為什么選擇使用絕對(duì)值編碼器？

我們知道旋轉(zhuǎn)編碼器分為增量編碼器和絕對(duì)值編碼器。一般來(lái)說(shuō)，絕對(duì)值編碼器比增量編碼器昂貴得多；絕對(duì)值編碼器分為單圈和多圈兩種。其中，多匝式也比單匝式昂貴得多。


那么使用絕對(duì)值編碼器，尤其是選擇多圈絕對(duì)值編碼器的意義在哪里呢？

先來(lái)簡(jiǎn)單回顧下有關(guān)這幾種編碼器的一些基本概念。


根據(jù)之前「編碼器的定義、用途和分類(lèi)」一文所述，增量型與絕對(duì)值型編碼器的主要區(qū)別在于：

增量型編碼器是在機(jī)械軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，每旋轉(zhuǎn)經(jīng)過(guò)一個(gè)固定的角度間隔，交替輸出一組脈沖編碼；

絕對(duì)值型編碼器則始終是基于機(jī)械軸當(dāng)前所在的角度，持續(xù)輸出其旋轉(zhuǎn)位置編碼。


而單圈與多圈絕對(duì)值編碼器的區(qū)別，僅僅是在角度位置編碼輸出量程上的不同而已，前者的量程只有一圈，而后者可以做到多圈旋轉(zhuǎn)位置測(cè)量。

不過(guò)，這并不意味著在位置測(cè)量應(yīng)用中就一定要使用絕對(duì)值編碼器，也不是說(shuō)在進(jìn)行長(zhǎng)距離位置檢測(cè)時(shí)就必須使用多圈絕對(duì)值編碼器。


事實(shí)上，對(duì)于很多傳動(dòng)和運(yùn)控設(shè)備應(yīng)用來(lái)說(shuō)，即使是使用增量型編碼器或者單圈絕對(duì)值編碼器，也一樣是可以實(shí)現(xiàn)所謂的多圈位置檢測(cè)和記錄功能的。

這里就非常有必要先來(lái)討論一下編碼器的測(cè)量應(yīng)用場(chǎng)景了。


運(yùn)控和傳動(dòng)設(shè)備中的定位測(cè)量應(yīng)用，基本上可以分為距離測(cè)量和位置測(cè)量?jī)煞N類(lèi)型。

對(duì)于距離測(cè)量應(yīng)用，從技術(shù)角度看，選用增量型和絕對(duì)型編碼器都是可以實(shí)現(xiàn)的，絕對(duì)值編碼器的優(yōu)勢(shì)更多是體現(xiàn)在精度性能等方面，而增量型編碼器則顯得更加經(jīng)濟(jì)、實(shí)用。


如上圖所示，若沒(méi)有特殊要求，在測(cè)量物料進(jìn)給距離時(shí)，就沒(méi)有必要采用絕對(duì)值反饋，充其量為了提升測(cè)量精度，可以使用單圈絕對(duì)值編碼器。


而如果要實(shí)現(xiàn)對(duì)物體（如上圖中的 AXIS 0 切刀）的位置測(cè)量，就非常有必要考慮使用多圈絕對(duì)值型編碼器了，因?yàn)檫@將涉及到反饋編碼唯一性的問(wèn)題。

反饋編碼的唯一性，指的是編碼器在一個(gè)特定的旋轉(zhuǎn)周期范圍內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)重復(fù)的信號(hào)輸出，每個(gè)角度的位置編碼都是獨(dú)一無(wú)二的。


增量型編碼器在旋轉(zhuǎn)時(shí)總是在重復(fù)著相同的脈沖編碼（例如：正交 A/B 相增量型編碼器的輸出，永遠(yuǎn)都是 A/B 相 0/1 的編碼），所以其信號(hào)輸出是不具備唯一性的，


單圈絕對(duì)值編碼器，可以在機(jī)械軸旋轉(zhuǎn)一圈范圍內(nèi)，做到位置信號(hào)輸出的唯一性；


而多圈絕對(duì)值編碼器則可以實(shí)現(xiàn)在其多圈旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)不出現(xiàn)重復(fù)的位置信號(hào)輸出。

無(wú)論是哪種絕對(duì)值編碼器，只要測(cè)量行程超出其圈數(shù)范圍，就一定會(huì)在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，以量程圈數(shù)為周期不斷輸出重復(fù)的位置編碼。


因此，盡管都能夠完成長(zhǎng)距離位置測(cè)量任務(wù)，但在選用不同類(lèi)型編碼器時(shí)，設(shè)備應(yīng)用體驗(yàn)卻大不相同。


