多圈绝对值增量编码器.doc

电子增量计圈，通过电池记忆圈数，实际上是单圈绝对，多圈增量，好处是省掉了一组机械齿轮，经济、体积小且没有圈数限制，似乎也不错，但是他毕竟是多圈增量的，不能算真正意义上的绝对值，什么是真正意义上的绝对值？就是不依赖于前次历史的直接读数。它在停电后，由于电池低功耗的要求，移动的速度与范围其实是有限制的，另外加上电池的因数，可靠性方面还是要有疑问的，例如高速中的漏圈、干扰中的错圈、正好在12点钟位置的抖动错圈、电池失效错圈。尤其是如果计圈的失误，反而无法找到原来的绝对位置。 事实上，很多人理解用绝对值，都是停电后移动的问题，却不了解德国人在运动控制中用机械真多圈绝对值的真正用意，由于真正的绝对值是不依赖于前次历史的直接读数，那么，在高速中，跟本不用担心丢数据，在运动控制中，也不需要一直去跟读编码器的数值，再加上EnDat 等快速通讯，可以节省出大量的时间来完成其他的运算，从而来解决高速同步，多轴联动等问题。 另外，上面说到，机械多圈绝对值，其停电后可移动位置是1/2圈数，例如4096圈中的2048圈，而不是4096圈，因为停电后的移动是可能正转或反转，考虑到绝对值的唯一性，可移动位置是实际是2048圈。 关于传感器的分辨与精度的理解，可以用我们所用的机械指针式手表来打这样一个比喻：时针的分辨率是小时，分针的分辨率是分钟，秒针的分辨率是秒。眼睛反应快的，通过秒针在秒间隙中运动，我们大概能分辨至约0.3秒，这是三针式机械手表都可能做到的。而精度是什么呢？就是每个手表对标准时间的准确性，这是每个手表都不相同的（有越走越快的，有越走越慢的。大致都是精确在1至30秒之间）。 同样的，在旋转编码器的使用中，分辨率与精度是完全不同的两个概念。 一、编码器的分辨率：是指编码可读取并输出的最小角度变化。对应参数有：每圈刻线数（Line)、每转脉冲数（PPR)、最小步距（Step)、位（Bit)等。 线（Line)：就编码器的码盘光学刻线数（如图）。如果这些刻线是直接以方波形式输出的，那么这一转（圈）刻线的脉冲数（PPR）就是编码器的单转（圈）“分辨率”。跟据电子电路工艺上的不同和现实中的要求，就出现了A、B、Z三相信号输出（如图）。 由于A、B两相信号相差1/4的脉冲周期，通过A、B相的上升下降沿对比判断，就可以获得1/4脉冲周期的变化“步距”（4倍频），这就是最小测量步距（Step)了。跟据步距（Step)算编码器的单圈分辨率就又有了新的算法就是：4倍PPR（即：4倍刻线数）。 不过现实中我们还是以“刻线数”来表示编码器的分辨率，在通讯数据输出型编码器或绝对值编码器，其分辨率是以多少“位”（即：2的幂次方）来表示。 还有严格地讲，方波最高只能做4倍频，虽然有人用时差法可以分得更细，但那基本不是增量编码器推荐的，更高的分频要用增量脉冲信号是SIN/COS类正余弦的信号来做，后续电路可通过读取波形相位的变化，用模数转换电路来细分，5倍、10倍、20倍，甚至100倍以上，分好后再以方波波形输出（PPR）。分频的倍数实际是有限制的，首先，模数转换有时间响应问题，模数转换的速度与分辨的精确度是一对矛盾，不可能无限细分，分的过细，响应与精准度就有问题；其次，原编码器的刻线精度，输出的类正余弦信号本身一致性、波形完美度是有限的，分的过细，只会把原来码盘的误差暴露得更明显，而带来错误。细分做起来容易，但要做好却很难，其一方面取决于原始码盘的刻线精度与输出波形完美度，另一方面取决于细分电路的响应速度与分辨精准度。 例如：德国海德汉的ROD486编码器，3600刻线数-方波输出（即：3600ppr）。一个“脉冲周期”刚好是0.1个角度（0.1度），通过A、B相位差4倍频后，可得0.025度的测量步距。