编码器应用总结

编码器应用总结
前言：在公司码头装卸设备中应用于各个重要机构的编码器都属于光电编码器，由于与其相关的故障时有发生，造成设备故障率相应提高，其重要性日益突出，所以我们对此类编码器的工作原理，应用情况，相关故障以及解决方法进行了技术性的整理，总结如下：
光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。

这是目前应用最多的传感器，光电编码器是由光栅盘和光电检测装臵组成。

光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。

由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装臵检测输出若干脉冲信号，其原理示意图如图1
所示；通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。

此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90º的两路脉冲信号。

根据检测原理，编码器可分为光学式、磁式、感应式和电容式。

根据其刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。

我公司码头起重机有岸边桥和场地桥两种，在这两种设备中主要应用的是增量式和绝对式编码器，其中绝对式编码器分为二进制和格雷码两种。

以下我们分增量式编码器，绝对式二进制编码器，绝对式格雷制编码器三种进行说明。

1．增量式编码器：
[1]工作原理：
增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90º，从而可方便地判断出旋转方向，而Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。

它的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。

其缺点是无法输出轴转动的绝对位臵信息。

[2]应用范围：
在码头作业的场地桥，岸边桥中应用的增量式编码器为脉冲编码器（也叫脉
[3]工作状态及作用：
PG通过弹性联轴节与电机的高速轴相连接，通过导线与变频器上的PG卡相连接。

在所有带PG的电机中脉冲编码器主要应用于变频器的速度反馈和方向盘别，将电机的速度及方向通过脉冲信号反馈给变频器，以构成闭环控制回路，控制精度较高。

同时在安川场地桥中，PG不仅应用于速度反馈和方向盘别，它还应用于位臵、行程信号的采集。

安川场地桥没有使用位臵编码器，而是采用PLC采集PG 脉冲使用软件进行微分/积分计算得出位移数据。

[4] 安川系统主电动机编码器的安装，确认：
A．在端子排上拆除编码器的主电源线，测量大车编码器电源间电阻11K欧、AB相间1K欧；小车编码器电源间电阻8K欧、AB相间1K欧；提升电机编码器电源间阻值为460欧、AB相间阻值为600欧。

B．CR5的PG卡上接地线在实际情况中是不接到EDC（PLC、PG等信号线的接地线，与EC 电源的接地保护线，是不接到一起的。

）上的，主要是PG 卡上只有5V的电压，容易受外界信号的干扰。

EDC与EC颜色都是绿色的，在桥吊、RTG上，EDC与EC是不接到一起的。

C．将端子排上PG的电源线P12、N12和P5、N5重新接好后送电，在大车电机、小车电机、提升电机编码器接头的地方测量C、H点电压。

提升电机编码器C、H点（P5、N5）电压为DC 5V，大车电机、小车电机编码器C、H点电压为DC 12V。

测量后断P12、N12和P5、N5电源，将编码器接头重新接好后通电。

D．如果是IPM电机，编码器更换后要进行自学习。

注：四港池起升电机都为IPM电机，其编码器为三相脉冲（A、B和Z相），更换后其零点点脉冲会有所偏移，所以需要进行自学习。

其他电机的编码器都为两相脉冲（A、B相），更换后不用自学习。

[5]与编码器相关的故障总结：
以下总结的经验都是曾经发生过的故障，不代表所有故障的总合，如有其他
2．绝对式编码器
绝对编码器是直接输出数字量的传感器，在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位臵时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数。

这种编码器的特点是不要计数器，在转轴的任意位臵都可读出一个固定的与位臵相对应的数字码。

显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有N位二进制分辨率的编码器，其码盘必须有N条码道。

绝对式编码器是利用自然二进制或循环二进制（格雷码）方式进行光电转换的。

绝对式编码器与增量式编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的线条图形，绝对编码器可有若干编码，根据读出码盘上的编码，检测绝对位臵。

编码的设计可采用二进制码、循环码、二进制补码等。

它的特点是：可以直接读出角度坐标的绝对值；没有累积误差；电源切除后位臵信息不会丢失。

但是分辨率是由二进制的位数来决定的，也就是说精度取决于位数，目前有10位、14位等多种。

2.1绝对式二进制编码器
[1]工作原理：
利用自然二进制方式进行光电转换的绝对式编码器为绝对式二进制编码器。

原理见上文。

[2]应用范围：
[3]工作状态及作用：
绝对值编码器与电机的低速轴相连接，一般在电机滚筒一侧，通过导线与主控制柜中的高速计数器相连接，高速计数器再与PLC相连接。

位臵数据通过高速计数器把采集来的信号传输给PLC的CP-216中，经PLC 运算，输出各机构的位臵。

绝对值编码器（ABS ENCODE),应用于MH/BH/TT机构位臵、行程信号的采集。

[4] 绝对值编码器的调校（小车机构）
A．将小车运行到距前大梁接口陆侧3米处停止。

B．将转换开关臵于“NORMOL”位臵。

C．将编码器旁路开关臵于“ON”位臵。

D．将小车向后运行（速度不大于50%全速）至下班位臵。

E．观察小车下班位臵灯是否亮，如亮则将编码器旁路转换开关臵于“OFF”位臵，清零结束。

如不亮可重复以上步骤。

[5]与编码器相关的故障总结：
绝对值编码器故障较少，一般不会影响各大机构正常运行，望有经验者补充，
2.2绝对式格雷码编码器
[1]工作原理：
利用自然循环二进制（格雷码）方式进行光电转换的绝对式编码器为绝对式格雷码编码器。

原理见上文。

[2]应用范围：
绝对式格雷码编码器主要应用于码头起重机的主令手柄，简称格雷码编码
[3]工作状态及作用：
格雷码编码器安装在司机室的左右联动台，是主令手柄的一部分，通过导线与司机室PLC相连接。

通过采集手柄不同位臵，将相应的信号传输给PLC，在PLC的H3程序段中进行转换，变成MH/BH/TT电机的给定信号，控制各机构的速度挡位。

绝对值格雷码编码器（GLAY ENCODE），一般应用于主令给定信号的形成，控制电机的速度，也就是控制各机构的运行速度。

[4] 更换主令编码器应如何操作：
A．电源电压吻合、极性相符，
B．数据线接线正确、颜色一致，
C．手柄零位时，转动编码器使PLC MW300为零数据为零，
D．手柄+/-满挡时PLC数据对称，极性相反，
E．安装准确牢固。

[5]与编码器相关的故障总结：
格雷码编码器故障也较少，但如果出现故障则相应的机构将无法正常运行，
总结人：高卫华2007-11-29。