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電子應用論文范文論編碼器的應用發展及改革管理措施

來源:期刊VIP網所屬分類:應用電子技術時間:瀏覽:

  摘要:編碼器(encoder)是將信號(如比特流)或數據進行編制、轉換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設備。編碼器把角位移或直線位移轉換成電信號,前者稱為碼盤,后者稱為碼尺。按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種;按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對式兩類。增量式編碼器是將位移轉換成周期性的電信號,再把這個電信號轉變成計數脈沖,用脈沖的個數表示位移的大小。絕對式編碼器的每一個位置對應一個確定的數字碼,因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關,而與測量的中間過程無關。

  關鍵詞:編碼器,電子技術,應用電子論文刊發

  我們通常用的是增量型編碼器,可將旋轉編碼器的輸出脈沖信號直接輸入給PLC,利用PLC的高速計數器對其脈沖信號進行計數,以獲得測量結果。不同型號的旋轉編碼器,其輸出脈沖的相數也不同,有的旋轉編碼器輸出A、B、Z三相脈沖,有的只有A、B相兩相,最簡單的只有A相。

  編碼器有5條引線,其中3條是脈沖輸出線,1條是COM端線,1條是電源線(OC門輸出型)。編碼器的電源可以是外接電源,也可直接使用PLC的DC24V電源。電源“-”端要與編碼器的COM端連接,“+ ”與編碼器的電源端連接。編碼器的COM端與PLC輸入COM端連接,A、B、Z兩相脈沖輸出線直接與PLC的輸入端連接,A、B為相差90度的脈沖,Z相信號在編碼器旋轉一圈只有一個脈沖,通常用來做零點的依據,連接時要注意PLC輸入的響應時間。旋轉編碼器還有一條屏蔽線,使用時要將屏蔽線接地,提高抗干擾性。

  1、編碼器的應用現狀

  1.1編碼器的種類及原理

  編碼器通常由光柵盤和光電檢測裝置兩部分組成,其工作原理為:光柵盤在圓板上均勻的開通固定個數的長方形孔,工作時圓盤旋轉,電子檢測裝置檢測輸出的脈沖信號,從而達到轉化變量的目的。編碼器按照信號的原理可以分為絕對值型編碼器和增量型編碼器,按照測量方式的不同可以分為行程編碼器和角度測量編碼器,下面對其進行具體的分析和闡述。

  增量型編碼器將位移變量轉換成周期性的電信號,再將這些電信號轉化成計數脈沖,用脈沖的個數表示位移的大小并傳輸給計算機。其工作過程是:在中心有軸的光電碼盤上面有環形通、暗的刻線,光電碼盤的一側有光電發射設備,另外一側有接收檢測器件,光電盤會隨著被測量的旋轉而發生變化,從而達到測量速度、旋轉方向、移動角度及相對距離的目的。增量型編碼器在使用過程中仍然有一定的缺陷,主要是因為增量型編碼器記錄初始位置要依靠計數設備的內部記憶,一旦發生斷電或者外部干擾導致脈沖丟失,編碼器的零點就會發生偏移,而且偏移量無法通過計算獲得,更無法進行自我修正,只有出現了過于明顯的錯誤結果才能知道。目前解決這種誤差問題的方法只有增加零點參考點的數目,編碼器經過每一個參考點都可以進行修正零點的位置,但在進行修正之前仍然無法保證位置的準確性,尤其在遭到持續的間歇性干擾,其錯誤的程度更大。因此,增量型編碼器目前存在著零點累計誤差、停機斷電記憶消失、開機需重新找零以及抗干擾功能較差等問題,而另一種編碼器-絕對值型編碼器都可以解決。

  絕對值型編碼器的基本結構與增量型編碼器類似,由發射元件、檢測元件、固定光柵和旋轉光柵等構件組成。在編碼器工作時,旋轉光柵隨被測元件的旋轉而旋轉,發射元件發射出的平行光束射在光碼盤上,與光碼盤另一側的檢測元件相耦合。絕對值編碼器與增量型編碼器的區別在于前者有許多道光通道刻線,每一道刻線都有自己的編排碼,如2線、4線…16線編排,在讀取時每道刻度線都可以形成一組二進制編碼,總共2的n-1次方個二進制編碼,稱為n位絕對值編碼。