而其精度为18(对应0.005度） 计算方式：360角度/3600ppr=0.1度/4倍频0.025度 德国海德汉的ROD486编码器，3600刻线数-正余弦信号输出，可进行25倍电子细分获得90000ppr的脉冲。脉冲周期为0.004度，通过A、B相4倍频后可获得0.001度的最小测量步距。而其原始编码器的精度也是18(对应0.005度，不含细分误差） 计算方式：360角度/3600*25PPR0.004度/4倍频0.001度 德国海德汉的工业编码器，推荐的最佳电子细分是20倍，更高的细分是其推荐的精度更高的角度编码器，但要求旋转的速度是很低的。 二、编码器的精度：是指编码器输出的信号数据与被测量物理量的真实数据的误差和准确度。对应参数有：角分（)、 角秒()。 三、精度与分辨率的关系 编码器的精度与分辨率有点关系，但也不只是与分辨率有关系。实际上影响编码器的精度，包括“分辨率”有以下四部分要素。 1、光学部分： 1 光学码盘-每圈刻线数、母板精度、刻线精度、刻线宽度一致性、边缘精整性等 2 光发射源-光的平行与一致性、光衰减 3 光接收单元-读取夹角、读取响应 2、机械部分： 1 轴的加工精度与安装精度 2 轴承的精度与安装精度（双轴承结构可有效降低单个轴承的偏差） 3 码盘安装的同心度、光学组件安装的精度 3、电气部分： 1 电源稳定性-对光的发射源与接收单元的影响 2 读取响应与电气处理电路带来的误差（包括“电子细分”也会带来误差） 4、使用中的安装与传输接收部分： 1 与测量转轴连接的同心度 2 转出电缆的抗干扰能力与信号延迟 3 接收设备的响应与接收设备内部处理可能的误差 综上所述：编码器的精度与分辨率有一点关系；例如：德国海德汉ROD400系列，其5000线以下的“精度”为刻线宽度的1/20,但这仅仅只是光学部分的刻线数（刻线数越多、越密，精度越高）。不过也不能只看这一点，比如以下例子就与分辨率无关了，例如：还是德国海德汉的ROD400系列5000-10000线的“精度”为12-15，角度编码器9000-36000线的、200系列的精度都是5，700系列的为2，800系列的为1，900系列的为0.4今天，和大家谈谈编码器的等级，希望大家可以从编码器的等级来了解编码器的差别。编码器根据使用情况，大致可分为商用级与芯片级、经济级、标准工业级、各类特殊工业使用级。商用级与芯片级：比如打印机，磁卡机内部的编码器，构造简单，很多外壳都没有的，几乎不用谈温度、防尘防水和电磁兼容的，价格极其便宜。芯片级：价格很低，目前国外一些半导体芯片厂家提供，或下游厂家简单封装的，无外壳或简单外壳，电源和信号仅简单处理，适用于厂家二次电路开发，接收线路距离编码器不宜超过50cm，一些流量计、阀门电调厂家选用此等级，该类编码器的防护与电磁兼容抗干扰，应由二次开发的厂家去兼顾的，如不了解，较易造成损坏。经济级与工业级：经济级的已有简单封装与简单处理，适用于单机设备，例如绣花机类的，但经济级的特点就是与工业级比较的经济性，其设计与选材都定位在经济实惠上，并不适合大型设备、流水线和工程项目，而工业级的设计、选材与检测都是按标准工业要求做的，适合于各种工业设备、流水线和工程项目，两种级别的典型区别，可从外观和参数表上看到的差别如下：1 轴承经济级的转轴轴承为单轴承，（芯片级的有些都不用滚珠轴承），有些经济级的轴承外部是由卡子固定，可以看到卡簧（如下图），有些较聪明,轴承前面加个零件遮住了卡簧，单轴承的在使用一段时间后，由于受力支撑的单一，精度自然就难以保证了，密封性也差些。而工业级的是双滚珠轴承结构，多平衡支撑点，轴的精密性、抗冲击性、密封性都要高。双轴承的结构，对于轴的加工精度和安装精度要求很高，因为如果精度不够，因两个轴承的相互作用，转起来就有“卡”的感觉，所以拿着轴转一下，也可以感觉到轴的精密性。