绝对式旋转编码器工作原理

绝对是相对于增量而言的，顾名思义，所谓绝对就是编码器的输出信号在一周或多周运转的过程中，其每一位置和角度所对应的输出编码值都是唯一对应的，如此，便具备掉电记忆之功能也。绝对式编码器是依据计算机原理中的位码来设计的，比如：8位码（00000011），16位码，32位码等。把这些位码信息反映在编码器的码盘上，就是多道光通道刻线，每道刻线依次以2线、4线、8线、16线。。。。。。编排。如此编排的结果，比如对一个单圈绝对式而言，便是把一周360°分为2的4次方，2的8次方，2的16次方，，，，位数越高，则精度越高，量程亦越大。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。单圈绝对值编码器到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，称之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。绝对值编码器的信号输出（SignalOutput）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（Parallel）：绝对值编码器输出的是多位数码（格雷码或纯二进制码），并行输出就是所有信号各占一信号线同时输出，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。最好为格雷码，因为如是纯二进制码，在数据刷新时可能有多位同时变化，读数会在短时间里造成错码。而格雷码每次只有一位发生变化，减少错码的可能。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，一般在一两米左右，对于复杂环境的现场，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。串行SSI输出（SerialSynchronousInterface）：串行输出就是通过一定的协议，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。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。1．现场总线型输出（BUS）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．变送一体型输出变送也就是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位并行输出等。绝对式编码器选型常用参数1.单圈绝对型（Singleturn）-需知道客户所需求的位数，又叫解析度（Resolution）,比如10bits，又称1024positions，12bits=4096positions等。2.多圈绝对型（Multiturn）-此时除了问他单圈的解析度外，还有就是他所需求的圈数（revolution），所以一个多圈型编码器的位数是单圈位数和多圈圈数的总合。比如：一个编码器的单圈解析度为4096/12bits,圈数为13bits,那么这个编码器的总输出位数就是12+13=25bits.3.信号输出及接口形式（SignalandOutput）-首先有数码输出和模拟输出，但一般是以数码为主。编码输出有：并行输出，串行输出，总线接口等。4.编码器电源电压（Power）-问清楚他所选用编码器的工作电源电压。5.输出码制（Code）-绝对式编码器输出之编码同计算机中所用到的码制是一样的，也有自然二进制，BCD，格雷码，余格雷码等。其中常用的也就是自然二进制（naturalbinarycode）,格雷码（graycode）,因为格雷码有优于自然二进制的特点，故一般采用格雷码为多。6.编码器温度范围（TemparatureRange）-此相应客户的具体要求而帮对方选择之。此又分使用温度和存放温度。7.编码器转速范围（Speed）-此相亦需满足客户的具体要求，一般良好之编码器的机械转速可达到5000~6000rpm.8.IP防护等级（Protection）-此防护等级又分为外盖防护等级和轴径处的防护等级。其以IP67为最高级别。最后，基本上，如能提供了以上这么多数据后，已经可以很好的帮客户选择合适的编码器了。其他所牵涉到的具体问题，则再视具体情况而做出解决。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（数据处理和显示系统）。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。有些协议自定义的RS485输出信号进PLC的RS485接口，需PLC具有智能编程功能。复合型编码器（ComplexEncoder）随着编码器应用的场合和用途越来越多，越来越广，其产品也出现了品类众多的局面。有的工业现场需要增量信号同绝对值同时出现并测量的状况，为了解决这种问题，复合型编码器便应运而生。复合型编码器便是在同一个编码器的光盘上，同时刻有增量式信号轨道和绝对式信号轨道，在经电路处理后，便可在输出端得到增量的脉冲信号和绝对值的编码信号。此类产品各厂家均有制作，比如：Leinelinde的SSI674/675/684/685既然绝对值编码器分为RS485输出型，SSI输出型，ProfibusDP型，CanOpen型等，这么多的类别，这几种的应用各自有其特点：1。并行输出，低位数的单圈绝对值用得最多，直接进开关I/O,多少位就占用多少个I/O，低位数还是比较方便的。但线多，易故障，在高位数多及多圈情况下不推荐。2。RS485通讯或RS232通讯，位数再多也就几根线，与计算机、PLC连，与单片机连方便，但目前协议没统一,要编程。3。SSI,与西门子系统（德系）连，4线信号，或自开发系统方便，快速，可靠。但日系系统没有联接口。4。ProfibusDP，西门子为主的总线，用在工程上较多，用在运动控制系统较少（总线连多了数据刷新速度不够）5。CanOpen,汽车电子、工程车、运动控制用区域总线，目前国内刚刚开始有人用，熟悉的人不多。