旋转编码器详解

增量式编码器的 A B Z 编码器 A B Z 相及其关系 TTL 编码器 A 相 B 相信号 Z 相信号 U 相信号 V 相信号 W 相信号 分 别有什么关系 对于这个问题的回答我们从以下几个方面说明 编码器只有 A 相 B 相 Z 相信号的概念 所谓 U 相 V 相 W 相是指的电机的主电源的三相交流供电 与编码器没 有任何关系 A 相 B 相 Z 相 与 U 相 V 相 W 相 是完全没有什么关系的 两种概念 前者是编码器的通道输出信号 后者是交流电机的三 相主回路供电 而编码器的 A 相 B 相 Z 相信号中 A B 两个通道的信号一般是正交 即互差 90 脉冲信号 而 Z 相是零脉冲信号 详细来说 就是 一般 编码器输出信号除 A B 两相 A B 两通道的信号序列相位差为 90 度 外 每转一圈还输出一个零位脉冲 Z 当主轴以顺时针方向旋转时 输出脉冲 A 通道信号位于 B 通道之前 当主 轴逆时针旋转时 A 通道信号则位于 B 通道之后 从而由此判断主轴是正转还 是反转 另外 编码器每旋转一周发一个脉冲 称之为零位脉冲或标识脉冲 即 Z 相 信号 零位脉冲用于决定零位置或标识位置 要准确测量零位脉冲 不论旋 转方向 零位脉冲均被作为两个通道的高位组合输出 由于通道之间的相位差 的存在 零位脉冲仅为脉冲长度的一半 带 U V W 相的编码器 应该是伺服电机编码器 A B 相是两列脉冲 或正弦波 或方波 两者的相位相差 90 度 因此既可 以测量转速 还可以测量电机的旋转方向 Z 相是参考脉冲 每转一圈输出一个 脉冲 脉冲宽度往往只占 1 4 周期 其作用是编码器自我校正用的 使得编码 器在断电或丢失脉冲的 时候也能正常使用 ABZ 是编码器的位置信号 UVW 是电机的磁极信号 一般用于同步电机 AB 对于 TTL HTL 编码器来说 AB 相根据编码器的细分度不同 每圈有很多 个 但 Z 相每圈只有一个 UVW 磁极信号之间相位差是 120 度 随着编码器的角度转动而转动 与 ABZ 之间可以说没有直接关系 编码器 A A B B Z Z 怎么用分别代表什么意思 这种编码器的输出方式为长线驱动 line driver 其中 A A B B Z Z 为输 出的信号线 增量编码器给出两相方波 它们的相位差 90 电气上 通常 称为 A 通道和 B 通道 其中一个通道给出与转速有关的信息 与此同时 通过 两个通道信号进行顺序对比 得到旋转方向的信息 还有一个特殊信号称为 Z 或零通道 该通道给出编码轴的绝对零位 此信号是一个方波与 A 通道方波的 中心线重合 A A 为互补信号 B B 为互补信号 Z Z 为互补信号 长线驱动线路用于 电气受干扰或编码器与接收系统之间是长距离的工作环境 数据的发送和接收 在两个互补的通道中进行 所以 干扰受到抑制 干扰是由电缆或相邻设备引 起的 这种干扰叫做 共模干扰 因为他们的产生原于一个公共点 系统接 地点 此外 长线驱动发送和接收信号是以 差动方式 进行的 或者说 它的 工作原理是在互补通道间的电压差上传达 因此可以有效地抑制对它的共模干 扰 这种传送方式在采用 5 伏电压时可认为与 RS422 兼容 而且供电电源可 达 24 伏特 使用线性驱动编码器时 需要和线性的计数模块相连接 运动控制卡 PG 卡 在控制卡上直接有相对应的接口 ABB ASM1 的变频器 有专门的运动控制卡 A B 相是计数相 它们计数时脉冲是一样多的 只是相位相差 90 用 B 相超 前或是滞后 A 相 90 来判断正反转 Z 相是计圈相 编码器每旋转 360 发一 个脉冲 一般用在绝对位置控制中 名 称 无刷伺服电机 100W 详细资料 特性 杰美康无刷伺服电机是一种低成本无刷伺服电机 其配套 MCAC506 MCAC706 MCAC808 伺服驱动时 可让用户以接近步进系统的 价格享受到交直流伺服的性能 JSF 系列 产品额定转速 3000rpm 低速可达 1rpm 具有运行噪音小 电 机发热低的优点 电机编码器为 1000 线 4000 脉冲 转 可实现高速度 高 精度 低噪音 低发热 低成本效果 JSFM 系列电机 采用法兰盘 与 57 步进电机安装尺寸兼容 57JSF 系列采 用圆型端盖 适用于特殊用途 编码器选型必须了解的五个参数 脉冲数 每转输出脉冲数 P R 信号输出形式 信号路数及信号输出形式 电源电压 5 12V 为低电压 12 24 为高电压 轴径 mm 外型尺寸 mm 例 用户要求订购 100 脉冲 三路信号长线驱动器输出 电压 5V 轴径 6mm 外形尺 寸 