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旋转编码器工作原理

增量式旋转编码器工作原理
增量式旋转编码器通过内部两个光敏接受管转化其角度码盘的时序和相位关系,得到其角度码盘角度位移量增加(正方向)或减少(负方向)。

在接合数字电路特别是plc后,增量式旋转编码器在角度测量和角速度测量较绝对式旋转编码器更具有廉价和简易的优势。

增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相;A、B两组脉冲相位差90º,从而可方便地判断出旋转方向,而Z相为每转一个脉冲,用于基准点定位。

它的优点是原理构造简单,机械平均寿命可在几万小时以上,抗干扰能力强,可靠性高,适合于长距离传输。

其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。

增量式旋转编码器的内部工作原理(附图)
增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相;A、B两组脉冲相位差90º,从而可方便地判断出旋转方向,而Z相为每转一个脉冲,用于基准点定位。

它的优点是原理构造简单,机械平均寿命可在几万小时以上,抗干扰能力强,可靠性高,适合于长距离传输。

其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息。

A,B两点对应两个光敏接受管,A,B两点间距为 S2 ,角度码盘的光栅间距分别为S0和S1。

当角度码盘以某个速度匀速转动时,那么可知输出波形图中的S0:S1:S2比值与实际图的S0:S1:S2比值相同,同理角度码盘以其他的速度匀速转动时,输出波形图中的S0:S1:S2比值与实际图的S0:S1:S2比值仍相同。

如果角度码盘做变速运动,把它看成为多个运动周期(在下面定义)的组合,那么每个运动周期中输出波形图中的S0:S1:S2比值与实际图的S0:S1:S2比值仍相同。

通过输出波形图可知每个运动周期的时序为
A B
1 1 0 1
0 0
1 0 A B
1 1 1 0 0 0 0 1
我们把当前的A,B输出值保存起来,与下一个A,B输出值做比较,就可以轻易的得出角度码盘的运动方向,
如果光栅格S0等于S1时,也就是S0和S1弧度夹角相同,且S2等于S0的1/2,那么可得到此次角度码盘运动位移角度为S0弧度夹角的1/2,除以所消毫的时间,就得到此次角度码盘运动位移角速度。

S0等于S1时,且S2等于S0的1/2时,1/4个运动周期就可以得到运动方向位和位移角度,如果S0不等于S1,S2不等于S0的1/2,那么要1个运动周期才可以得到运动方向位和位移角度了。

光电编码器检测装置本身是由电子元器件构成,它对安装环境有一定的技术要求,特别是在较恶劣环境下使用,要采取相应的保护措施,以使光电检测装置工作在其产品要求的技术条件下,才能发挥装置的技术性能。

否则光电检测装置的使用寿命及其工作的可靠性都将受到不同程度的影响。

结合光电检测装置在生产过程控制中的应用实践,在控制系统设计中;不宜采用光电检测装置的信号作为重要的控制信号,以避免光电装置突然损坏或工作不稳定(环境高温、湿度大、机械振动、外力碰创等)引起其他设备事故。

在控制系统中应用PLC程序实适进行过程控制的监控或干涉,以克服了因系统中采用光电装置而存在的各种缺陷,
是提高系统可靠性的有效途径。

应用
编码器与PLC的连接
编码器在工控项目中,作为测量角度、长度、速度控制的传感器,已经用得越来越多了,可是常常有PLC新手,对于编码器如何选型、如何连接、如何编程很困惑,就是PLC 老手,也会碰上手上的编码器与PLC 配不起来,重新再配耽误时间的问题,也会碰上现场情况复杂,干扰头痛的问题,现在根据我就自己掌握的东西简单说点,希望能够抛砖引玉,看到跟多更好的解决方案!
光电编码器,是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。

这是目前应用最多的传感器,光电编码器是由光栅盘和光电检
测装置组成。

光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。

由于光电码盘与电动机同轴,电动机旋转时,光栅盘与电动机同速旋转,经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号,通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。

