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编码器的技术文章

发布时间:2020-9-14 浏览:1661

1.什么是“工业旋转编码器”
    工业旋转编码器是一种将将度位置关系在其中预先编码并可输出测量值的旋转角度传感器,当测量时可以读取测量当前焦度位置值或运动移动的角度变化量,通过机械传动装置也可以测量长度、高度值,变化位移量通过对时间的导数可以获得运动的速度、加速度的传感器或指令发送器。

2.什么是增量(计数)编码器(也成为相对式编码器)
   增量编码器,内部对于位置预先有位置编码,但是其具体位置需要以两次读数的位置关系(例如相对于零点Z相计数增加并电子寄存)的增加或减少的计测方式才能获得准确位置,这种编码器是以两种读数关系确定位置的,因此也叫“相对式”编码器。编码器内部具有依赖于前次读数的寄存并计数累加的,都是相对式编码器。
   例如如下光电式增量编码器的内部马盘:刻线数代表每一个间隔位置的是AB相编码,每圈一个刻线的是零位Z相,具体位置为每个相对于Z相的位置,或者相对于移动多少刻线数决定从前次读数起始点相对移动到此次读数终点移动多少角度位置。

3.什么叫绝对值
   “绝对值”是指测量的位置值不依赖于前次测量计数累加的,对于测量原点的绝对的位置值。
其不同于“相对值”,相对值是相对于前次测量位置的一个相对移动的位置值,而“绝对值”
每次正常测量与任何其他测量无关系,所以叫“绝对”。

4.什么叫绝对值编码
   绝对值编码是指在测量器件(传感器)内部,在测量量程范围内,所有的机械位置已经预先与机械位置远点有唯一的对应关系的绝对编码,任何时候的测量不需要依赖前次测量的历史。即使不移动,也可以直接输出唯一的绝对编码。
绝对值编码的根本,第一是不依赖于移动即可获得完整的位置信息,且每一个位置是唯一的。第二是与前次读数(包括各种记忆方式)无关。不移动位置、不需要知道前次读数位置即可测量并输出位移的信号值。
5,绝对式与绝对值编码有什么不同
   根本的不同是“绝对式”的名称是侧重于测量接受设备。相对于外部原点位置的“绝对式”位置输出模式,而“绝对值编码”是侧重于测量传感器内部的编码形式,在其量程范围内部对于原点位置的所有位置唯一“绝对编码”。作为《编码器》应以内部编码读取的原理方式决定其名称方式。
实际上依赖于计数的,无论是内部电池记忆,还是外部电池,甚至于是低功耗的威根特效应计数,都是“计数”的,就不能再称为“绝对值编码”了,只能相对于测量接受设备的“绝对式”。

6,什么是绝对值单圈编码器?
   在360度测量范围内,其每一位输出位置的数据在360度单圈内是绝对且唯一的,无需依赖转动及前次数据而获得位置信息。在旋转超过360度后,数据又循环从0开始。
   例如GEMPLE的GAS60系列编码器,如下图的光学式多码道单圈绝对值编码器码盘形式,其码盘上布有N多个编码码道,每一个码道的编排间隔及位置不同,可构成2的N次方(也称N为)的编排方式的编码位置,GAS60系列目前最多可达到13位8192个分辨位置编码。
单圈绝对编码器的位数是以2的N次方位数来表示其分辨位置编码,8位就有256个编码位置,10位是1024,12位4096,13位8192,14位16384,16位65536,目前最高位数的是德国海德汉的25位单圈绝对值编码器。

7.什么是绝对值多圈编码器
   绝对值多圈编码器,就是在其测量范围内,不仅仅在单圈360度内有“绝对值编码”,而且在超过360度后仍然有不依赖于计数的多圈数值的唯一绝对编码。其一般与钟表式的分针,时针原理相似。
多圈绝对值编码器是以单圈多少位x多圈多少位的方式表示其分辨率和测量圈数行程,多圈常用的是4096圈,少量可以达到16384圈,65536圈(16位),GMX425系列的绝对值多圈编码器常规的可以达到12位4096圈,特殊需要的可以达到16384圈和65536圈。

8.绝对值单圈编码器的工作原理有那几种?