奇怪的是，有些标称“高精度”的编码器，轴承也是单轴承方法，其“高精度”在长期使用下，我不知是如何保证的。2 外壳封装经济级的外壳封装依赖于三个螺丝固定（在编码器的外壳外径上如有三个螺丝固定，由于螺丝的顶入，而造成外圆轻微变形而不圆，会影响密封性能），而工业级的外壳没有螺丝固定，密封是挤压式+O型密封圈一次密封的。有些用户以为工作环境没有尘、水汽的问题，怎么还会损坏呢？其实编码器在使用中，必然有开机与停机的变化中，由于热胀冷缩的温差而造成内外气压差，防护等级差的编码器，会产生“呼吸性”水汽，由于压差水汽吸入编码器，因时间的积累而损坏光学组件和电气线路，影响使用或损坏编码器，较典型的是用一段时间不准或信号不稳定。而有些编码器在较高温度下使用出现问题，以为是温度问题，实际却是密封性问题。3 温度等级经济级的一般只有-10度60度，一般不会超过70度，而工业级的工作温度一般为零下20度70度，好的为零下25度80度的。温度等级其实反映的是内部零件选用的等级，大家要知道，一般民用级电子零件的温度大部分是到55度或60度，而到70度以上的优级工业级零件价格常常就会贵一倍以上，不同的等级不仅仅是温度问题，而且是其在使用中反映的失效概率。而宽范围不仅仅是可适用于这些极限温度范围，而且抗温度冲击波动的能力好。有些用户以为使用的环境到不了这些温度极限范围，55度就够了，但他们忽视了开机关机等温度冲击波动可能对器件的损坏，以及内部芯片的失效概率。4 输出信号与电源经济级的输出大部分是集电极开路的PNP或NPN，电源与信号没有极性保护和短路保护，集电极开路输出为单边非平衡形。抗干扰与信号远传要差，在有些工况下使用，尤其是工程型，其实是很不适用的。而工业级的输出是推挽式（兼顾PNP与NPN），或差分驱动的平衡输出，或其他标准工业信号。例如SSI信号，有些经济级的也标为SSI，但那个并非标准工业级RS422的SSI，买回来连起来才发现不对；工业级的电源为10-30Vdc，长距离压降衰减不影响，信号线往往带短路保护。很多工业现场电源会有短瞬间的不稳定，宽电源很重要，确保编码器工作不受影响，而极性短路保护可避免工程及检修中的接错线、偶发事故而损坏编码器。5 电磁兼容性经济级电磁兼容等级不是很高，基本没有为此的特别设计，而工业级电磁兼容性EMC一般要达到二级以上，（必须有检测标准及提供检测证书），包括浪涌、快速脉冲群、静电等标准测试，这些指标，关系到编码器在复杂电气环境下的稳定工作。6 内部零件：内部零件从外观上和参数表上无法看到，工业级的往往集成化、模块化高，线路板贴片式焊接，有三防处理。7 检测程序与标准及最后的成本：标准工业级编码器，由于构造设计及零部件的选用，零部件成本可能是经济级编码器成本的几倍以上，再加上检测程序与标准均高于经济级，所以，工业级的编码器的成本远高于经济的。各类特殊工业使用级：比如防爆等级、汽车电子等级、高温等级（大于100度）、防浸水等级、超重载等级等，由于各自的工况要求不同而专门设计，在此不一一赘述。不同级别的编码器可能差价很大，从几十元到几千元的不等，源于不同的等级的编码器设计使用目标不同，选材成本与加工、检测成本相差很大。用户可根据使用的要求选择编码器，而非仅相信进口还是国产，或某某品牌中间商的宣传。如果没有正确的选型，即使买的是某某“进口”品牌，也会有怎么也“这么容易坏”或“不准”的问题。翻开很多公司的样本，可能不同等级的产品都有，价格差别也很大，但商家往往并不特别注明，而很多进口代理商甚至厂家，打着进口的品牌，拿低等级的编码器推荐给客户当标准工业等级用，从而损害用户利益，使之在使用上存在品质风险。