38mm 的 则我们编码器的型号为 光电编码器安装与使用 机 械 方 面 实心轴类 1 编码器轴与用户端输出轴之间采用弹性软连接 以避免因用户轴的串动 跳动而造成编码器轴系和码 盘的损坏 2 安装时请注意允许的轴负载 3 应保证编码器轴与用户输出轴的不同轴度 0 20mm 与轴线的偏角 1 5 4 安装时严禁敲击和摔打碰撞 以免损坏轴系和码盘 空心轴类 1 要避免与编码器刚性连接 应采用板弹簧 2 安装时编码器应轻轻推入被套轴 严禁用锤敲击 以免损坏轴系和码盘 3 长期使用时 请检查板弹簧相对编码器是否松动 因定编码器的螺钉是否松动 电 气 方 面 1 接地线应尽量粗 一般应大于 3 2 编码器的输出线彼此不要搭接 以免损坏输出电路 3 编码器的信号线不要接到直流电源上或交流电流上 以免损坏输出电路 4 与编码器相连的电机等设备 应接地良好 不要有静电 5 配线时应采用屏蔽电缆 6 开机前 应仔细检查 产品说明书与编码器型号是否相符 接线是否正确 7 长距离传输时 应考虑信号衰减因素 选用输出阻抗低 抗干扰能力强的输出方式 8 避免在强电磁波环境中使用 绝对型编码器 每个位置变化都产生一个固定的代码 绝对型旋转编码器具有断电记忆功能 即断电后当 前位置被记下来 无需在复电工作时重新寻找参考位 增量型编码器 通过轴的旋转产生一系列的脉冲信号 运动速度由一定时间内所产生的脉冲信号决定 脉冲信号输出可与计数器或 PLC 的输入模块相连 起到测量的目的 一 光电编码器简介 光电编码器是一种集光 机 电为一体的数字检测装置 它是一种通过光电转换 将输至轴上的机械 几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器 它主要用于速度或位置 角度 的检测 具有精度高 响应快 抗干扰能力强 性能稳定可靠等显著的优点 按结构形式可分为直线式编码器和旋转式编码器两种类型 旋转编码器主要由光栅 光源 检读器 信号转换电路 机械传动等部分组成 光栅面上刻有节距相 等的辐射状透光缝隙 相邻两个透光缝隙之间代表一个增量周期 分别用两个光栅面感光 由于两个光栅 面具有 90 的相位差 因此将该输出输入数字加减计算器 就能以分度值来表示角度 它们的节距从光电 编码器的输出信号种类来划分 可分为增量式和绝对值式两大类 旋转增量式编码器转动时输出脉冲 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 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业控制定位中 编码器信号输出有并行输出 串行输出 总线型输出 变送一体型输出等输出形式 串行输出是时间 上数据按照约定 有先后输出 空间上 所有位数的数据都在一组电缆上 先后 发出 这种约定称为 通讯 协议 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 可靠 性就大大提高了 但传输速度比并行输出慢 对于绝对编码器 信号并行输出是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 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 这种方式输出即时 连接简单 但是 对于位数较多的绝对编码器 有许多芯电缆 由此带来工程难度和诸多不便 降低了可靠性 因此 在绝对编码器多位数输出一般不采 用并行输出型 而是选用串行输出或总线型输出 二 光电编码器的分类 按测量方式的分类 旋转编码器 直尺编码器 按编码方式的分类 绝对式编码器 增量式编码器 混合式编码器 三 光电编码器的应用 近十几年来 光电编码器发展为一种成熟的多规格 高性能的系列工业化产品 在数控机床 机器人 雷达 光电经纬仪 地面指挥仪 高精度闭环调速系统 伺服系统等诸多领域中得到了广泛的应用 旋转编码器是用来测量转速的装置 光电式旋转编码器通过光电转换 可将输出轴的角位移 角速度 等机械量转换成相应的电脉冲以数字量输出 REP 它分为单路输出和双路输出两种 技术参数主要有 每转脉冲数 几十个到几千个都有 和供电电压等 单路输出是指旋转编码器的输出是一组脉冲 而双 路输出的旋转编码器输出两组 A B 相位差 90 度的脉冲 通过这两组脉冲不仅可以测量转速 还可以判断 旋转的方向 编码器如以信号原理来分可分为 增量脉冲编码器 SPC 绝对脉冲编码器 APC 两者一般都应用于速度控制或位置控制系统的检测元件 