   绝对值单圈编码器的工作原理有多种,主要是:光电式,磁电式,电感式,另有接触式的较早期一种,现已基本淘汰。
   光电式是依靠光学圆码盘预刻的光学“通”“暗”信息,由光电接收后获得绝对值位置信息,一般有多码道的光学编码器,现在也有少码道或单码道,通过光学信息内容的变化(例如正余弦)
或多光学读取头平行随机码编码的方式,获得每一个位置唯一的编码。
   a ,光学式绝对值单圈编码器不仅仅是刻线精度可以做得很高,而且可以通过光刻线光通量变化的大小继续细分信号,获得更高的分辨率,常规了58系列光学绝对值可以达到13位分辨率,通过刻线光通亮的再细分,可过的最高的25位。
   b,磁电式是以永磁铁产生的磁场作为工作码盘,由磁场感应读取元器件(例如霍尔效应传感器),读取磁场码盘的信息,因为永磁体的磁场在基本条件下是“永恒”的,这个位置信息也是绝对值的,
在经过读取元器件及数据处理MCU(微处理器)处理后可获得的绝对值编码并输出,并随着转轴带动码盘转动,磁场也跟着转转,获得的新位置信息同样的可以是绝对值的编码、读取及输出。
磁电式编码器相比较光学式编码器,其分辨率及精度受永磁铁磁场有限制,目前分辨率在12_16位,有效位不高,精度也不高。但是优点是因为非接触式感应型,没有光学组件,抗震动、抗水气、抗污染,对于热冲击不敏感,特别适合于较为恶劣的工作环境中
另外,磁电感应型的编码器,可以
将磁场体(比如永磁体)与感应体分开,做成分离感应型编码器,分开的两部分可以独立做密封,因为无轴承等转动部件,密封等级可以做到很高,这对于现场有振动、水、和油的环境下很有优势。
例如GMS412系列的如下图的轴向磁场“地图”感应型磁电编码器(绝对值单圈)
   c,电感式:是以线圈通电产生的电磁场,再由电气感应获得位置,经数据处理后输出,这种电磁场可以是静态的(线圈电感式)也可以是动态的(也叫转转变压器),因电磁场的产生由电流控制预先约定(编码),所以也可以是每一个位置的预先约定而唯一。
   但是有一些旋转变压器是多组的,也就是在360度内是多组编码(例如三组),也可能就是只有120度内的绝对值编码器了,它或可通过多组编码实现360度的绝对值编码。
   d,接触式触电导通型:以电刷与预先刻线(可导通)的接触,获得一组触点导通变化规律的绝对值编码方式,与电位器的工作原理相似,但其有多组多位导通规律组合编码,在早期的编码器中有用,但因其要求触点的接触阻抗小,在滑动中无跳变,长时间无氧化,需要用昂贵的贵金属制造触头,普通金属的触头接触阻抗易发生变化或弹性失去而变得不可靠,而且分辨率无法做的高,目前已经逐渐被淘汰。
9,什么是电子式“绝对式”的“静态”与“动态”数据扫描?
   电子式的“绝对式”虽然能够向外提供的数据也是以绝对值相同的形式输出的,但其内部并不是每一个位置的预先绝对编码,它是依赖于编码器的旋转运动以及前次读数的记忆保存相比较,获得的位置信息,类似于磁带录音机或激光CD,必须磁带旋转或光碟旋转,
才能组织采集到完整信息再输出,这种需要“动起来”或“动一小部分”才能获得类似绝对式信息输出的,称为“动态”数据扫描绝对式,而有一些依赖于电池、超级电容记忆数据,或者较为先进的低或无功耗威根特效应读数并用电容寄存读数,这类不需要动起来也能输出记忆的位置信息的方式,称为“静态”电子式绝对式。
无论是“静态”的还是“动态”的电子式“绝对式”,都已经不是内部绝对值编码的方式获得的位置信息,所以应该不能叫“绝对值编码器”。编码器的名称,应该由其内部的编码及读取的方式原理决定,而不是仅仅看输出信号相类似。
10,“电子式绝对式”编码器与“真绝对值编码”的编码器比较会有什么问题?
