西門子PLC卡件6ES7315-7TJ10-0AB0

編碼器是傳感器的一種,，主要用來檢測(cè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的速度、位置,、角度,、距離和計(jì)數(shù)等，許多馬達(dá)控制均需配備編碼器以供馬達(dá)控制器作為換相,、速度及位置的檢出等,，應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛,。按照不同的分類方法，編碼器可以分為以下幾種類型：

　　? 根據(jù)檢測(cè)原理,，可分為光學(xué)式,、磁電式、感應(yīng)式和電容式,。

　　? 根據(jù)輸出信號(hào)形式,，可以分為模擬量編碼器、數(shù)字量編碼器,。

　　? 根據(jù)編碼器方式,，分為增量式編碼器、式編碼器和混合式編碼器,。

　　光電編碼器是集光,、機(jī)、電技術(shù)于一體的數(shù)字化傳感器,，主要利用光柵衍射的原理來實(shí)現(xiàn)位移——數(shù)字變換,，通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。典型的光電編碼器由碼盤,、檢測(cè)光柵,、光電轉(zhuǎn)換電路（包括光源、光敏器件,、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路）,、機(jī)械部件等組成。光電編碼器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,、精度高,、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于精密定位,、速度,、長(zhǎng)度、加速度,、振動(dòng)等方面,。

　　這里我們主要介紹SIMATIC S7系列高速計(jì)數(shù)產(chǎn)品普遍支持的增量式編碼器和式編碼器。

　　1.2增量式編碼器

　　增量式編碼器提供了一種對(duì)連續(xù)位移量離散化,、增量化以及位移變化（速度）的傳感方法,。增量式編碼器的特點(diǎn)是每產(chǎn)生一個(gè)輸出脈沖信號(hào)就對(duì)應(yīng)于一個(gè)增量位移,，它能夠產(chǎn)生與位移增量等值的脈沖信號(hào),。增量式編碼器測(cè)量的是相對(duì)于某個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的相對(duì)位置增量，而不能夠直接檢測(cè)出位置信息,。

　　如圖1-1 所示,，增量式編碼器主要由光源,、碼盤、檢測(cè)光柵,、光電檢測(cè)器件和轉(zhuǎn)換電路組成,。在碼盤上刻有節(jié)距相等的輻射狀透光縫隙，相鄰兩個(gè)透光縫隙之間代表一個(gè)增量周期,。檢測(cè)光柵上刻有A,、B 兩組與碼盤相對(duì)應(yīng)的透光縫隙，用以通過或阻擋光源和光電檢測(cè)器件之間的光線,，它們的節(jié)距和碼盤上的節(jié)距相等,，并且兩組透光縫隙錯(cuò)開1/4 節(jié)距，使得光電檢測(cè)器件輸出的信號(hào)在相位上相差 90°,。當(dāng)碼盤隨著被測(cè)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),，檢測(cè)光柵不動(dòng)，光線透過碼盤和檢測(cè)光柵上的透過縫隙照射到光電檢測(cè)器件上,，光電檢測(cè)器件就輸出兩組相位相差 90°的近似于正弦波的電信號(hào),，電信號(hào)經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路的信號(hào)處理，就可以得到被測(cè)軸的轉(zhuǎn)角或速度信息,。

　　圖1-1 增量式編碼器原理圖

　　一般來說,，增量式光電編碼器輸出 A、B 兩相相位差為 90°的脈沖信號(hào)（即所謂的兩相正交輸出信號(hào)）,，根據(jù)A,、B 兩相的先后位置關(guān)系，可以方便地判斷出編碼器的旋轉(zhuǎn)方向,。另外,，碼盤一般還提供用作參考零位的 N 相標(biāo)志（指示）脈沖信號(hào)，碼盤每旋轉(zhuǎn)一周,，會(huì)發(fā)出一個(gè)零位標(biāo)志信號(hào),。

　　圖1-2 增量式編碼器輸出信號(hào)

