编码器应用十六问（下）

  九  绝对型旋转编码器选型价格

　　绝对编码器单圈从经济型8位到高精度17位，价格可以从几百元到1万多不等；

　　绝对编码器多圈大部分用25位，输出有SSI，总线Profibus-DP,Can L2,Interbus,DeviceNet,价格也可以从3千多到1万多不等。

　　旋转光电编码器测量角度和长度，已是很成熟的技术了，现今再用上高精度大量程的绝对型编码器，大大提高了测量精度和可靠性，而且经济实用。就目前来看，其仍然是测量长度的最多选择。

　　十  从增量式编码器到绝对式编码器？

　　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。

　　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，在工控自动化程序中就有每次操作先找参考点，开机找零等方法。

　　比如，打印机扫描仪的定位就是用的增量式编码器原理，每次开机，我们都能听到噼哩啪啦的一阵响，它在找参考零点，然后才工作。

　　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。

　　由于绝对编码器在位置定位方面明显地优于增量式编码器，已经越来越多地应用于工控自动化定位中。

　　测速度需要可以无限累加测量，目前增量型编码器在测速应用方面仍处于无可取代的主流位置。

　　十一  能不能提示下选用绝对型编码器应注意哪些事项？

　　（一）机械部分

　　1.测长度还是测角度，测长度如何通过机械方式转换。测角度是360度内（单圈），还是可能过360度（多圈）。生产过程是一个方向旋转循环工作，还是来回方向循环工作。

　　2.轴连接安装形式，有轴型通过软性联轴器连接，还是轴套型连接。

　　3.使用环境：粉尘，水气，震动，撞击

　　（二）电气部分

　　1.连接的输出接收部分是什么？

　　2.信号形式？

　　3.分辨率要求？

　　4.控制要求？

　　十二  从单圈绝对式编码器到多圈绝对式编码器

　　旋转单圈绝对式编码器，以转动中测量光码盘各道刻线，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，这样的编码器只能用于旋转范围360度以内的测量，称为单圈绝对式编码器。

　　如果要测量旋转超过360度范围，就要用到多圈绝对式编码器。

　　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难度。

　　多圈式绝对编码器在长度定位方面的优势明显，已经越来越多地应用于工控定位中。

十三  绝对型编码器的串行和并行输出的详细一点的信息？

　　并行输出：

　　绝对型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。

　　并行：时间上，数据同时发出；空间上，每个位数的数据各占用一根线缆。

　　增量型编码器输出的通常是并行输出。

　　串行输出：

　　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。

　　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都是用串行输出的。

　　由于绝对型编码器的部分知名厂家在德国，所以串行输出大部分是与德国的西门子配套的，如SSI同步串行输出，总线型是PROFIBUS-DP的输出等。

　　串行输出编码器连接德国西门子的设备是比较容易的，但是连接非德国系的设备，接口就是问题了，我公司提供各种接口输出的仪表，可以解决这样的问题。

　　串行：时间上，数据按照约定，有先后；空间上，所有位数的数据都在一组线缆上（先后）发出。

　　十四  串行编码器应该都是绝对式的？

　　串行是指按时间约定，串行输出数字编码信号，基本是绝对的，但也有一些增量编码器，通过内置电池记忆原点，其也可以通过串行输出位置值，如电池线不联，还是增量编码器，此也称为伪绝对值编码器，在一些日本伺服系统中较多见。其本质其实还是增量编码器。

　　十五  为什么叫“绝对型编码器”？

　　“绝对型编码器”相对于“增量型编码器”而言。

　　“绝对型编码器”使用某种方式表示并记忆物体的绝对位置，角度和圈数。即一旦位置，角度和圈数固定，什么时候编码器的示值都唯一固定，包括停电后投电。“增量型编码器”做不到这一点。一般“增量型编码器”输出两个A、B脉冲信号，和一个Z（L）零位信号，A、B脉冲互差90度相位角。通过脉冲计数可以知道位置，角度和圈数增量，通过A,B脉冲信号超前或滞后可以知道方向，停电后，必须从约定的基准重新开始计数。“增量型编码器”表示位置，角度和圈数需要做后处理，重新投电要做“复零”操作，所以，“增量型编码器”比“绝对型编码器”在价格上便宜许多。

　　十六  光电编码器、光学电子尺和静磁栅绝对编码器的优缺点？

　　光电编码器：

　　1 优点

　　体积小，精密，本身分辨度可以很高，无接触无磨损；同一品种既可检测角度位移，又可在机械转换装置帮助下检测直线位移；多圈光电绝对编码器可以检测相当长量程的直线位移（如25位多圈）。寿命长，安装随意，接口形式丰富，价格合理。成熟技术，多年前已在国内外得到广泛应用。

　　2 缺点

　　精密但对户外及恶劣环境下使用提出较高的保护要求；量测直线位移需依赖机械装置转换，需消除机械间隙带来的误差；检测轨道运行物体难以克服滑差。

　　光学电子尺：

　　1 优点

　　精密，本身分辨度较高（可达到0.005mm）；体积适中，直接测量直线位移；无接触无磨损，测量间隙宽泛；价格适中，接口形式丰富，已在国内外金属切削机械行业得到较多应用（如线切割、电火花等）。

　　2 缺点

　　测量直线和角度要使用不同品种；量程受限制（量程超过4m，生产制造困难价格昂贵），不适于在大量程恶劣环境处实施位移检测。

　　静磁栅绝对编码器：

　　1 优点

　　体积适中，直接测量直线位移，绝对数字编码，理论量程没有限制；无接触无磨损，抗恶劣环境，可水下1000米使用；接口形式丰富，量测方式多样；价格尚能接受。

　　2 缺点

　　分辨度1mm不高；测量直线和角度要使用不同品种；不适于在精小处实施位移检测（大于260毫米）。