   电子式绝对式编码器内部的工作原理是依赖于运动起来读数加上前次记忆数据相比较,获得的位置信息,这样与“真绝对值编码”器比较,就会有这三部分出错可能性:首先是运动起来的读数计数累计,这个部分可能会受到各种内部及外部电气环境干扰因素的影响或器件小概率失效因素的影响而读错,它与绝对值编码不同,绝对值编码由于位置信息始终存在,即使一次性小概率读数失效,并不影响下次的读数准确性,而通过读数计数的失效,可以影响到下一次的读数累计,这种错误无法区隔判断,并在时间上和各个位置上的信息输出延续下去;而在断电以后的读数,是依赖于电池、电容供电,或威根特效应极小的发电能量存储供电,因所供电能有限,其抗干扰性更差,并读数频次低,当快速旋转编码器或外部有很大的干扰影响下,很有可能来不及计数累加或受干扰而出现读数错误,并累加延续。
   其二,在于累加计数的记忆体,这种记忆因电能有限,或因记忆能量型元器件的问题,例如电池的失电后、电容及威根特效应存储的容量有限性、存储数据的电容的被干扰耦合数据失真,存储数据再次采集的数据失真、电池的低温效应,电池的高温爆炸、记忆能量体和数据记忆体的寿命,等等各种因素都会影响到其记忆数据及再次采集是否可能失真失效
   其三,在于速度响应有限并数据的再处理解码输出,由于是依赖于运动起来的读数及内部寄存数据的比较两部分数据的整合解码,在速度响应方面有限,进位同步处理、快速运动读取及处理、干扰影响等各种因素的情况下,两组数据的再处理解码及输出,仍然存在出错的可能,而且这种出错一样是不同于真正绝对编码的,其一旦出错无法判断(或需要再以辅助传感器比较判断),而在时间上及位置上错误一直延续。
11,什么是钟表齿轮式绝对值多圈编码器?
   旋转单圈绝对值编码器,以转动中测量光码盘各码道刻线,以获取唯一的一组编码,当转动超过360度时,编码又回到原点,这样就不符合绝对编码唯一的原则,这样的编码器只能用于旋转范围360度以内的测量,称为单圈绝对式编码器。
真实多圈绝对值编码器:编码器生产厂家运用钟表齿轮机械的原理,增加了一组机械齿轮组码盘,当中心码盘旋转时,通过齿轮传动另一组齿轮码盘(或多组齿轮,多组码盘),在单圈编码的基础上再增加圈数的编码,以扩大编码器的测量范围,这样的方式与机械钟表的秒、分、时相像,也称为绝对编码器就称为钟表齿轮绝对值多圈编码器,这种真实多圈绝对值编码器,对于多圈的数值,同样是由机械位置确定编码,每个位置编码唯一不重复,而无需记忆。
12,什么是电子式多圈“绝对编码器”?
   单圈码盘选用了绝对值的原理,例如光学多码道的绝对值单圈或磁电式绝对值单圈编码器,而多圈测量用电子计数累加、寄存的方式,称为“电子式多圈绝对编码器”,但是称为“绝对值编码器”是不严肃带有欺骗性的,这是部分绝对值编码,完整的全行程测量范围不能算绝对值编码了,而是部分增量计数的。
电子式多圈绝对值编码器,有利用上次读数寄存判断圈数值而不用电池的,停电后移动角度有一定的范围限制;也有内置电池或外置电池记录圈数的,在电池容量有限的情况下停电记忆圈数值;目前还有一种是无电池利用威根特效应(无功耗脉冲发生计数器)记录圈数值的,但仍然是属于电子式多圈编码器。
电子多圈编码器仍然存在读数、寄存、再读数的出错可能性,这种可能性一旦出现无法发现并弥补,需用其它辅助传感器比较后修正,另外,电子多圈编码器在停电后对于旋转角度及转速有限制。
13,什么是威根德效应编码器?
