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編碼器怎么實現(xiàn)定位功能,，用PLC控制如何設(shè)計梯形圖,？
閱讀：716 發(fā)布時間：2023-12-29嚴(yán)格來講，編碼器只會告訴你改如何定位,，要如何執(zhí)行,，是需要靠數(shù)控系統(tǒng)（或者PLC之類控制器）控制伺服或者步進電機來實現(xiàn)定位的，編碼器好比人的眼睛,，知道電機軸或者負(fù)載處于當(dāng)前某個位置,，工業(yè)上用的一般是光電類型編碼器，下邊簡單說明一下：
光電編碼器是在一個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小的縫,，相當(dāng)于把一個360度，細分成很多等分,，比如成1024組,，這樣每組之間的角度差是360/1024度=0.3515625度。
然后有個精密的發(fā)光源,，安裝在碼盤的一面,，碼盤的另外一面，會有個接收器之類的,，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)動時候，有縫隙的地方會透光過去,，接收器會瞬間收到光脈沖，經(jīng)過電路處理后,，輸出一個電脈沖信號,，這樣碼盤旋轉(zhuǎn)了一周，會對應(yīng)輸出1024個脈沖,，第一個脈沖位置如果是0,，第二個脈沖位置就是0.3515625°，第三個脈沖位置是0.3515625°*2,，以此類推,，這樣只要有儀器能讀到脈沖個數(shù)，就可以知道碼盤對應(yīng)在什么位置了,。
如果把編碼器安裝到電機的軸上,，電機軸和碼盤是剛性連接，兩者的位置關(guān)系會一一對應(yīng),，通過讀編碼器脈沖,，就可以知道電機的軸位置。
而電機軸,，比如會通過同步帶,，齒輪，鏈條等帶動一些負(fù)載,，比如控制絲桿,，這樣會有個所謂電子齒輪比的關(guān)系,，電機轉(zhuǎn)一圈，絲桿會前進多少毫米,，這樣讀到了對應(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,，角度會無窮大，所以設(shè)計了一種增量型的編碼器,，轉(zhuǎn)一圈,，會輸出三組信號ABZ，其中AB是一樣的脈沖,，比如上邊說的一圈有1024個脈沖,，AB相脈沖對應(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)前是順時針還是逆時針方向旋轉(zhuǎn)的,，
另外有個Z相脈沖,，是因為圓周雖然會不停轉(zhuǎn)下去，角度會,，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位置，編碼器每轉(zhuǎn)一圈,，只輸出一個零相脈沖,，這樣如果以Z相脈沖為基準(zhǔn)點，這樣每次讀到這個脈沖時候,，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)于一個零基準(zhǔn)點了,。這樣即使系統(tǒng)斷掉了,，重新上電，只要能找到這個基準(zhǔn)點,，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,，因為靈活而且價格便宜。
如果只設(shè)備只需要轉(zhuǎn)一圈的，也就是角度在360°內(nèi)的,，編碼器可以細分精密一點,，比如有13位，相當(dāng)于2^13次方個脈沖一圈,，對應(yīng)著360°,，這種脈沖數(shù)和角度一一對應(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值編碼器,。如果負(fù)載需要轉(zhuǎn)多圈的，但是這個圈數(shù)也不能非常多,，比如5圈,，相當(dāng)于5*360°=1800°，這樣脈沖和1800°一一對應(yīng),，這些在一些高檔的數(shù)控機床上應(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南北間隔的小磁鐵,，通過霍爾去讀小磁鐵信號,，輸出信號，同樣經(jīng)過放大和整形變成了電脈沖,，這點和光電編碼器是類似的,，而且價格會便宜點，可靠性會高,，但是精度就比光電要差點。
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，可以理解一定時間內(nèi),，用極快的速度完成的一組開關(guān)量,。但是因為這種開關(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數(shù)的,，因為PLC工作過程中存在掃描周期,，需要每個一段時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,，單位時間內(nèi)輸出的脈沖個數(shù)太多,，普通I/O是無法勝任的。
一般PLC會設(shè)計有高速計數(shù)端口，本質(zhì)是利用了底層單片機的硬件邏輯來完成這些編碼器計數(shù)的,，避開了掃描周期問題,，PLC都設(shè)計有專門的高速計數(shù)指令，使用的時候,，直接調(diào)用這些指令就可以讀到當(dāng)前的脈沖值了,。
但是脈沖的計算和輸出上，由于掃描周期存在,，往往也會存在著滯后影響,，如果用來控制一些執(zhí)行機構(gòu)，比如氣缸來動作裁切動作,，這樣要考慮提前量的補償問題,。
提醒一下，如果想用PLC來控制伺服或者步進系統(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)動器，位置環(huán)在伺服驅(qū)動器內(nèi)部構(gòu)成就好,，而PLC這邊只是一個指令機構(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。