现在国内使用的很多日韩编码器和一些欧洲杂牌的编码器就可能只是经济等级的，尤其是日韩的一些品牌，经济型等级在中国重点推广，用户需要了解清楚编码器安装零点位置的找寻和计算 2009-03-19 13:56增量值编码器一般每圈提供一个z相（零位）信号，而绝对值编码器每个位置唯一，同样也有一个零位，那么，编码器在使用中如何确定零位呢？一般有如下几种方式： 一。编码器轴转动找零，编码器在安装时，旋转转轴对应零位，一般增量值与单圈绝对值会用这种方法，而轴套型的编码器也用这种方法。缺点，零点不太好找，精度较低。二。与上面方法相当，只是编码器外壳旋转找零，这主要是对于一些紧凑型安装的同步法兰（也有叫伺服法兰）外壳所用，如图：三。 通电移动安装机械对零，通电将安装的机械移动到对应的编码器零位对应位置安装。（伺服中带U/V/W信号的多用这种方法，关于这个题目，中国工控网论坛上的波恩网友有一篇很好的介绍，推荐给大家：/Forum/ForumTopic.aspx?Id=2008100512121600001）四。偏置计算，机械和编码器都不需要找零，根据编码器读数与实际位置的偏差计算，获得偏置量，以后编码器读数后减去这个偏置量。例如编码器的读数为100，而实际位置是90，计算下在实际位置0位时，编码器的读数应该是10，而这个“10”就是偏置量，以后编码器读到的数，减去这个偏置量就是位置值。可重复多次，修正偏置量。对于增量值编码器，是读取原始机械零位到第一个Z点的读数，作为偏置量。精度较高的编码器，或者量程较大的绝对值多圈编码器，多用这种方法。五。智能化外部置零，有些带智能化功能的编码器，可提供外部置位功能，例如通过编码器附带的按键，或外带的软件设置功能置零。而我们提供的最新的Easypro的智能化绝对值编码器，提供了一根外部置位线，将这个线与编码器供电的正电源短触一下，编码器此时的位置就是预先定好的预置位置（预置可以是零，也可以是其他事先约定的位置）。六。 需要说明的是，绝对值编码器的零位再往下就是编码的循环最大值，无论是单圈绝对值，还是多圈绝对值，如果置零位，那么再往下（下滑、移动，惯性过冲等），就可能数据一下子跳到最大了，对于高位数的绝对值多圈，可能数据会溢出原来的设定范围。另外，绝对值编码器还有一个旋转方向的问题，置零后，如果方向不对，是从0跳到最大，然后由大变小的。一些进口的编码器尽管带有外部置零功能，但建议还是不要用此功能。（我们碰到很多用进口绝对值编码器会碰到这样的困惑，不要就迷信进口的）。七。 最好的置位方法，是上面介绍的智能化Easypro 编码器，预置一个非零位（留下下滑、过冲的余量）并预置旋转方向+偏置计算的方法。另外一种方法是置“中”，偏置量就是中点值，置位线与电源正相触后，编码器输出的就是中点位置，这样的行程是+/-半全程，在这样的行程范围内，无论旋转方向，确保不会经过零点跳变，我们的绝对值SSi输出编码器就是这种方法，事实证明，这两种方法，优于某些进口品牌的置0的方法，给客户带来了方便，所以，也不要太迷信进口的，我们有的功能和服务，是可以做的比进口更好的。上篇，今天讲讲编码器的电子开关频率在增量型编码器的选型中，还有个重要的问题就是开关频率问题，无论是编码器还是接收设备，这都是一个重要的参数。前面介绍了，增量编码器码盘是由很多光栅刻线组成的，有两个（或4个的）光眼读取A,B信号的，刻线的密度决定了这个增量型编码器的分辨率，而编码器读取并输出这个刻线的频率称为电子开关频率，由于受光学器件与电子放大器件的限制，对于每个增量型编码器，这个频率fmax是有上限的。就好比火车，启动时慢慢开，我们还能辨别车窗内的旅客，开得快了，我们只能看到一节节车皮了。以f来表示开关频率，n来表示转速，Z来表示分辨率（每圈脉冲数），其关系如图：fmax就是编码器参数给出的最大电子开关频率，由此可以计算出在选不同的分辨率下，可以得到的最大工作转速，注意，一般编码器也有一个最大机械转速参数，那是指编码器的轴承等机械可以承受的转速。