绝对值编码器

增量型编码器与绝对型编码器的区分编码器如以信号原理来分，有增量型编码器,绝对型编码器。增量型编码器(旋转型)工作原理:由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差（相对于一个周波为360度），将C、D信号反向，叠加在A、B两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好，精度高，金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级，塑料码盘是经济型的，其成本低，但精度、热稳定性、寿命均要差一些。分辨率—编码器以每旋转360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率，也称解析分度、或直接称多少线，一般在每转分度5~10000线。信号输出:信号输出有正弦波（电流或电压）,方波（TTL、HTL）,集电极开路（PNP、NPN）,推拉式多种形式，其中TTL为长线差分驱动（对称A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL也称推拉式、推挽式输出，编码器的信号接收设备接口应与编码器对应。信号连接—编码器的脉冲信号一般连接计数器、PLC、计算机，PLC和计算机连接的模块有低速模块与高速模块之分，开关频率有低有高。如单相联接，用于单方向计数，单方向测速。A.B两相联接，用于正反向计数、判断正反向和测速。A、B、Z三相联接，用于带参考位修正的位置测量。A、A-，B、B-，Z、Z-连接，由于带有对称负信号的连接，电流对于电缆贡献的电磁场为0，衰减最小，抗干扰最佳，可传输较远的距离。对于TTL的带有对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达150米。对于HTL的带有对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达300米。增量式编码器的问题：增量型编码器存在零点累计误差，抗干扰较差，接收设备的停机需断电记忆，开机应找零或参考位等问题，这些问题如选用绝对型编码器可以解决。增量型编码器的一般应用:测速，测转动方向，测移动角度、距离(相对)。绝对型编码器（旋转型）绝对编码器光码盘上有许多道光通道刻线，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。这样的编码器是由光电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是唯一的，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。单圈绝对值编码器和多圈绝对值编码器旋转单圈绝对值编码器，以转动中测量光电码盘各道刻线，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，这样的编码只能用于旋转范围360度以内的测量，称为单圈绝对值编码器。如果要测量旋转超过360度范围，就要用到多圈绝对值编码器。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。绝对值编码器信号输出有并行输出、串行输出、总线型输出、变送一体型输出1．并行输出：绝对值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。2．串行SSI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。由于绝对值编码器好的厂家都是在德国，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。SSI接口(RS422模式)，以两根数据线、两根时钟线连接，由接收设备向编码器发出中断的时钟脉冲，绝对的位置值由编码器与时钟脉冲同步输出至接收设备。由接收设备发出时钟信号触发,编码器从高位(MSB)开始输出与时钟信号同步的串行信号.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。3．现场总线型输出现场总线型编码器是多个编码器各以一对信号线连接在一起，通过设定地址，用通讯方式传输信号，信号的接收设备只需一个接口，就可以读多个编码器信号。总线型编码器信号遵循RS485的物理格式，其信号的编排方式称为通讯规约，目前全世界有多个通讯规约，各有优点，还未统一，编码器常用的通讯规约有如下几种：PROFIBUS-DP；CAN；DeviceNet；Interbus等总线型编码器可以节省连接线缆、接收设备接口，传输距离远，在多个编码器集中控制的情况下还可以大大节省成本。4．变送一体型输出我公司提供的GPMV0814、GPMV1016绝对编码器，其信号已经在编码器内换算后直接变送输出，其有模拟量4—20mA输出、RS485数字输出、14位并行输出。连接绝对编码器的电气二次设备：连接绝对值编码器的设备可以是可编程控制器PLC、上位机，也可以是专用显示信号转换仪表，由仪表再输出信号给PLC或上位机。1．