動器處于高阻狀態(tài),稱作“第三態(tài)”,即它是有別于邏輯“1”與“0”的第三態(tài)。
由于RS-485是從RS-422基礎(chǔ)上發(fā)展而來的,所以RS-485許多電氣規(guī)定與RS-422相仿。如都采用平衡傳輸方式、都需要在傳輸線上接終接電阻等。RS-485可以采用二線與四線方式,二線制可實現(xiàn)真正的多點雙向通信。
RS-485與RS-422的不同還在于其共模輸出電壓是不同的,RS-485是-7V至+12V之間,而RS-422在-7V至+7V之間,RS- 485接收器最小輸入阻抗為12k?RS-422是4k;由于RS-485滿足所有RS-422的規(guī)范,所以RS-485的驅(qū)動器可以用在RS-422網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。
除了A/A not,B/B not,Z/Z not輸出,有的編碼器還有U/U not,V/V not,W/W not,即所謂的Commutation Tracks輸出,記得要和你的Servo Motor的U,V,W的波形相皮配,否則Servo Motor可能不能正常工作,過流或震動或Position Error