工業(yè)自動(dòng)化中使用的不同類型電機(jī)編碼器的工作原理

什么是電機(jī)編碼器？

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



電機(jī)編碼器在幾個(gè)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(jī)器和3D打印機(jī)精確地創(chuàng)建零件，而旋轉(zhuǎn)編碼器使機(jī)械臂能夠用于制造。它們發(fā)送的信號(hào)用于在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候激活控制器或PLC的不同輸出。

電機(jī)編碼器是如何工作的？

編碼器通過(guò)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(lái)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(jī)制：電阻、機(jī)械、磁和光學(xué)，其中光學(xué)編碼器是制造業(yè)中最常見(jiàn)的。光學(xué)編碼器包含至少一個(gè)光學(xué)發(fā)射器和一個(gè)光學(xué)接收器，用于將物理運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，以便由控制器進(jìn)行處理。無(wú)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(jìn)入接收單元。線性編碼器使用傳感器沿路徑長(zhǎng)度檢測(cè)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(hào)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(dòng)，光束逐漸散開(kāi)。每當(dāng)接收單元檢測(cè)到來(lái)自發(fā)射單元的光時(shí)，它就會(huì)向控制器發(fā)送電信號(hào)。根據(jù)應(yīng)用程序的不同，有不同的磁盤或磁道配置來(lái)阻擋/接收光線。這些包括絕對(duì)位置編碼器和增量編碼器。

絕對(duì)值和增量編碼器：有什么區(qū)別？

絕對(duì)編碼器使用多個(gè)光傳感器向控制器發(fā)送二進(jìn)制代碼。它們具有與光發(fā)射機(jī)/接收機(jī)對(duì)相對(duì)應(yīng)的不同插槽。對(duì)于單圈絕對(duì)編碼器，這些插槽生成一個(gè)二進(jìn)制代碼，指示電機(jī)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(gè)減速齒輪和兩個(gè)編碼器盤來(lái)實(shí)現(xiàn)更大范圍的已知位置。絕對(duì)編碼器更適用于斷電后需要位置數(shù)據(jù)的情況，最常見(jiàn)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(kāi)始的脈沖計(jì)數(shù)，因此，如果系統(tǒng)因任何原因斷電，必須有一個(gè)已知的位置來(lái)重新開(kāi)始計(jì)數(shù)。



如果只需要發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，可以向控制器發(fā)送模擬信號(hào)，使其能夠在有用的應(yīng)用中處理這些數(shù)據(jù)。當(dāng)過(guò)程需要位置數(shù)據(jù)時(shí)，編碼器可以向控制器發(fā)送電脈沖，以解碼電機(jī)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(hào)。PLC可以對(duì)這些脈沖信號(hào)進(jìn)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(dòng)定位器的應(yīng)用，如3D打印機(jī)或CNC機(jī)器。它們非常適用于需要向控制器準(zhǔn)確、高速傳輸數(shù)據(jù)的過(guò)程。一些線性編碼器，如果不是絕對(duì)編碼器，則需要一個(gè)參考位置，以便在電源故障或PLC/控制重啟后重新定位。

絕對(duì)編碼器使用二進(jìn)制值表示位置，增量編碼器只能發(fā)送控制器啟動(dòng)后計(jì)數(shù)的脈沖。當(dāng)重新啟動(dòng)位置數(shù)據(jù)時(shí)，限位開(kāi)關(guān)或傳感器可用于提供參考點(diǎn)。

基于絕對(duì)碼的線性編碼器可以在不移動(dòng)或有參考點(diǎn)的情況下找到它們的位置。他們使用來(lái)自多個(gè)刻度的二進(jìn)制代碼來(lái)確定位置。這為應(yīng)用程序過(guò)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(jī)軸上的圓形刻度組成。當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，讀取電子秤圖案的光傳感器向PLC發(fā)送脈沖計(jì)數(shù)或二進(jìn)制代碼。旋轉(zhuǎn)編碼器在需要電機(jī)速度的應(yīng)用中很有用，或者在除了電機(jī)旋轉(zhuǎn)以外很難測(cè)量距離的應(yīng)用中也很有用，例如B.在機(jī)器人臂中使用伺服電機(jī)。需要電機(jī)速度控制的應(yīng)用程序使用增量編碼器，產(chǎn)生脈沖計(jì)數(shù)來(lái)測(cè)量電機(jī)速度。

編碼器刻度上有一定數(shù)量的插槽，PLC在電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)計(jì)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(gè)例子是在傳送帶電機(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。它們?cè)诰确浅Ｖ匾膽?yīng)用中也很有用，因?yàn)樗鼈儽冉^對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器提供更精確的數(shù)據(jù)。雖然更準(zhǔn)確，但它們?cè)诓灰苿?dòng)的情況下無(wú)法讀取位置，并且在與PLC失去通信后可能需要一個(gè)參考位置。

絕對(duì)編碼器也可用于旋轉(zhuǎn)電機(jī)編碼器。當(dāng)需要角度數(shù)據(jù)時(shí)，這些更適用。與需要移動(dòng)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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