绝对值编码器原理

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从增量值编码器到绝对值编码器旋转增量值编码器以转

动时输出脉冲,通过计数设备来计算其位置,当编码器不动或停电时,依靠计数设备的内部记忆来记住位置。这样,当停电后,编码器不能有任何的移动,当来电工作时,编码器输出脉冲过程中,也不能有干扰而丢失脉冲,不然,计数设备计算并记忆的零点就会偏移,而且这种偏移的量是无从知道的,只有错误的生产结果出现后才能知道。

解决的方法是增加参考点,编码器每经过参考点,将参考位置修正进计数设备的记忆位置。在参考点以前,是不能保证位置的准确性的。为此,在工控中就有每次操作先找参考点,开机找零等方法。

这样的方法对有些工控项目比较麻烦,甚至不允许开机找零(开机后就要知道准确位置),于是就有了绝对编码器的出现。

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

绝对值编码器长度测量的应用

一.绝对值旋转编码器的机械安装:

绝对值旋转编码器的机械安装有高速端安装、低速端安装、辅助机械装置安装等多种形式。

高速端安装:安装于动力马达转轴端(或齿轮连接),此方法优点是分辨率高,由于多圈编码器有4096圈,马达转动圈数在此量程范围内,可充分用足量程而提高分辨率,缺点是运动物体通过减速齿轮后,来回程有齿轮间隙误差,一般用于单向控制定位。另外编码器直接安装于高速端,马达抖动须较小,不然易损坏编码器。

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。

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

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

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。