在接收设备端，同样由于受电子器件的限制，有一个频率上限问题，这就是大家经常提到的普通计数模块与高速计数模块问题，以提供的公式，计算出接收设备所需要的电子频率，正确选型，以确保信号读取的准确。特别需要说明的是，并不是接收设备的开关频率越高越好，频率越高，接收设备对信号的频宽开的门就越大，抗干扰问题就越严重了，我曾经接到一个用户的电话，在汽车厂的运动控制系统中，接收的运动控制卡的接收频率是1MHz，其现场的抗干扰问题就困惑了他很长时间。绝对值编码器的开关频率与增量值编码器的开关频率的不同：绝对值编码器也有开关频率参数（或称响应频率），包括其接收设备，绝对值编码器也有工作转速参数，但是，绝对值编码器的开关频率与增量型编码器的开关频率在理解的概念上有根本的不同！增量值编码器转速高于最高工作转速，超出频率，信号就会丢失，而产生不可恢复的错误，须重新找参考点。而绝对值编码器的转速如高于可读取的最高转速，信号读取只是当前的精度性错误，（编码器低位的分辨率最高的码道几位不准确，其高位的码道刻线密度不高，读取不受影响），等转速下来，其自动恢复，不需要再找参考点；同时绝对值编码器的信号输出频率是其固有的刷新频率，与转速的快慢无关，这是与增量值编码器有根本不同的，这是绝对值编码器又一个突出的优点。所以，绝对值编码器可用于短时间的高速状态。显然，这个限制同时与分辨率（刻线的密度）、转速（刻线的变化速度）有关。类别：默认分类 | 评论(0) | 浏览(83 ) 增量编码器信号的连接（一）-信号的匹配形式 2009-03-19 13:32 信号输出的匹配：增量编码器的连接，首先最重要的是清楚编码器的信号输出形式与接收设备的匹配问题。选编码器或选接收设备一定要两者信号形式的匹配。增量编码器的信号输出从波形上看，分正余弦输出（sin/cos）与方波输出两种。（图）1正余弦输出（sin/cos)的信号是模拟量变化的信号周期，又分电压输出1Vpp和电流输出11uApp，这两种输出一般PLC都没有接口，大部分是连接专用的运动控制卡，其内部可做细分而获得更高的分辨率和动态特性，也有连接专用的细分盒再细分后输出方波的，选型时搞清楚是电压输出还是电流输出（现在大部分是电压输出了）。2方波输出的也有分集电极开路输出（NPN或PNP）、电压输出、差分长线驱动、推挽式输出等。21集电极开路输出就是类晶体管放大电路，三极管放大集电极开路输出，依据三极管的极性，分NPN与PNP ，后接收设备选型要匹配不可选错，这种输出电路简单经济，但选型面窄，传递距离根据放大管有远有近，但总体传递距离不远，且保护不够，较易损坏，大部分用在单机设备上而不是工程项目中。这种输出的电压依据供电，有512V 输出和12-24V 输出，这也要搞清楚才能确保信号的连接。 22电压输出，就是在集电极开路输出的反相增加一个电阻，构成一个极性是PNP或NPN ,而另一个极性是电压，实际上就是NPN+电压或PNP+电压，这是针对是PNP的或NPN的形式的接收设备的一种权宜，便于两者都可以连接，但现在这种电压接口往往已经做在了经济型PLC上了，如果是那样的PLC ，还是应该直接选集电极开路输出的，或电压型的极性相当的编码器，因为如果选电压输出型的编码器PNP+电压的，而连接的PLC是NPN+电压的，就会有漏电流而产生错误。23差分长线驱动（line drive）,（有的欧洲的编码器用TTL5V来表示，是相对于后面介绍的HTL的），这是一种差分放大电路，大部分是5V，提供A+、B+、Z+及其180度反相的A-、B-、Z-，读取时，以A+与A-的差分值读取，对于共摸干扰有抑制作用，传递距离较远，由于抗干扰能力较强，在运动控制（数控机床）中用得较多。