   有一些电子多圈编码器,其多圈计圈数是用威根德效应原理。
在上世纪60年代,John.Wiegang发现,通过适当处理的磁性金属丝,内芯和外层存在着较大的差异性,在一定的条件下便可产生两种状态的转换,对此效应人们称之为威根德效应,类似于这种特征的丝称之为威根德丝。
   用这种丝制成的磁敏传感器,在经过磁场的NS变化时,可产生无需供电的尖峰脉冲,威根德传感器具有工作温度高(可达200℃),不需要任何外加电源便可输出较高的脉冲电压(可达5_6V),可直接与计算机接口,因而在许多场合已得到应用。以这种原理制成的传感器叫“威根得传感器”,这种传感器几乎无需电源,甚至其产生的尖峰可以用电容存储,以威根德传感器内部计数并尖峰微小能量由电容存储的编码器,早在上个世纪90年代即产生了产品,但是当时的技术条件性能很不稳定,在近年低功耗电子元器件的出现,使得这个产品渐渐成熟走向市场,但是它的可靠性有限,目前只能用于计圈数,(因计圈数次数少,频次低,可靠性因素反映出现概率低),而单圈码盘用绝对值码盘(例如磁电原理)。
   威根德原理的计数仍然是属于电子是多圈编码器,一样是有缺陷的,技术寄存或读取期间仍然是不可干扰性,要不然也不会仅仅用于计圈数(计数频次低,计数量小,出错概率减小),再如寄存的能量有限,停电后的计数抗干扰差,计数响应不够快,在停电与通电切换时抗干扰性差等等。总之,它不是完整的绝对值编码,不能再叫“绝对值多圈编码器”了,在国外的样本资料中都注明是单圈绝对值,多圈威根德效应电子式多圈的。如果故意忽略威根德电子式的内容,就直接叫“绝对值多圈编码器”,带有不严肃的商业欺骗性嫌疑。
14,什么叫全行程多圈绝对值编码器
   在整个测量行程中,测量传感编码器的内部是绝对值编码的。这相对于有这测量是部分绝对值编码部分靠累加计数的不同,或者超过一段行程需要刷新起点重新作为绝对值测量的不同。因为齿轮式绝对值多圈编码器的测量范围受内部机械齿轮组的限制,绝对值编码的圈数值是有限的,比如4096圈(12位),16384圈(14位)等,或者经济型的64圈、256圈,这种规定了测量圈数值的行程,并确认在这个测量行程内是绝对值编码并使用的,称为全行程绝对值编码器。使用全行程多圈编码器需根据提供的编码器圈数在此范围内使用。传感器超出行程重新从起点循环使用。
15,绝对值单圈编码器有哪些?
   GEMPLE提供光学式的和磁电式的绝对值单圈编码器;
根据需要,GEMPLE将向市场提供更高的光学式与磁电式混合型绝对值编码器。
16,绝对值多圈编码器有哪些?
GEMPLE的多圈绝对值编码器目前面向市场的都是全行程绝对值编码,内部无电子计数原理及电池。
GEMPLE 根据市场需要也将提供部分绝对值编码器+电子计数的编码器,但一定会注明其电子计数特征。
17,什么是智能型编码器?
   智能型编码器是GEMPLE的发明专利,其编码器内置了32位智能芯片MCU,并有一个设置软件Easypro,可连接电脑设置,一个智能型编码器集成了数字化RS485输出和模拟量电流4-20mA输出,针对编码器的各种应用,比如测角度、测长度、测速度、电子式凸轮开关输出、超速与低速输出开关等,都可以通过智能设定而直接输出并应用,针对信号RS485可以设定波特率、地址、及分辨率,针对信号4_20mA可以设定零点、满度点、旋转方向,并电流校准。另外,数字信号可以根据需要转换成各种现场总线、以太网、无线等等,从此编码器进入了智能化时代,为工厂设备智能化管理与物联网提供了角度、长度、速度的传感器基础。
18,什么是绝对值编码的模拟方式
   绝对值编码位置是以物理量大小变化读取的模拟量,但每一个位置独立唯一,然后可通过接受端的现代电子细分技术将模拟量大小以其唯一的变化规律转化为数字编码,通过“数字旋转”技术组合编码并输出。例如光学的单周期正余弦信号,或者磁电式绝对值编码器。
19,模拟量编码的方式有哪几种?
   光学的,是以光通量的大小变化作为编码依据的模拟信号,通过A,B两个相位(相差90度相位角)的比较,可获得具体的位置值,在一个周期内每一个位置是唯一的,因此也是绝对值的位置值。目前较多的是A,B两相的正余弦电压1Vpp信号输出。
   电磁的,是通过永磁体的NS分布磁场的变化,通过正交分布的霍尔感应传感器感应磁场变化,并通过数字电子技术分析位置值,只要永磁体磁场分布不改变,随着永磁体的旋转变化,测量的每一个位置也是唯一的,因此也是绝对值的位置值。
20,什么是数字式绝对值编码?
