化工儀器網(wǎng)
技術(shù)文章
編碼器的定位功能,，用PLC控制如何實(shí)現(xiàn)？
閱讀：1072 發(fā)布時(shí)間：2023-3-10嚴(yán)格來講,，編碼器只會(huì)告訴你改如何定位,，要如何執(zhí)行,，是需要靠數(shù)控系統(tǒng)（或者PLC之類控制器）控制伺服或者步進(jìn)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)定位的，編碼器好比人的眼睛,，知道電機(jī)軸或者負(fù)載處于當(dāng)前某個(gè)位置,，工業(yè)上用的一般是光電類型編碼器，下邊簡(jiǎn)單說明一下
光電編碼器是在一個(gè)很薄很輕的圓盤子上,，通過緊密儀器來腐蝕雕刻了很多條細(xì)小的縫,，相當(dāng)于把一個(gè)360度，細(xì)分成很多等分,，比如成1024組,，這樣每組之間的角度差是360/1024度=0.3515625度。
然后有個(gè)精密的發(fā)光源,，安裝在碼盤的一面,，碼盤的另外一面，會(huì)有個(gè)接收器之類的,，使用了光敏電阻這些元件加放大和整形電路組成,，這樣碼盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)候，有縫隙的地方會(huì)透光過去,，接收器會(huì)瞬間收到光脈沖,，經(jīng)過電路處理后，輸出一個(gè)電脈沖信號(hào),，這樣碼盤旋轉(zhuǎn)了一周,，會(huì)對(duì)應(yīng)輸出1024個(gè)脈沖，第一個(gè)脈沖位置如果是0,，第二個(gè)脈沖位置就是0.3515625°,，第三個(gè)脈沖位置是0.3515625°*2，以此類推,，這樣只要有儀器能讀到脈沖個(gè)數(shù),，就可以知道碼盤對(duì)應(yīng)在什么位置了,，如果把編碼器安裝到電機(jī)的軸上，電機(jī)軸和碼盤是剛性連接,，兩者的位置關(guān)系會(huì)一一對(duì)應(yīng),，通過讀編碼器脈沖，就可以知道電機(jī)的軸位置,。
而電機(jī)軸,，比如會(huì)通過同步帶，齒輪,，鏈條等帶動(dòng)一些負(fù)載,，比如控制絲桿，這樣會(huì)有個(gè)所謂電子齒輪比的關(guān)系,，電機(jī)轉(zhuǎn)一圈,，絲桿會(huì)前進(jìn)多少毫米，這樣讀到了對(duì)應(yīng)編碼器上輸出多少給脈沖,，通過脈沖數(shù)就可以反推出當(dāng)前絲桿的位置,。
但是編碼器是圓的，如果無限制旋轉(zhuǎn)下去,，角度會(huì)無窮大,，所以設(shè)計(jì)了一種增量型的編碼器，轉(zhuǎn)一圈,，會(huì)輸出三組信號(hào)ABZ,，其中AB是一樣的脈沖，比如上邊說的一圈有1024個(gè)脈沖,，AB相脈沖對(duì)應(yīng)一圈內(nèi)的圓周角度,，而且兩種脈沖是處于正交狀態(tài)的，如果是正反轉(zhuǎn),，通過判斷AB相脈沖的上升沿和下降沿的先后順序,，就可以知道編碼器當(dāng)前是順時(shí)針還是逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的，
另外有個(gè)Z相脈沖,，是因?yàn)閳A周雖然會(huì)不停轉(zhuǎn)下去,，角度會(huì)，但是都是一周一周的重復(fù)而已,，零相脈沖固定在圓周某個(gè)位置,，編碼器每轉(zhuǎn)一圈，只輸出一個(gè)零相脈沖,，這樣如果以Z相脈沖為基準(zhǔn)點(diǎn),，這樣每次讀到這個(gè)脈沖時(shí)候，系統(tǒng)就清零一次，就可以讓角度最大值控制在360°以內(nèi),，相當(dāng)于一個(gè)零基準(zhǔn)點(diǎn)了,。這樣即使系統(tǒng)斷掉了，重新上電,，只要能找到這個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn),，就可以知道絲桿的初始位置在什么地方了。