24推挽式放大，有的欧洲的编码器用HTL表示，其相当于NPN+PNP的推挽放大，而且大部分有标准的集成放大电路，根据供电，输出有1030V，对于接收设备的兼容性强，信号强而稳定，如果再有与差分长线驱动一样有反相信号的话，因信号电压高，传递最远，差分传递及接收，抗干扰最好，工程项目或大型设备中，首选推挽式输出，而在较远传递或大变频电机工况下，又要选具有反相输出的推挽式输出编码器（例如ABB变频控制器，就有这样的接口：A+/A-,B+/B-,Z+/Z-）。增量编码器的分辨率、倍频与细分 2009-03-19 13:12增量编码器的分辨率、倍频与细分。 前面介绍了，增量编码器码盘是由很多光栅刻线组成的，有两个（或4个,以后讨论4个光眼的）光眼读取A,B信号的，刻线的密度决定了这个增量型编码器的分辨率，也就是可以分辨读取的最小变化角度值。代表增量编码器的分辨率的参数是PPR,也就是每转脉冲数，例如每圈刻线360线,A，B每圈各输出360个脉冲，分辨率参数就是360PPR。那么这个编码器可分辨的最小角度变化量是多少度呢？就是1度吗？增量编码器的A/B输出的波形一般有两种，一种是有陡直上升沿和陡直下降沿的方波信号，一种是缓慢上升与下降，波形类似正弦曲线的Sin/Cos曲线波形信号输出，A与B相差1/4T周期90度相位，如果A是类正弦Sin曲线，那B就是类余弦Cos曲线。对于方波信号，A,B两相相差90度相（1/4T），这样，在0度相位角，90度，180度，270度相位角,这四个位置有上升沿和下降沿，这样,实际上在1/4T方波周期就可以有角度变化的判断，这样1/4的T周期就是最小测量步距，通过电路对于这些上升沿与下降沿的判断,可以4倍于PPR读取角度的变化,这就是方波的四倍频。这种判断，也可以用逻辑来做，0代表低，1代表高，A/B两相在一个周期内变化是0 0，0 1，1 1，1 0 。这种判断不仅可以4倍频，还可以判断旋转方向。那么，方波信号的最小分辨角度=360度/(4xPPR)。前面的问题：一个方波A/B输出360PPR的增量编码器，最小分辨角度=0.25度。严格地讲，方波最高只能做4倍频，虽然有人用时差法可以分的更细，但那基本不是增量编码器推荐的，更高的分频要用增量脉冲信号是SIN/COS类正余弦的信号来做，后续电路可通过读取波形相位的变化，用模数转换电路来细分，5倍、10倍、20倍，甚至100倍以上，分好后再以方波波形输出（PPR）。分频的倍数实际是有限制的，首先，模数转换有时间响应问题，模数转换的速度与分辨的精确度是一对矛盾，不可能无限细分，分的过细，响应与精准度就有问题；其次，原编码器的刻线精度，输出的类正余弦信号本身一致性、波形完美度是有限的，分的过细，只会把原来码盘的误差暴露得更明显，而带来误差。细分做起来容易，但要做好却很难，其一方面取决于原始码盘的刻线精度与输出波形完美度，另一方面取决于细分电路的响应速度与分辨精准度。例如，德国海德汉的工业编码器，推荐的最佳细分是20倍，更高的细分是其推荐的精度更高的角度编码器，但旋转的速度是很低的。我公司提供的IDE弦波细分倍频分割器，可提供5，10，20，25，最高到100倍的正余弦波细分倍频。一个增量编码器细分后输出A/B/Z方波的，还可以再次4倍频，但是请注意，细分对于编码器的旋转速度是有要求的，一般都较低。另外，如原始码盘的刻线精度不高、波形不完美，或细分电路本身的限制，细分也许会波形严重失真，大小步，丢步等，选用及使用时需注意。前面的问题：一个正余弦A/B输出360PPR的增量编码器，最小分辨角度可能是0.01度（如果25倍分频，且原始码盘精度有保证）。有些增量编码器，其原始刻线可以是2048线（2的11次方，11位），通过16倍（4位）细分，得到15位PPR ,再次4倍频(2位)，得到了17位(Bit)的分辨率，这就是有些日系编码器的17位高位数编码器的得来了，它一般就用“位,Bit”来表达分辨率了。