工業(yè)自動(dòng)化使用不同類型電機(jī)編碼器的工作原理-藤倉(cāng)自動(dòng)化

本文討論了自動(dòng)化中不同類型的電機(jī)編碼器，特別是線性和旋轉(zhuǎn)編碼器及其應(yīng)用。

　　一、什么是電機(jī)編碼器？

電機(jī)編碼器是一種為自動(dòng)化控制系統(tǒng)或任何需要位置數(shù)據(jù)的包含電機(jī)的機(jī)器記錄位置數(shù)據(jù)的設(shè)備。從機(jī)械臂到3D打印機(jī)，它們無(wú)處不在。編碼器在使自主機(jī)器正常運(yùn)行方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。它們?cè)试S精確測(cè)量系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)部件。

電機(jī)編碼器在幾個(gè)方面都有好處，例如，線性編碼器通常用于軌道應(yīng)用并允許CNC機(jī)器和3D打印機(jī)精確地創(chuàng)建零件，而旋轉(zhuǎn)編碼器使機(jī)械臂在制造業(yè)中成為可能。它們發(fā)送的信號(hào)用于在正確的時(shí)刻激活控制器或PLC的不同輸出。

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　　二、電機(jī)編碼器如何工作？

編碼器通過(guò)基于上述兩種不同系統(tǒng)之一（旋轉(zhuǎn)或線性）向控制設(shè)備提供電氣信息來(lái)工作。在編碼器中還有幾種將物理變化轉(zhuǎn)換為電數(shù)據(jù)的機(jī)制：電阻、機(jī)械、磁和光學(xué)，其中光學(xué)編碼器是制造中最常見(jiàn)的。光學(xué)編碼器包含至少一個(gè)光發(fā)送器和一個(gè)光接收器，用于將物理運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)以供控制器處理。無(wú)論采用何種轉(zhuǎn)換方法，編碼器始終是線性編碼器或旋轉(zhuǎn)編碼器。

在光學(xué)編碼器中，旋轉(zhuǎn)和線性都使用從固體表面切出的“窗口”，僅允許光以增量方式進(jìn)入接收單元。線性編碼器使用傳感器來(lái)檢測(cè)沿著路徑長(zhǎng)度的條帶中的不同圖案，而旋轉(zhuǎn)編碼器由一個(gè)帶有插槽的圓盤組成，可將信號(hào)發(fā)送回控制系統(tǒng)。

在光學(xué)系統(tǒng)中，發(fā)送單元發(fā)出一束恒定的光束，隨著系統(tǒng)的移動(dòng)，光束會(huì)逐漸中斷。每當(dāng)接收單元檢測(cè)到來(lái)自發(fā)送單元的光時(shí)，它就會(huì)向控制器發(fā)送一個(gè)電信號(hào)。根據(jù)應(yīng)用的不同，有各種不同的磁盤或磁道配置來(lái)阻擋/接收光。這些包括絕對(duì)位置編碼器和增量編碼器。

　　三、絕對(duì)編碼器和增量編碼器：有什么區(qū)別？

絕對(duì)式編碼器使用多個(gè)光傳感器向控制器發(fā)送二進(jìn)制代碼。它們具有對(duì)應(yīng)于光發(fā)送器/接收器對(duì)的不同插槽。對(duì)于單圈絕對(duì)編碼器，這些插槽創(chuàng)建了一個(gè)二進(jìn)制代碼，可以告訴電機(jī)在一轉(zhuǎn)內(nèi)的角位置。

在需要更高精度和更大范圍的應(yīng)用中，多圈編碼器使用齒輪減速器和兩個(gè)編碼器盤來(lái)實(shí)現(xiàn)更大范圍的已知位置。絕對(duì)式編碼器更適用于斷電后需要位置數(shù)據(jù)的情況，最常見(jiàn)的是在安全電路中。增量式編碼器具有均勻間隔的槽來(lái)向控制器發(fā)送脈沖。這些編碼器依賴于從零位置開(kāi)始計(jì)數(shù)的脈沖，因此在系統(tǒng)因任何原因斷電的情況下，擁有一個(gè)已知位置以重新開(kāi)始計(jì)數(shù)非常重要。

