西門子PLC卡件6ES7315-7TJ10-0AB0

編碼器是傳感器的一種，主要用來檢測機(jī)械運(yùn)動的速度、位置、角度、距離和計數(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、檢測光柵、光電轉(zhuǎn)換電路（包括光源、光敏器件、信號轉(zhuǎn)換電路）、機(jī)械部件等組成。光電編碼器具有結(jié)構(gòu)簡單、精度高、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于精密定位、速度、長度、加速度、振動等方面。

　　這里我們主要介紹SIMATIC S7系列高速計數(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)生一個輸出脈沖信號就對應(yīng)于一個增量位移，它能夠產(chǎn)生與位移增量等值的脈沖信號。增量式編碼器測量的是相對于某個基準(zhǔn)點(diǎn)的相對位置增量，而不能夠直接檢測出位置信息。

　　如圖1-1 所示，增量式編碼器主要由光源、碼盤、檢測光柵、光電檢測器件和轉(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，相鄰兩個透光縫隙之間代表一個增量周期。檢測光柵上刻有A、B 兩組與碼盤相對應(yīng)的透光縫隙，用以通過或阻擋光源和光電檢測器件之間的光線，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開1/4 節(jié)距，使得光電檢測器件輸出的信號在相位上相差 90°。當(dāng)碼盤隨著被測轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，檢測光柵不動，光線透過碼盤和檢測光柵上的透過縫隙照射到光電檢測器件上，光電檢測器件就輸出兩組相位相差 90°的近似于正弦波的電信號，電信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路的信號處理，就可以得到被測軸的轉(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（即所謂的兩相正交輸出信號），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，碼盤每旋轉(zhuǎn)一周，會發(fā)出一個零位標(biāo)志信號。

　　圖1-2 增量式編碼器輸出信號

　　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)對應(yīng)每一碼道有一光敏元件。當(dāng)碼盤處于不同位置時，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，形成二進(jìn)制數(shù)。顯然，碼道越多，分辨率就越高，對于一個具有 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)是不需要計數(shù)器，在轉(zhuǎn)軸的任意位置都可讀出一個固定的與位置相對應(yīng)的數(shù)字碼，即直接讀出角度坐標(biāo)的值。另外，相對于增量式編碼器，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丟失。

　　2 編碼器輸出信號類型

　　一般情況下，從編碼器的光電檢測器件獲取的信號電平較低，波形也不規(guī)則，不能直接用于控制、信號處理和遠(yuǎn)距離傳輸，所以在編碼器內(nèi)還需要對信號進(jìn)行放大、整形等處理。經(jīng)過處理的輸出信號一般近似于正弦波或矩形波，因?yàn)榫匦尾ㄝ敵鲂盘柸菀走M(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輸出有集電極開路輸出、電壓輸出、線驅(qū)動輸出和推挽式輸出等多種信號形式。

　　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，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

　　對于PNP型的集電極開路輸出的編碼器信號，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

　　對于NPN型的集電極開路輸出的編碼器信號，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