以上這種定位叫增量坐標(biāo)系,，所以編碼器就是增量型編碼器,，應(yīng)用比較廣泛，因?yàn)殪`活而且價(jià)格便宜,。
如果只設(shè)備只需要轉(zhuǎn)一圈的,，也就是角度在360°內(nèi)的，編碼器可以細(xì)分精密一點(diǎn),，比如有13位,，相當(dāng)于2^13次方個(gè)脈沖一圈，對(duì)應(yīng)著360°,，這種脈沖數(shù)和角度一一對(duì)應(yīng),，不怕系統(tǒng)斷電需要重新調(diào)整零位，這種編碼器叫單圈絕對(duì)值編碼器,。如果負(fù)載需要轉(zhuǎn)多圈的，但是這個(gè)圈數(shù)也不能非常多,，比如5圈,，相當(dāng)于5*360°=1800°，這樣脈沖和1800°一一對(duì)應(yīng),，這些在一些高檔的數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用比較多,，可以知道絲桿或者一些旋轉(zhuǎn)工作的當(dāng)前精密位置，而且不用擔(dān)心系統(tǒng)斷電歸零問題,。
此外,，編碼器還有磁電方式的，比如在碼盤上加工了很多個(gè)南北間隔的小磁鐵,，通過霍爾去讀小磁鐵信號(hào),，輸出信號(hào)，同樣經(jīng)過放大和整形變成了電脈沖,，這點(diǎn)和光電編碼器是類似的,，而且價(jià)格會(huì)便宜點(diǎn)，可靠性會(huì)高,，但是精度就比光電要差點(diǎn),。
PLC能輸入開關(guān)量，也就是一高一低的電平電壓，而編碼器脈沖信號(hào),，可以理解一定時(shí)間內(nèi),，用極快的速度完成的一組開關(guān)量。但是因?yàn)檫@種開關(guān)量的頻率太高了,，所以PLC的普通I/O口是無法準(zhǔn)確讀到這些脈沖的個(gè)數(shù)的,，因?yàn)镻LC工作過程中存在掃描周期，需要每個(gè)一段時(shí)間才去刷新一下普通I/O口的數(shù)據(jù),，而編碼器的精度太高了,，單位時(shí)間內(nèi)輸出的脈沖個(gè)數(shù)太多，普通I/O是無法勝任的,。
一般PLC會(huì)設(shè)計(jì)有高速計(jì)數(shù)端口,，本質(zhì)是利用了底層單片機(jī)的硬件邏輯來完成這些編碼器計(jì)數(shù)的，避開了掃描周期問題,，PLC都設(shè)計(jì)有專門的高速計(jì)數(shù)指令,，使用的時(shí)候，直接調(diào)用這些指令就可以讀到當(dāng)前的脈沖值了,。
但是脈沖的計(jì)算和輸出上,，由于掃描周期存在，往往也會(huì)存在著滯后影響,，如果用來控制一些執(zhí)行機(jī)構(gòu),，比如氣缸來動(dòng)作裁切動(dòng)作，這樣要考慮提前量的補(bǔ)償問題,。
提醒一下,，如果想用PLC來控制伺服或者步進(jìn)系統(tǒng)，往往并不需要通過編碼器反饋來判斷位置,，通過一些PLS指令之類的來發(fā)出位置脈沖給伺服驅(qū)動(dòng)器,，位置環(huán)在伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部構(gòu)成就好，而PLC這邊只是一個(gè)指令機(jī)構(gòu),，并沒有構(gòu)成位置閉環(huán),，當(dāng)然如果是專門定位模塊控制，使用了NC之類的控制方式,，是可以在里邊構(gòu)建位置閉環(huán)的,。