在只需要電機(jī)速度的情況下，可以將模擬信號(hào)發(fā)送到控制器，使其能夠?qū)⒋藬?shù)據(jù)處理為有用的應(yīng)用程序。如果過(guò)程需要位置數(shù)據(jù)，則編碼器可以向控制器發(fā)送電脈沖，以破譯電機(jī)在其邊界區(qū)域內(nèi)的位置。

　　四、線性編碼器在哪里使用？

線性編碼器使用傳感器或標(biāo)尺上的“切口”將電脈沖信號(hào)發(fā)送到控制器。這些脈沖信號(hào)可以由PLC解密并轉(zhuǎn)換為設(shè)備要遵循的指令。

線性編碼器更適合帶有滑動(dòng)定位器的應(yīng)用，例如3D打印機(jī)或CNC機(jī)器。它們非常適用于需要將準(zhǔn)確的高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂破鞯倪^(guò)程。某些線性編碼器如果不是絕對(duì)編碼器，則在斷電或PLC/控制器重啟后需要一個(gè)參考位置來(lái)找零。

絕對(duì)式編碼器使用二進(jìn)制表示位置，增量式編碼器只能發(fā)送控制器在啟動(dòng)后計(jì)數(shù)的脈沖。當(dāng)必須重新啟動(dòng)位置數(shù)據(jù)時(shí)，限位開(kāi)關(guān)或傳感器可用于提供參考點(diǎn)。

基于絕對(duì)代碼的線性編碼器能夠在不移動(dòng)或不使用參考點(diǎn)的情況下找到它們的位置。他們使用來(lái)自多個(gè)尺度的二進(jìn)制代碼來(lái)確定位置。這為應(yīng)用過(guò)程提供了更大的靈活性，并在涉及重啟后安全的領(lǐng)域開(kāi)辟了更多機(jī)會(huì)。

　　五、旋轉(zhuǎn)編碼器的使用

旋轉(zhuǎn)編碼器由一個(gè)連接在電機(jī)軸上的圓形標(biāo)尺組成。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，讀取秤中圖案的光傳感器將脈沖計(jì)數(shù)或二進(jìn)制代碼發(fā)送到PLC。旋轉(zhuǎn)編碼器在需要電機(jī)速度或難以通過(guò)電機(jī)旋轉(zhuǎn)以外的方式測(cè)量距離的應(yīng)用中非常有用，例如在機(jī)械臂中的伺服電機(jī)中。需要電機(jī)速度控制的應(yīng)用使用產(chǎn)生脈沖計(jì)數(shù)的增量編碼器來(lái)測(cè)量電機(jī)速度。

編碼器刻度上有一定數(shù)量的槽，PLC會(huì)隨著電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)而計(jì)算槽數(shù)。然后可以將其轉(zhuǎn)換為RPM。這可能有用的一個(gè)例子是在傳送帶電機(jī)上。某些參數(shù)可能需要不同的皮帶速度，PLC可以根據(jù)電機(jī)的RPM進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。它們?cè)诰群苤匾膽?yīng)用中也很有用，因?yàn)樗鼈儽冉^對(duì)式旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。盡管它們更準(zhǔn)確，但它們無(wú)法在不移動(dòng)的情況下讀取位置，并且在與PLC失去通信后可能需要參考位置。

絕對(duì)式編碼器也可用于旋轉(zhuǎn)式電機(jī)編碼器。這些更適用于需要角度數(shù)據(jù)的情況。它們還能夠在編碼器和控制器之間失去通信或電源后重新調(diào)用位置，這與需要移動(dòng)來(lái)傳遞數(shù)據(jù)的增量旋轉(zhuǎn)控制不同。

　　審核編輯：鄢孟繁