这种日系的编码器在较快速度时，内部仍然要用未细分的低位信号来处理输出的，要不然响应就跟不上了，所以不要被它的“17位”迷惑了。类别：默认分类 | 评论(0) | 浏览(48 ) 增量信号Z相 及其他的作用 2009-03-19 13:08增量信号Z是怎么用的，的确，大部分的接收设备只接收A/B信号，而没有接收Z信号的口，很多人不熟悉这个Z怎么用。Z信号是增量编码器上除了A,B信号以外，另外的一个信号，每转就一个，脉冲宽度相当于A/B相信号的脉冲宽度，（各厂家有不同的）有规定其上升沿对齐A相一个脉冲周期的哪个位置。这样，Z信号在一个转圈内位置是“唯一绝对”的零位，通过读取Z信号，可以在一个转圈内修正增量信号因丢脉冲而产生的计数误差，如果是很多圈工作，可以在每圈作为参考信号修正。 这种方法在光栅尺与角度编码器中更加重要，在光栅尺和角度编码器上，这种信号叫参考信号“R”(有的为I），光栅尺有每隔一段位置一个R信号，而角度编码器是每隔几十度一个R信号（如20度），每隔一段距离（角度）的位置就可以修正参考。 除了Z信号与R信号，还有C,D信号，（欧系）有的增量编码器提供了C/D信号，这种信号是每转输出一个周期的Sin/Cos正余弦信号，这是单圈的绝对位置模拟量相位输出，因其位置绝对，不受停电影响，可以判别交流伺服电机启动时的磁极位置，或通过电路作为单圈绝对值编码器使用，与增量的A/B信号配合，称为混合式绝对编码器，如德国海德汉的就有这种编码器，目前在国内电梯上用的最多了。 日系的增量编码器用于交流电机启动时磁极位置判断的，是用了另外一种方法，就是U,V,W信号，每个信号位置相差120度，一圈一个（或两个）方波脉冲周期，这种信号尽管分辨率低，但也是“绝对”的，不受停电影响，其有时也称为“混合式绝对值”，这种混合式接收电路要比欧系的简单，但显然其绝对的分辨率和作用要远比欧系的差了。类别：默认分类 | 评论(0) | 浏览(105 ) 绝对值编码器信号及与后续设备的连接 2009-03-19 12:59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。3。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：GAS60 R13 E10 PB -13位单圈并行推挽式输出 GAS60 R16 E10 PB -16位单圈并行推挽式输出 GMS60 R12 E10 PB -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420mA、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：GAS60 R13 E10 SGB-13位单圈SSI输出 GAX60 R13/12 E10 SGB-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420mA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）、Can open、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：GAM60 R13 E10 R4B-RS485输出 GAS60 R13 E10 RCA-Can open输出 GAX60 R13/12 E10 RMB-绝对值真多圈modbus输出四420mA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420mA或模拟电压05V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，420mA或05V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：GAM60 R13 E10 LB 直接4-20mA模拟电流输出，Easypro功能。 