使用增量型編碼器或者單圈絕對(duì)值編碼器，的確可以實(shí)現(xiàn)多圈位置檢測(cè)和記錄功能，但卻是需要依賴(lài)于設(shè)備系統(tǒng)的正常運(yùn)行才能夠順利完成的：

在使用增量型編碼器進(jìn)行位置測(cè)量時(shí)，需要設(shè)備的信號(hào)輸入系統(tǒng)，基于編碼器側(cè)反饋的連續(xù)重復(fù)脈沖，進(jìn)行位置計(jì)數(shù)；

當(dāng)使用單圈絕對(duì)值型編碼器處理多圈位置應(yīng)用時(shí)，同樣需要設(shè)備系統(tǒng)，在獲取反饋位置編碼的同時(shí)，對(duì)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)進(jìn)行累加計(jì)算；


這樣一來(lái)，設(shè)備運(yùn)行時(shí)各種可能發(fā)生的意外狀況，如：控制程序運(yùn)行異常、系統(tǒng)與編碼器之間電氣連接的斷開(kāi)、設(shè)備故障或斷電停機(jī)、信號(hào)線路干擾 ... 等，都將造成檢測(cè)運(yùn)算中位置計(jì)數(shù)和圈數(shù)累加的錯(cuò)誤或清零，從而相當(dāng)于中斷了位置測(cè)量的進(jìn)程。


因此，一旦出現(xiàn)上述這些情況，就必須在系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)，對(duì)編碼器所在的位置軸，進(jìn)行原點(diǎn)校準(zhǔn)的初始化操作，這無(wú)疑延長(zhǎng)了設(shè)備的停機(jī)時(shí)間。


而如果使用絕對(duì)值編碼器（包括單圈 / 多圈）進(jìn)行位置測(cè)量，只要其目標(biāo)量程（即測(cè)量行程）在編碼器圈數(shù)范圍內(nèi)，設(shè)備系統(tǒng)就可以無(wú)需進(jìn)行任何位置計(jì)數(shù)和圈數(shù)累加方面的算法處理，直接引用編碼器輸出的反饋數(shù)據(jù)。


換句話說(shuō)，位置測(cè)量將僅取決于編碼器的反饋輸出，而與電氣控制系統(tǒng)無(wú)關(guān)，無(wú)論出現(xiàn)上述哪種電氣系統(tǒng)方面的意外故障，都不會(huì)因中斷檢測(cè)運(yùn)算進(jìn)程，而影響最終位置測(cè)量結(jié)果。這將幫助用戶省去設(shè)備恢復(fù)運(yùn)行時(shí)那些復(fù)雜的原點(diǎn)校準(zhǔn)初始化操作，從而縮短設(shè)備的停機(jī)時(shí)間，提升產(chǎn)線的總體運(yùn)營(yíng)效率。

這種獨(dú)立、穩(wěn)定的位置檢測(cè)性能，其實(shí)就是使用（多圈）絕對(duì)值編碼器的意義和價(jià)值所在。


使用多圈絕對(duì)值編碼器，能夠避免因設(shè)備系統(tǒng)電氣原因（如斷電、信號(hào)開(kāi)路...）而造成的位置測(cè)量進(jìn)程的中斷，但如果編碼器與目標(biāo)測(cè)量部件之間的機(jī)械連接發(fā)生了改變，同樣還是需要在設(shè)備安裝完成時(shí)或機(jī)械系統(tǒng)恢復(fù)正常連接后，進(jìn)行必要的原點(diǎn)校準(zhǔn)初始化操作的。


有人可能會(huì)說(shuō)，一支多圈絕對(duì)值編碼器的價(jià)格太昂貴了，是普通增量型編碼器的好多倍。

可是話說(shuō)回來(lái)，這所謂的“昂貴”，其實(shí)也就是多出了幾千塊的成本而已，并且還是一次性投入。而每次產(chǎn)線停機(jī)恢復(fù)過(guò)程中，因原點(diǎn)校準(zhǔn)初始化操作而損失的設(shè)備產(chǎn)能，怎么也得以萬(wàn)（甚至十萬(wàn)）為單位計(jì)算了吧，而且，這可是要長(zhǎng)期逐次累積的喲。

如此看來(lái)，在（多圈）絕對(duì)值編碼器上的投資回報(bào)應(yīng)該還是不錯(cuò)的吧......

編碼器有很多方法來(lái)實(shí)現(xiàn)絕對(duì)值位置反饋，最顯著的是多圈絕對(duì)值位置反饋。在后面的程序中，我們將繼續(xù)與您討論幾種不同類(lèi)型的絕對(duì)值編碼器之間的應(yīng)用差異。