直接进入PLC或上位机：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，其低电平有效，低电平为1。2．编码器如果是串行输出的，由于通讯协议的限制，后接电气设备必须有对应的接口。例如SSI串行，可连接西门子的S7-300系列的PLC，有SM338等专用模块，或S7-400的FM451等模块，对于其他品牌的PLC，往往没有专用模块或有模块也很贵。3．编码器如是总线型输出，接受设备需配专用的总线模块，例如PROFIBUS-DP。但是，如选择总线型输出编码器，在编码器与接收设备PLC中间，就无法加入其他显示仪表，如需现场显示，就要从PLC再转出信号给与信号匹配的显示仪表。作为位置检测的传感器，现在普遍采用了绝对位置测量，为保证高精度、高位数绝对型传感器的数据传输可靠性,目前世界上通常采用先进的SSI(synchronous-serialinterface同步串行介面)输出技术,信号传输只需2根时钟线,2根数据线,另外配以2根电源线,仅需6根线即可达到工作及传输的目的.通过SSI转换模块,传感器输出的信号就可进行计算.格雷码格雷码(Graycode),又叫循环二进制码或反射二进制码在数字系统中只能识别0和1，各种数据要转换为二进制代码才能进行处理，格雷码是一种无权码，采用绝对编码方式，典型格雷码是一种具有反射特性和循环特性的单步自补码，它的循环、单步特性消除了随机取数时出现重大误差的可能，它的反射、自补特性使得求反非常方便。格雷码属于可靠性编码，是一种错误最小化的编码方式，因为，自然二进制码可以直接由数/模转换器转换成模拟信号，但某些情况，例如从十进制的3转换成4时二进制码的每一位都要变，使数字电路产生很大的尖峰电流脉冲。而格雷码则没有这一缺点，它是一种数字排序系统，其中的所有相邻整数在它们的数字表示中只有一个数字不同。它在任意两个相邻的数之间转换时，只有一个数位发生变化。它大大地减少了由一个状态到下一个状态时逻辑的混淆。另外由于最大数与最小数之间也仅一个数不同，故通常又叫格雷反射码或循环码。下表为几种自然二进制码与格雷码的对照表：┌────┬──────┬───┬────┬──────┬────┐│十进制数│自然二进制数│格雷码│十进制数│自然二进制数│格雷码│├────┼──────┼───┼────┼──────┼────┤│0│0000│0000│8│1000│1100│├────┼──────┼───┼────┼──────┼────┤│1│0001│0001│9│1001│1101│├────┼──────┼───┼────┼──────┼────┤│2│0010│0011│10│1010│1111│├────┼──────┼───┼────┼──────┼────┤│3│0011│0010│11│1011│1110│├────┼──────┼───┼────┼──────┼────┤│4│0100│0110│12│1100│1010│├────┼──────┼───┼────┼──────┼────┤│5│0101│0111│13│1101│1011│├────┼──────┼───┼────┼──────┼────┤│6│0110│0101│14│1110│1001│├────┼──────┼───┼────┼──────┼────┤│7│0111│0100│15│1111│1000│└────┴──────┴───┴────┴──────┴────┘一般的,普通二进制码与格雷码可以按以下方法互相转换:二进制码-格雷码（编码）：从最右边一位起，依次将每一位与左边一位异或(XOR)()，作为对应格雷码该位的值，最左边一位不变(相当于左边是0)；格雷码-〉二进制码（解码）：从左边第二位起，将每位与左边一位解码后的值异或，作为该位解码后的值（最左边一位依然不变）.数学(计算机)描述：原码：p[0~n]；格雷码：c[0~n](n∈N)；编码：c=G(p)；解码：p=F(c)；书写时从左向右标号依次减小.编码：c=pXORp[i+1](i∈N,0≤i≤n-1)，c[n]=p[n]；解码：p[n]=c[n]，p=cXORp[i+1](i∈N,0≤i≤n-1).GrayCode是由贝尔实验室的FrankGray在20世纪40年代提出的（是1880年由法国工程师Jean-Maurice-EmlleBaudot发明的），用来在使用PCM（PusleCodeModulation）方法传送讯号时避免出错，并于1953年3月17日取得美国专利。由定义可知，GrayCode的编码方式不是唯一的，这里讨论的是最常用的一种。四、SSI协议说明：SSI为同步串联信号，实际的两对RS422，一对时钟触发，一对数据发送。如图所示，编码器的绝对位置值由接收设备的时钟信号触发,从格雷码高位(MSB)开始，输出与时钟信号同步的串行信号。时钟信号从接收设备发出，以编码器的总位数输出N个中断的脉冲，当不传送信号时,时钟和数据位均是高位,在时钟信号的第一个下降沿,当前值开始贮存,从时钟信号上升沿开始,数据信号开始传送，一个时钟脉冲同步一位数据。其中：t3为恢复信号,等待下次传送；N=13；16；25；28。根据编码器总位数。T=4—11us；t1=1—5.5us；t2≤1us；t3=11—15.5us