工業(yè)自動化中使用的不同類型電機編碼器的工作原理

什么是電機編碼器？

電機編碼器是為自動控制系統(tǒng)或包含需要位置數(shù)據(jù)的電機的機器記錄位置數(shù)據(jù)的設(shè)備。從機械臂到3D打印機，它們無處不在。編碼器在使自動機器正常工作方面起著關(guān)鍵作用。它們可以精確測量系統(tǒng)中的運動部件。



電機編碼器在幾個方面都是有益的，例如，線性編碼器通常用于鐵路應(yīng)用中，允許CNC機器和3D打印機精確地創(chuàng)建零件，而旋轉(zhuǎn)編碼器使機械臂能夠用于制造。它們發(fā)送的信號用于在適當(dāng)?shù)臅r候激活控制器或PLC的不同輸出。

電機編碼器是如何工作的？

編碼器通過向基于上述兩種不同系統(tǒng)（旋轉(zhuǎn)或線性）之一的控制器提供電氣信息來工作。編碼器中也有多種將物理變化轉(zhuǎn)換為電子數(shù)據(jù)的機制：電阻、機械、磁和光學(xué)，其中光學(xué)編碼器是制造業(yè)中最常見的。光學(xué)編碼器包含至少一個光學(xué)發(fā)射器和一個光學(xué)接收器，用于將物理運動轉(zhuǎn)換為電信號，以便由控制器進行處理。無論采用何種轉(zhuǎn)換方法，編碼器始終是線性或旋轉(zhuǎn)編碼器。



光學(xué)編碼器都使用從固體表面切出的旋轉(zhuǎn)和線性“窗口”，只允許增量光進入接收單元。線性編碼器使用傳感器沿路徑長度檢測條紋中的不同圖案，而旋轉(zhuǎn)編碼器由帶有插槽的磁盤組成，這些插槽將信號發(fā)送回控制系統(tǒng)。

在光學(xué)系統(tǒng)中，發(fā)射單元發(fā)射恒定的光束，隨著系統(tǒng)的移動，光束逐漸散開。每當(dāng)接收單元檢測到來自發(fā)射單元的光時，它就會向控制器發(fā)送電信號。根據(jù)應(yīng)用程序的不同，有不同的磁盤或磁道配置來阻擋/接收光線。這些包括絕對位置編碼器和增量編碼器。

絕對值和增量編碼器：有什么區(qū)別？

絕對編碼器使用多個光傳感器向控制器發(fā)送二進制代碼。它們具有與光發(fā)射機/接收機對相對應(yīng)的不同插槽。對于單圈絕對編碼器，這些插槽生成一個二進制代碼，指示電機在一圈內(nèi)的角度位置。

在需要更高精度和范圍的應(yīng)用中，多圈編碼器使用一個減速齒輪和兩個編碼器盤來實現(xiàn)更大范圍的已知位置。絕對編碼器更適用于斷電后需要位置數(shù)據(jù)的情況，最常見的情況是在安全電路中。增量編碼器具有均勻間隔的插槽，用于向控制器發(fā)送脈沖。這些編碼器基于從零位開始的脈沖計數(shù)，因此，如果系統(tǒng)因任何原因斷電，必須有一個已知的位置來重新開始計數(shù)。



如果只需要發(fā)動機轉(zhuǎn)速，可以向控制器發(fā)送模擬信號，使其能夠在有用的應(yīng)用中處理這些數(shù)據(jù)。當(dāng)過程需要位置數(shù)據(jù)時，編碼器可以向控制器發(fā)送電脈沖，以解碼電機在其有限范圍內(nèi)的位置。

線性編碼器在哪里使用？

線性編碼器使用傳感器或秤上的“切口”向控制器發(fā)送電脈沖信號。PLC可以對這些脈沖信號進行解碼，并將其轉(zhuǎn)換為設(shè)備要遵循的指令。

線性編碼器更適合滑動定位器的應(yīng)用，如3D打印機或CNC機器。它們非常適用于需要向控制器準確、高速傳輸數(shù)據(jù)的過程。一些線性編碼器，如果不是絕對編碼器，則需要一個參考位置，以便在電源故障或PLC/控制重啟后重新定位。

絕對編碼器使用二進制值表示位置，增量編碼器只能發(fā)送控制器啟動后計數(shù)的脈沖。當(dāng)重新啟動位置數(shù)據(jù)時，限位開關(guān)或傳感器可用于提供參考點。

基于絕對碼的線性編碼器可以在不移動或有參考點的情況下找到它們的位置。他們使用來自多個刻度的二進制代碼來確定位置。這為應(yīng)用程序過程提供了更大的靈活性，并在重啟后安全性受到威脅的領(lǐng)域提供了更多可能性。

旋轉(zhuǎn)編碼器的使用

旋轉(zhuǎn)編碼器由固定在電機軸上的圓形刻度組成。當(dāng)電機旋轉(zhuǎn)時，讀取電子秤圖案的光傳感器向PLC發(fā)送脈沖計數(shù)或二進制代碼。旋轉(zhuǎn)編碼器在需要電機速度的應(yīng)用中很有用，或者在除了電機旋轉(zhuǎn)以外很難測量距離的應(yīng)用中也很有用，例如B.在機器人臂中使用伺服電機。需要電機速度控制的應(yīng)用程序使用增量編碼器，產(chǎn)生脈沖計數(shù)來測量電機速度。

編碼器刻度上有一定數(shù)量的插槽，PLC在電機旋轉(zhuǎn)時計算插槽數(shù)量。然后可以將其轉(zhuǎn)換為速度。這可能有用的一個例子是在傳送帶電機中。某些參數(shù)可能需要不同的皮帶速度，PLC可以根據(jù)電機的轉(zhuǎn)速進行相應(yīng)調(diào)整。它們在精度非常重要的應(yīng)用中也很有用，因為它們比絕對旋轉(zhuǎn)編碼器提供更精確的數(shù)據(jù)。雖然更準確，但它們在不移動的情況下無法讀取位置，并且在與PLC失去通信后可能需要一個參考位置。

絕對編碼器也可用于旋轉(zhuǎn)電機編碼器。當(dāng)需要角度數(shù)據(jù)時，這些更適用。與需要移動以傳輸數(shù)據(jù)的增量旋轉(zhuǎn)控制不同，它們還能夠在編碼器和控制器之間發(fā)生通信或電源故障后恢復(fù)位置。

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