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 旋转编码器由精密器件构成 故当受到较大的冲击时 可能会损坏内部功能 使用上应充分注意 注意的事项是 1 安装 安装时不要给轴施加直接的冲击 编码器轴与机器的连接 应使用柔性连接器 在轴上装连接器时 不要硬压入 即使使用连接器 因 安装不良 也有可能给轴加上比允许负荷还大的负荷 或造成拨芯现象 因此 要特别注意 轴承寿命与使用条件有关 受轴承荷重的影响特别大 如轴承负荷比规定荷重小 可大大延长轴承寿 命 不要将旋转编码器进行拆解 这样做将有损防油和防滴性能 防滴型产品不宜长期浸在水 油中表面 有水 油时应擦拭干净 2 振动 加在旋转编码器上的振动 往往会成为误脉冲发生的原因 因此 应对设置场所 安装场所加以注意 每转发生的脉冲数越多 旋转槽圆盘的槽孔间隔越窄 越易受到振动的影响 在低速旋转或停止时 加 在轴或本体上的振动使旋转槽圆盘抖动 可能会发生误脉冲 3 关于配线连接 误配线 可能会损坏内部回路 故在配线时应充分注意 配线应在电源 OFF 状态下进行 电源接通时 若输出线接触电源 则有时会损坏输出回路 若配线错误 则有时会损坏内部回路 所以配线时应充分注意电源的极性等 3 若和高压线 动力线并行配线 则有时会受到感应造成误动作成损坏 所以要分离开另行配线 延长电线时 应在 10m 以下 并且由于电线的分布容量 波形的上升 下降时间会较长 有问题 时 采用施密特回路等对波形进行整形 为了避免感应噪声等 要尽量用最短距离配线 向集成电路输入时 特别需要注意 6 电线延长时 因导体电阻及线间电容的影响 波形的上升 下降时间加长 容易产生信号间的干扰 串音 因此应用电阻小 线间电容低的电线 双绞线 屏蔽线 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 产品分类 1 绝对型 其输出信号为计算机能直接识别的二进码 BCD 码或格雷码 2 增量型 其输出信号为连续的方波脉冲 我公司增量型编码器又分为以下几种 A 主轴型 其特点为可制作 30 3600 P R 的脉冲 规格齐全 适合多种场合 基本型号有 ISC ISL ISCA 等系列 B 中空型 其特点为可制作 30 3600 P R 的脉冲 采用弹簧板连接 安装方便 适合于 DC 和 AC 马达 基本型号 IHC IHA 等系列 C 手动型 其特点为可制作 25 100 P R 的脉冲 手感均匀 灵活 体积更小 使用寿命更长 基本型号有 ISM 等系列 3 信号输出说明 B 表示 A B 两信号输出 信号相差 90 度 BZ 表示 A B 两信号输出 信号相差 90 度 原点信号输出 4 信号输出形式说明 E 表示电压输出 4 5V 13 2V C 表示集电极开放输出 有 NPN 型集电极开放输出 4 5V 13 2V NPN 型高电压集电极开放输出 10 8V 26 4V C2 PNP 型高电压集电极开放输出 10 8V 26 4 F 表示推拉 互补 推挽 输出 10 8V 26 4V L 表示长线驱动输出 4 75V 5 25V T 表示长线驱动输出 10 8V 26 4V 一 按码盘的刻孔方式不同分为 增量型和绝对值型 1 增量型 就是每转过单位的角度就发出一个脉冲 信号 也有发正余弦信号 然后对其进行细分斩波出频率更高的脉冲 通常为 A B Z 相输出 A B 相为相互延迟 1 4 周期的脉冲输出 根据延迟关系可以区别正反转 而且通过取 A B 的上升和下降沿可 以进行 2 或 4 倍频 Z 相为单圈脉冲 即每圈发出一个脉冲 2 绝对值型 就是对应一圈每个基准的角 度发出一个唯一与该角度对应 2 进制的数值 通过外部记圈器件可以进行多个位置的记录和测量 N 单圈 位置数 最大记忆圈数 按二进制的类型不同分为一般二进制码和葛雷码 葛雷码的好处是临近的数值变 更时各位的状态只有一个位发生变化 其他位保持不变 二 按信号的输出类型分为 电压输出 集电极 开路输出 推拉互补输出和长线驱动输出 以工作原理分有增量式与绝对式 绝对式还有单圈 360 度以内工作 和多圈之分 以电气输出物理形式分 增量值输出有正弦波 电压或电流 输出 集电极开路输出 NPN 或 PNP 差分驱动输出 或 TTL 推挽式输出 或 HTL 上拉电压输出 绝对值输出有并行 5V 或 24V 输出 串行输出 SSI 或 BISS 或 EnDat 等 现场总线 输出 PROFIBUS DP Can DeviceNet Interbus 其他 RS485 等 变送 4