GAX60 R13/12 E10 LB 绝对值真多圈420mA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。类别：默认分类 | 评论(0) | 浏览(382 ) 从增量值编码器到绝对值多圈编码器 2009-03-19 12:49从增量式编码器到绝对式编码器增量值旋转编码器，也叫圆光栅、脉冲码盘，从这些名称可以知道，它是圆形的光栅刻线码盘，旋转后通过光通量的明暗变化，产生脉冲，通过外部设备的计数脉冲，来增量地加（或减）脉冲数而测得旋转的角度。例如，圆光栅每周刻有360条刻线，每个刻线产生的一个脉冲就相当于1度，测得脉冲累计增加30个，就是正向选转了30度。增量型编码器码盘示意图：实际上读取这些刻线的光眼有两个（或有四个），两个光眼各自输出A相于B相，用以判断刻线是从哪个方向过来的，是A提前于B，还是B提前于A，就像人的左右眼，从而知道编码器的旋转方向，这样，判断脉冲的计数是增还是减，从而获得真实的旋转角度。在实际使用中，A相与B相的位置相差1/4个脉冲周期，这样，从正方向过来是1/4周期差，而从反方向过来就是3/4，可用于判断旋转方向。如果以一个脉冲周期为360度“相位”角，这样的1/4就是90度相位差，而3/4就是270度相位差。另外，旋转编码器每圈还有一个单独的刻线，相当于零位（Zero），也称为Z相，用于读取每周的起始点。这些圆光栅码盘，最早是由圆金属片刻蚀获得，而金属刻蚀精度有限，转而用玻璃镀膜刻蚀，玻璃码盘的精度是最高的，但易碎。对于一些经济型的编码器，也有用塑料菲林做的，近期有新技术用树脂材料，与玻璃码盘一样的加工工艺，可在较高精度与稳定性的情况下，而相比玻璃码盘不易损坏，这可能是大工业批量化生产的趋势。旋转增量式编码器以转动时输出脉冲，通过计数设备来知道其位置，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。实际上，工业控制由于使用的设备越来越多，干扰信号越来越多而且越来越复杂，对于增量信号更多的是干扰信号对于脉冲的多计与漏计无从判断，造成累计误差。解决的方法是增加外部参考点，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），有些是连续工作而不允许经常去找零的，于是就有了绝对值编码器的出现。绝对编码器光码盘上有许多道由里至外的刻线码道，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n个光眼读取每道刻线的通、暗，获得一组从2的零次方到2的n-1次方变化的唯一的2进制编码（格雷码），这就称为n位绝对编码器。这样的编码器是由码盘的机械位置决定的，每个位置的编码是唯一、绝对的，所以称为绝对值编码器。它不受停电、干扰的影响。绝对值编码器由机械位置决定的每个位置的唯一性，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，什么时候就可以去读取它的位置。这样，编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。从单圈绝对式编码器到多圈绝对式编码器旋转单圈绝对值编码器，以转动中测量光码盘各码道刻线，以获取唯一的一组编码，当转动超过360度时，编码又回到原点，这