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編碼器常見問題及解決方案
一.※ 有朋友問:增量旋轉(zhuǎn)編碼器選型有哪些注意事項(xiàng)?
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(hù)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(jì)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.※ 有朋友問: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(jì)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(jī)械零位。一般利用A超前B或B超前A進(jìn)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(jì)數(shù)模塊;使用工控機(jī)采集數(shù)據(jù),可選用高速計(jì)數(shù)板卡;使用單片機(jī)采集數(shù)據(jù),建議選用帶光電耦合器的輸入端口。
■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(hù)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(hù)殼,以加強(qiáng)對其進(jìn)行保護(hù),必竟編碼器屬精密元件,一臺編碼器和一個防護(hù)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(dāng)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(diǎn)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(jī)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(jī)械損耗,只要安裝位置準(zhǔn)確,其使用壽命往往很長。
多功能化:除了定位,還可以遠(yuǎn)傳當(dāng)前位置,換算運(yùn)動速度,對于變頻器,步進(jìn)電機(jī)等的應(yīng)用尤為重要。
經(jīng)濟(jì)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(hù)、損耗成本降低,使用壽命增長,其經(jīng)濟(jì)化逐漸突顯出來。
如上所述優(yōu)點(diǎn),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(diǎn),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有什么問題。
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(dǎo)致計(jì)數(shù)不準(zhǔn)。請教如何進(jìn)行判斷?謝謝!
答;編碼器屬精密元件,這主要因?yàn)榫幋a器周圍干擾比較嚴(yán)重,比如:是否有大型電動機(jī)、電焊機(jī)頻繁起動造成干擾,是否和動力線同一管道傳輸?shù)取! ?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(jì)為一有效脈沖,此方案可有效提高系統(tǒng)抗干擾性能(計(jì)數(shù)準(zhǔn)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?
①排除(搬離、關(guān)閉、隔離)干擾源,
②判斷是否為機(jī)械間隙累計(jì)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(jìn)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。現(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(yùn)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?yàn)閮膳_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(yuǎn)距離傳送?
答:長線驅(qū)動也稱差分長線驅(qū)動,5V,TTL的正負(fù)波形對稱形式,由于其正負(fù)電流方向相反,對外電磁場抵消,故抗干擾能力較強(qiáng)。
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(fù)信號的,傳輸距離300-400米。
■八. ※有朋友問: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(jī)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(fù)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(diǎn)?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(dá)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(dá)到很高的重復(fù)精度。可先用普通的接近開關(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(zhǔn)。
根據(jù)你的細(xì)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(yán)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(shí)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(xiàng),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(jì)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(jì)實(shí)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(jì)數(shù)設(shè)備來知道其位置,當(dāng)編碼器不動或停電時,依靠計(jì)數(shù)設(shè)備的內(nèi)部記憶來記住位置。這樣,當(dāng)停電后,編碼器不能有任何的移動,當(dāng)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(jì)數(shù)設(shè)備記憶的零點(diǎn)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(diǎn),編碼器每經(jīng)過參考點(diǎn),將參考位置修正進(jìn)計(jì)數(shù)設(shè)備的記憶位置。在參考點(diǎn)以前,是不能保證位置的準(zhǔn)確性的。為此,在工控中就有每次操作先找參考點(diǎn),開機(jī)找零等方法。
比如,打印機(jī)掃描儀的定位就是用的增量式編碼器原理,每次開機(jī),我們都能聽到噼哩啪啦的一陣響,它在找參考零點(diǎn),然后才工作。
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(jìn)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(jī)械位置決定的,它不受停電、干擾的影響。
絕對編碼器由機(jī)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(diǎn),而且不用一直計(jì)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。
■十三. ※能不能告訴我選用絕對型編碼器應(yīng)注意哪些事項(xiàng)?
(一).機(jī)械部分:
1.測長度還是測角度,測長度如何通過機(jī)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(dāng)轉(zhuǎn)動超過360度時,編碼又回到原點(diǎn),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(yùn)用鐘表齒輪機(jī)械的原理,當(dāng)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(kuò)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(jī)械位置確定編碼,每個位置編碼唯一不重復(fù),而無需記憶。
多圈編碼器另一個優(yōu)點(diǎn)是由于測量范圍大,實(shí)際使用往往富裕較多,這樣在安裝時不必要費(fèi)勁找零點(diǎn),將某一中間位置作為起始點(diǎn)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(xì)一點(diǎn)的信息,謝謝!
答;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(jìn)制碼),并行輸出就是在接口上有多點(diǎn)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(jìn)入PLC或上位機(jī)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?yàn)槿缡羌兌M(jìn)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?yàn)槿缬袀別連接不良點(diǎn),該點(diǎn)電位始終是0,造成錯碼而無法判斷。
3。傳輸距離不能遠(yuǎn),一般在一兩米,對于復(fù)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(diǎn)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(yuǎn),對于編碼器的保護(hù)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(diǎn),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(shí)還是增量編碼器。
■十七. ※有朋友問: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。“增量型編碼器”做不到這一點(diǎn)。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(jì)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(zhǔn)重新開始計(jì)數(shù)。“增量型編碼器”表示位置,角度和圈數(shù)需要做后處理,重新投電要做“復(fù)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. ※有朋友問:光電編碼器、光學(xué)電子尺的優(yōu)缺點(diǎn)?
光電編碼器:
1,優(yōu)點(diǎn):體積小,精密,本身分辨度可以很高(目前我公司通過細(xì)分技術(shù)在直徑φ66的編碼器上可達(dá)到54000cpr) ,無接觸無磨損;同一品種既可檢測角度位移,又可在機(jī)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(dāng)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。在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。
2,缺點(diǎn):精密但對戶外及惡劣環(huán)境下使用提出較高的保護(hù)要求;量測直線位移需依賴機(jī)械裝置轉(zhuǎn)換,需消除機(jī)械間隙帶來的誤差;檢測軌道運(yùn)行物體難以克服滑差。
光學(xué)電子尺:
1,優(yōu)點(diǎn):精密,本身分辨度較高(可達(dá)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;接口形式豐富,切削機(jī)械行業(yè)應(yīng)用(如線切割、電火花等)。
2,缺點(diǎn):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(shí)施位移檢測
■十九. ※我是個新手,想請問,一個圓盤,分50個點(diǎn),要實(shí)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(diǎn)呢?50個位置定位是360度均勻等分嗎?謝謝
答;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(diǎn),也可以任意位置定義為零,其他位置與其比較計(jì)算。如果可以用參考點(diǎn)的話,也可以用增量式的,因速度慢
■二十. 請簡單介紹:RS-232、RS-422與RS-485標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用?
RS-232、RS-422與RS-485都是串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn),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(jī)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(biāo)準(zhǔn)。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(fù)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。“使能”端是用于控制發(fā)送驅(qū)動器與傳輸線的切斷與連接。當(dāng)“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(shí)現(xiàn)真正的多點(diǎn)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12kRS-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。
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