　　1.3式編碼器

　　式編碼器的原理及組成部件與增量式編碼器基本相同，與增量式編碼器不同的是,，式編碼器用不同的數(shù)碼來指示每個(gè)不同的增量位置,，它是一種直接輸出數(shù)字量的傳感器。

　　圖1-3式編碼器原理圖西門子PLC卡件6ES7315-7TJ10-0AB0

　　如圖1-3所示,，式編碼器的圓形碼盤上沿徑向有若干同心碼道,，每條碼道上由透光和不透光的扇形區(qū)相間組成，相鄰碼道的扇區(qū)數(shù)目是雙倍關(guān)系,，碼盤上的碼道數(shù)就是它的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù),。在碼盤的一側(cè)是光源，另一側(cè)對(duì)應(yīng)每一碼道有一光敏元件,。當(dāng)碼盤處于不同位置時(shí),，各光敏元件根據(jù)受光照與否轉(zhuǎn)換出相應(yīng)的電平信號(hào),，形成二進(jìn)制數(shù)。顯然,，碼道越多,，分辨率就越高，對(duì)于一個(gè)具有 n 位二進(jìn)制分辨率的編碼器,，其碼盤必須有 n 條碼道,。

　　根據(jù)編碼方式的不同，式編碼器的兩種類型碼盤（二進(jìn)制碼盤和格雷碼碼盤）,，如圖1-4 所示,。

　　圖1-4 式編碼器碼盤

　　式編碼器的特點(diǎn)是不需要計(jì)數(shù)器，在轉(zhuǎn)軸的任意位置都可讀出一個(gè)固定的與位置相對(duì)應(yīng)的數(shù)字碼,，即直接讀出角度坐標(biāo)的值,。另外，相對(duì)于增量式編碼器,，式編碼器不存在累積誤差,，并且當(dāng)電源切除后位置信息也不會(huì)丟失。

　　2 編碼器輸出信號(hào)類型

　　一般情況下,，從編碼器的光電檢測(cè)器件獲取的信號(hào)電平較低,，波形也不規(guī)則，不能直接用于控制,、信號(hào)處理和遠(yuǎn)距離傳輸,，所以在編碼器內(nèi)還需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、整形等處理,。經(jīng)過處理的輸出信號(hào)一般近似于正弦波或矩形波,，因?yàn)榫匦尾ㄝ敵鲂盘?hào)容易進(jìn)行數(shù)字處理，所以在控制系統(tǒng)中應(yīng)用比較廣泛,。

　　增量式光電編碼器的信號(hào)輸出有集電極開路輸出,、電壓輸出、線驅(qū)動(dòng)輸出和推挽式輸出等多種信號(hào)形式,。

　　2.1集電極開路輸出

　　集電極開路輸出是以輸出電路的晶體管發(fā)射極作為公共端,，并且集電極懸空的輸出電路。根據(jù)使用的晶體管類型不同,，可以分為NPN集電極開路輸出（也稱作漏型輸出,，當(dāng)邏輯 1 時(shí)輸出電壓為 0V，如圖2-1所示）和PNP集電極開路輸出（也稱作源型輸出,，當(dāng)邏輯 1 時(shí),，輸出電壓為電源電壓，如圖2-2所示）兩種形式。在編碼器供電電壓和信號(hào)接受裝置的電壓不一致的情況下可以使用這種類型的輸出電路,。

　　圖2-1 NPN 集電極開路輸出

　　圖2-2 PNP集電極開路輸出

　　對(duì)于PNP型的集電極開路輸出的編碼器信號(hào)，可以接入到漏型輸入的模塊中,，具體的接線原理如圖2-3所示,。

　　注意：PNP型的集電極開路輸出的編碼器信號(hào)不能直接接入源型輸入的模塊中。

　　圖2-3 PNP型輸出的接線原理

　　對(duì)于NPN型的集電極開路輸出的編碼器信號(hào),，可以接入到源型輸入的模塊中,，具體的接線原理如圖2-4所示。

　　注意：NPN型的集電極開路輸出的編碼器信號(hào)不能直接接入漏型輸入的模塊中,。

　　圖2-4 NPN型輸出的接線原理