旋转编码器是一种光电式旋转测量装置,它将被测的角位移直接转换成数字信号(高速脉冲信号)。

因些可将旋转编码器的输出脉冲信号直接输入给PLC,利用PLC的高速计数器对其脉冲信号进行计数,以获得测量结果。

不同型号的旋转编码器,其输出脉冲的相数也不同,有的旋转编码器输出A、B、Z三相脉冲,有的只有A、B相两相,最简单的只有A相。

输出两相脉冲的旋转编码器与FX系列PLC的连接,编码器有4条引线,其中2条是脉冲输出线,1条是COM端线,1条是电源线。

编码器的电源可以是外接电源,也可直接使用PLC的DC24V电源。

电源“-”端要与编码器的COM端连接,“+ ”与编码器的电源端连接。

编码器的COM端与PLC输入COM端连接,A、B两相脉冲输出线直接与PLC的输入端连接,连接时要注意PLC输入的响应时间。

有的旋转编码器还有一条屏蔽线,使用时要将屏蔽线接地。

编码器如果是并行输出的,可以直接连接PLC或上位机的输入输出接点I/O,其信号数学格式应该是格雷码。

编码器有多少位就要占用PLC的多少位接点,如果是24伏推挽式输出,高电平有效为1,低电平为0;如果是集电极开路NPN 输出,则连接的接点也必须是NPN型的,其高电平有效,低电平为1。

能否将集电极开路NPN输出的接到正逻辑的PLC的IO上呢?这个问题留给大家来思考。

另外编码器选型需要特别注意:
一是:机械安装尺寸,包括定位止口,轴径,安装孔位;电缆出线方式;安装空间体积;工作环境防护等级是否满足要求。

二是:分辨率,即编码器工作时每圈输出的脉冲数,是否满足设计使用精度要求。

编码器的输出频率不要超过PLC的允许范围。

三是:电气接口,编码器输出方式常见有推拉输出(F型HTL格式),电压输出(E),集电极开路(C,常见C为NPN型管输出,C2为PNP型管输出),长线驱动器输出。

其输出方式应和PLC接口电路相匹配。

编码器输出频率计算方法
频率 (HZ) 与时间(S)互为倒数:
1/0.5s=2HZ
1/0.1S=10HZ
脉冲编码器输出频率(以电机为例):
电机 1500r/min 1500转/分钟
编码器 1000p/r 1000脉冲/转
编码器输出频率 f= (1000×1500) / 60 =25kHZ
高速计数器的输入可以分为 1、脉冲加方向
2、加/减脉冲
3、A、B两相90度相位差脉冲
当采用“A、B两相90度相位差脉冲”时可采用“1倍频计数”、“4倍频计数”两种,计数方向取决于输入脉冲的相位差:
A相超前B相90度时为“加计数”
B相超前A相90度时为“减计数”
1倍频计数:加计数时输入的高频信号只采集A相的上升沿
减计数时输入的高频信号只采集A相的下升沿
4倍频计数:计数时输入的高频信号采集 A相的上升沿、A相的下升沿
B相的上升沿、B相的下升沿。

具体接线如下:输出线依次接入后续设备相应的输入点,褐线接工作电
压的正极,蓝线接工作电压的负极。

⑵与计数器连接,以H7CX(OMRON制)为例
H7CX输入信号分为无电压输入和电压输入。

①无电压输入:
以无电压方式输入时,只接受NPN输出信号。

NPN集电极开路输出的接线方式如下:
具体接线方式如下:褐线接电源正极,蓝线接电源负极,再从电源负极端拉根线接6号端子,黑线和白线接入8和9号端子,如果需要自动复
位,则橙线接入7号端子。

NPN电压输出的接线方式如下:
接线方式与NPN集电极开路输出方式一样。

②电压输入
NPN集电极开路输出的接线方式如下图所示:
具体接线方式如下:褐线接电源正极,蓝线接电源负极,再从电源负极端拉根线接6号端子,黑线和白线接入8和9号端子,如果需要自动复
位,则橙线接入7号端子。

PNP集电极开路输出的接线方式如下图所示:
具体接线方式如下:褐线接电源正极,蓝线接电源负极,再从电源负极端拉根线接6号端子,黑线和白线接入8和9号端子,如果需要自动复位,
则橙线接入7号端子。

电机转速的闭环控制(编码
器+PLC+触摸屏)。

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