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增量式编码器的工作原理与使用方法


增量式编码器的工作原理与使用方法 1.工作原理 旋转编码器是一种采用光电等方法将轴的机械转角转换为数字信号输出的精密传感器, 分为 增量式旋转编码器和绝对式旋转编码器。 光电增量式编码器的工作原理如下: 随转轴一起转动的脉冲码盘上有均匀刻制的光栅, 在码 盘上均匀地分布着若干个透光区段和遮光区段。 增量式编码器没有固定的起始零点, 输出的是与转角的增量成正比的脉冲, 需要用计数器来 计脉冲数。每转过一个透光区时,就发出一个脉冲信号,计数器当前值加 1,计数结果对应 于转角的增量。 增量式编码器的制造工艺简单,价格便宜,有时也用来测量绝对转角。 2.增量式编码器的分类 1)单通道增量式编码器内部只有一对光电耦合器,只能产生一个脉冲序列。 2)AB 相编码器内部有两对光电耦合器,输出相位差为 90°的两组脉冲序列。正转和反转时 两路脉冲的超前、滞后关系刚好相反。由下图可知,在 B 相脉冲的上升沿,正转和反转时 A 相脉冲的电平高低刚好相反,因此使用 AB 相编码器,PLC 可以很容易地识别出转轴旋转的 方向。 需要增加测量的精度时,可以采用 4 倍频方式,即分别在 A、B 相波形的上升沿和下降沿计 数,分辨率可以提高 4 倍,但是被测信号的最高频率相应降低。

3)三通道增量式编码器内部除了有双通道增量式编码器的两对光电耦合器外,在脉冲码盘 的另外一个通道有 1 个透光段,每转 1 圈,输出 1 个脉冲,该脉冲称为 Z 相零位脉冲,用 做系统清零信号,或坐标的原点,以减少测量的积累误差。 2.编码器的选型 首先根据测量要求选择编码器的类型, 增量式编码器每转发出的脉冲数等于它的光栅的线数。 在设计时应根据转速测量或定位的度要求,和编码器的转速,来确定编码器的线数。编码器 安装在电动机轴上,或安装在减速后的某个转轴上,编码器的转速有很大的区别。还应考虑 它发出的脉冲的最高频率是否在 PLC 的高速计数器允许的范围内。 3.编码器与 PLC 高速计数器的配合问题 以 S7-200 为例,使用单通道增量式编码器时,可选高速计数器的单相加/减计数器模式(模 式 0~5),可细分为有/无外部方向输入信号、有/无复位输入和有/无启动输入信号。 使用 AB 相编码器时,高速计数器应选 A/B 相正交计数器模式(模式 9~11),可以实现在 正转时加计数,反转时减计数。 4.怎样判断 AB 相编码器是正转还是反转? S7-200 的高速计数器用 SM 区中的当前计数方向状态位来指示编码器的旋转方向。如果编 码器输出脉冲的周期大于 PLC 的扫描循环时间的两倍,通过在 B 相脉冲的上升沿判断 A 相 脉冲信号的 0、1 状态,可以判断编码器旋转的方向。


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