  絕對值編碼器采取這種多個對照的方式,避免了增量型編碼器的缺陷,可以直接輸出數字信號,在測量角度、距離等物理量時,不需要計數器,在有電氣噪聲或振動的惡劣環境下同樣可以使用,具有很強的抗干擾能力。在進行測量時,其位置取決于光碼盤的機械位置,無需記憶和參考點,也不必回到原點,不會產生累積誤差,抗干擾性和可靠性極強。絕對值型編碼器又分為單圈絕對值型編碼器和多圈絕對值型編碼器,前者旋轉一圈就會回到原點,多用于360°范圍以內的角度測量,后者增加了圈數的編碼,擴大了編碼器的測量范圍,可用于大角度或長度定位,目前已經在許多工控定位中應用。

  1.2編碼器的應用

  編碼器在工程實際應用中,通常有檢測自動化系統中電機轉速、設備運行位置和行程的作用,按用途可分為測速編碼器和行程編碼器兩種。目前編碼器主要應用以下領域:(1)機床。機床在工作過程中的X、Y軸給電機的控制,刀架的換刀、對刀,主軸旋轉等都需要使用編碼器;(2)電梯。電梯的速度調節和轎廂的位置控制都需要很精準的信號,編碼器可以在電梯控制上提供可靠精準的位置信號和速度信號,完成電梯的正常運轉;(3)風力發電領域。風電是目前發展最快的可再生資源,編碼器主要用于發電機和變槳和偏航系統的測速、角度位移,同時用于檢測風速,保證發電機的最大電力輸出,是編碼器未來最大的市場;(4)工業自動化控制生產線領域。工廠的自動化生產線需要精確的速度和方向信息保證電機正常運行;(5)工程機械領域。大型工程機械對可靠的速度和位置檢測的需求越來越高,尤其在重型車輛行業,編碼器廣泛用于電子轉向助力系統、車輛速度檢測器以及混合動力汽車;(6)石油天然氣行業。石油天然氣行業是高危行業,需要較高可靠性、較好密封性的高標準編碼器,主要用于鉆臺電機、轉臺和污泥泵的測速,如加油機上的編碼器用于測流量、計量加油量;(7)矢量電機和伺服電機。矢量電機和伺服電機可以在很寬的范圍內進行速度、轉矩以及位置控制都要依賴電機輸出軸上的編碼器;(8)機器人領域。機器人的每個關節都需要精確的控制,以保證整個機器人的協調運動或行走,所以每個關節都需要一個編碼器進行協調控制。

  除了以上領域是編碼器的主要應用領域外,編碼器還廣泛應用于造紙、印刷、冶金、天文等傳統領域,具有非常廣泛的應用范圍和長遠的應用前景。

  1.3編碼器的發展趨勢展望

  隨著現代技術的發展,編碼器開始向小型化、智能化以及測量更精確、適應性更強的領域發展。首先,編碼器向著體積更小的方向發展,隨著技術的發展,編碼器需要在更小的位置發揮它的作用,所以縮小編碼器的發射元件、接收元件成為必然,目前相同位數的編碼器越來越小,而且為了適應自動化控制領域的智能化、集成化的需求,發明了許多新型的編碼方式,如:矩陣式編碼方式、偽隨機碼編碼方式、游標式編碼方式等,這些新的編碼方式不僅減小了編碼器的體積,還為提高編碼器的智能化提供了很好的基礎;其次編碼器的接口向智能化發展,編碼器的接口電路通常由差分接收電路、A/D轉換器以及EPROM器件組成,將正弦信號轉換成參考脈沖信號、方波信號等,傳輸給控制系統,將接口電路模塊智能化,可以有效的提高編碼器的可靠性和獨立性,有效地防止數據傳輸誤差,保證精確度;另外,編碼器的測量準確度進一步發展,編碼器的精度通常由機械部分精度、碼盤劃分精度和信號處理電路綜合保證,采用先進的工藝手段,提高光電元件、碼盤以及電路的精度是提高編碼器精度的重要手段,從而提高車床等需要高精度軸系編碼器的測量精度。

  除此之外,編碼器的發展還向使用網絡化的信號傳輸、可編程編碼器技術、電磁兼容技術等方向迅速發展。編碼器是一種集光、電、機械技術為一體、具有廣泛用途的傳感器,隨著關鍵技術的突破和科學的迅猛發展,編碼器技術必將越來越完善,產品應用也越來越廣泛。

  2、結束語

  文章對編碼器的原理和分類進行了詳細的論述,并對編碼器在機床、電梯、自動化控制、新能源開發等領域的應用現狀進行了具體的分析,最后對編碼器小型化、智能化的發展趨勢進行了探討,為編碼器的推廣應用和進一步發展提供了有力的支持。

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