绝对值编码器原理.doc

从增量值编码器到绝对值编码器旋转增量值编码器以转

动时输出脉冲，通过计数设备来计算其位置，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，计数设备计算并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。

解决的方法是增加参考点，编码器每经过参考点，将参考位置修正进计数设备的记忆位置。在参考点以前，是不能保证位置的准确性的。为此，在工控中就有每次操作先找参考点，开机找零等方法。

这样的方法对有些工控项目比较麻烦，甚至不允许开机找零（开机后就要知道准确位置），于是就有了绝对编码器的出现。

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。

从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。

绝对值编码器长度测量的应用

一．绝对值旋转编码器的机械安装：

绝对值旋转编码器的机械安装有高速端安装、低速端安装、辅助机械装置安装等多种形式。

高速端安装：安装于动力马达转轴端（或齿轮连接），此方法优点是分辨率高，由于多圈编码器有４０９６圈，马达转动圈数在此量程范围内，可充分用足量程而提高分辨率，缺点是运动物体通过减速齿轮后，来回程有齿轮间隙误差，一般用于单向控制定位。另外编码器直接安装于高速端，马达抖动须较小，不然易损坏编码器。

2．低速端安装：

安装于减速齿轮后，如卷扬钢丝绳卷筒的轴端或最后一节减速齿轮轴端，此方法已无齿轮来回程间隙，测量较直接，精度较高。

另外，GPMV0814机械转数为90圈，用此方法较合理，如果卷筒转数超过90圈，可用1：3或1：4齿轮组调整至转数测量范围内。

3．辅助机械安装，收绳机械安装：

钢丝绳弹簧收紧器原理图1．收拉钢丝绳2．测量盘

3．收紧弹簧轮1 4．收紧弹簧轮2 5．专用弹簧6．弹性联轴器7．编码器

用钢丝绳收绳器测量

油缸行程示意图

收绳机械有弹簧自收绳位移传感器――柔性钢丝绳连接运动物体，钢丝绳盘紧在一个测量轮上，依靠恒力弹簧回收钢丝绳。编码器连接于盘紧测量轮轴端，测量钢丝绳来回运动的旋转角度。

重锤重力收绳：

重锤浮子水位测量示意图1编码器

2联轴器

3测量轮

4重锤收紧轮

5钢丝绳

6浮子测量轮与恒力弹簧弹簧型相似，只是钢丝绳的回收力是依靠另一个同轴的盘紧轮挂重锤来回收。

用收绳位移测量的优点是柔性连接，测量直接而精度高，对运动物体的环境如震动、粉尘、高温水气的场合都能适用。

机械丝杠、摩擦轮、小车轮轴中心、齿轮齿条连接

在机械丝杠转轴中心

安装编码器，丝杠前

进1个螺距，编码器

旋转一周。

通过带摩擦阻力的摩擦转轮，与相对运

动物体摩擦转动，测量运动距离。

注意：摩擦轮需始终紧靠测量物，且无

跳动、打滑。（实际使用中，某些场合

有难度）

通过轨道小车的转轮中心，安装旋转编

码器，测量小车行进。

小车与轨道之间不可有打滑

运动物连接齿条，带动装有齿轮的编码

器，测量运动物体移动距离

为保证连紧密抗震，经常有弹簧基座。二．绝对值编码器的信号输出

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。

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

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,SSI标准的信号当不传送信号时,时钟

和数据位均是高位,在时钟信号的第一个下

降沿,编码器的当前值开始贮存,从时钟信号上升沿开始,经T2延迟时间后，编码器数据信号开始传送.t3为恢复信号,等待下次传送。T=0.9—11us 每个脉冲周期n为编码器总位数t1>0.45us 每个脉冲半周期

t2≤0.4us 数据输出延迟时间

t3=12—35us 数据恢复（熄灭）时间

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。