光电旋转编码器在工业控制中的应用

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1、光电旋转编码器在工业控制中的应用摘要：光电旋转编码器广泛用于各种高精度速度、位移测量场合。本文从技术角度回顾光电旋转编码器的发展历程，并介绍在工业控制中的应用。关键词：光电旋转编码器工业控制应用Abstract:PhotoelectricRevolvingEncoderaregenerallyusedinhighprecisionmeasurementsuchasvelocityanddisplacement.ThedevelopmentcourseofPhotoelectricRevolvingEncoderisreviewedinthispaper.Itsappl

2、icationinindustrialcontrolisalsodescribed.Keyword:PhotoelectricRevolvingEncoderindustrialcontrolapplication1．概述在工业控制领域，编码器以其高精度、高分辨率和高可靠性而被广泛用于各种位移测量。目前，应用最广泛的是利用光电转换原理构成的非接触式光电编码器。光电编码器是一种集光、机、电为一体的数字检测装置。作为一次光电传感检测元件的光电编码器，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。图图l所示为

3、旋转编码器的基本原理：主轴与两块圆光栅盘相连，光射入并通过该光栅时，分别用两个光栅面感光。由于两个感光面具有90度的相位差。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。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。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，其中绝对值式又分为单圈和多圈两种。2．发展历程2．1从接近开关与光电开关到旋转编码器工业控制中的定位，接近开关、光电开关的应用已经相当成熟了，而且很好用。可是，随着工业控制的不断发展，对精确定位的要求越来越高，选用旋转编码器的应用优点就更加突出了。信息化：除了

4、定位，控制室还知道被控器件的具体位置。柔性化：定位可以在控制室柔性调整。现场安装的方便、安全和长寿：拳头大小的一个旋转编码器，可以测量从几个微米到几百米的距离，n个工位。只要解决旋转编码器的安全安装问题，就可以避免诸多接近开关、光电开关在现场机械安装麻烦以及容易被撞坏和遭高温、水气困扰等问题。由于是光电码盘，无机械损耗，只要安装位置准确，其使用寿命往往很长。多功能化：除了定位，还可以远传当前位置，换算运动速度，对于变频器、步进电机等的应用尤为重要。经济化：对于多个控制工位，只需一个旋转编码器的成本，安装、维护、损耗成本降低，使用寿命增长，其经济化逐渐突显出来。2．2从

5、增量式编码器到绝对式编码器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。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，在工业控制中就有每次操作先找参考点，开机找零等方法。比如，打印机扫描仪的定位就是用的增量式编码器原理，每次开机

6、，都能听到噼哩啪啦的一阵响，它在找参考零点，然后才工作。这样的方法对有些工业控制项目比较麻烦，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

7、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。2．3从单圈绝对式编码器到多圈绝对式编码器旋转单圈绝对式编码器，以转动中测量光码盘各道刻线，以获取唯一的编码，当转动超过360°时，编码又回到原点，这样就不符合绝对编码唯一的原则，这样的编码器只能用于旋转范围360°以内的测量，称为单圈绝对式编码器。如果要测量旋转超过360°范围，就要用到多圈绝对式编码器。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)