   以传感器内部信号获得的有和无,电学的高低电平作为1和0的编码,有N位的0,1编码(也称为二进制编码)组成的绝对值编码。数字式编码的有和无,对于各种微动因素的干扰引起的大小变化不敏感,为此抗干扰性强,目前绝对值编码器较多应用。
21,数字编码的方式有哪些
   十进制码:日常生活中,我们的数字是0_9,逢十进位增一,这称为“十进制”数字编码;因10进制编码需要用十个阶梯的分布物理量,物理实现较不方便,编码器中很少用此编码。
   16进制码:以二进制4位一组向十进制解码0_15,但是10以上不以两位数表示,而是以A_F表示,如10为A,15为F,这是16进制的编码,便于数据寄存及辩识;
   BCD码:十进制每一位分解码到二进制码的4位一组十个数,其BCD码向十进制解码后只有0_9,而无需再考虑十进制的进位问题,一般用于人眼习惯的7段数码显示管;
   格雷码:格雷码是二进制编码的一种,其特征是每一次递增(或递减)一个字变化,所有位数上只有一位发生改变(0与1的变化),并且数据终点循环到起点同样遵循这个原则,这样在一个字的变化过程中,只有一位数发生跳变,数“能”变化量最小,出错概率最低。特别适合于绝对值的多码道同步读取或多位数同步输出(并行输出)中,也适合在通讯传输中;
格雷余码:二进制编码中大部分是2的幂次方编码,编码总数也是2的幂次方,如8位的256、10位的1024等,在编码器的角度计算中,在角度计算中无法整除,有时要用到角度的整数,为此有格雷余码,在格雷码的数码中去除一部分,余下一部分编码使用,因此也称为“余格雷码”,例如180、360、720个编码的“余格雷码”。格雷码向十进制解码后的十进制数不从0开始,需要“补码”。
其它编码:在通讯传输中,还有一些不常见的编码,是上述编码形式的变异或组合,例如曼切斯编码等,不一一叙述。
22,什么是绝对值数字编码的逻辑?
   各种以0,1为基础的二进制的数字编码是0和1,对应的电子形式就是电平或电流或者光波形式的通和不通,声波形式的长音与短音,低电平或者高电平,通与不通,短音与长音对应的0还是1的预先约定,称为编码的逻辑关系,例如低电平为0,高电平为1称为正逻辑,而低电平为1,高电平为0的称为负逻辑,编码向其它但是转换先要确定逻辑关系,不然就不符合规律而乱码,如发现解码后乱码,可尝试先改变0,1的关系(0改1,1改0)后再解码。
23,为什么绝对值编码器很多要用格雷码,如果用其它的码会有什么问题?
   格雷码或格雷余码的编码,在每次改变一个字的上下顺序变化后,仅改变一位0,1的变化,物理能变化最小,而且也不存在各个位数上同步读取的先后问题,因此其对于干扰性因素不敏感,出错概率最小,绝对值编码器的内部编码的同步读取或外部同步输出就不会存在出错问题,绝对值编码器较多用此编码。
相比较的其它编码,比如纯二进制编码或BCD编码,在一个字的顺序变化时,有可能发生多位上的0,1变化,物理能可能突变,而如果需要各位数同步读取或同步输出(例如并行输出),在响应上很难保证同步一致性,而造成读取上有的变化先读到,有的变化后读到,而出现短时错码跳变,而需要锁定读取或输出,但这样响应速度大大降低了,因此,在内部同步读取或外部同步输出(例如并行信号输出)时不能用格雷码以外的编码。
24,什么是绝对值数字及模拟混合式编码?
   绝对值位置编码是有多位数数字组合编码的为绝对值数字式编码,而现代绝对值编码器已经有很多是部分数字与部分模拟的混合型编码,这样可以提高更高的分辨率或量程。
25,绝对值编码器数字编码与模拟编码受干扰情况下各有什么特征?
   数字信号如果某一位受到干扰或错变,数据将会大幅度跳变,但在稳定可靠情况下,数字很稳定,在正负2个字内变化,模拟量信号受影响,在一个范围内波动,不会跳变,可判别。
三、信号输出,信号接口
26,什么是绝对值编码器的模拟信号输出
   绝对值编码器内部是数字编码的,但是输出可以用数字,模拟转换(ADC)以模拟量信号输出,例如电流的4_20mA或者电压的1_5V。例如GMS412.LB_单圈绝对值4_20mA输出;GAX60.LB,多圈绝对值4_20mA输出等等。
27,为什么绝对值编码器的模拟信号量值不能从0开始?
   绝对值编码器的信号模拟量值不能从0开始,因为如果输出0,无法判断信号是否接通,编码器是否正常工作,并且0信号很容易受到外部干扰而微动,而无法判断是位置值在动还是干扰影响。因此,电流信号4_20mA从4mA开始,电压信号1_5V从1V开始,0_10V的输出,位置基点从12V开始。
28,什么是绝对值数字量输出?
   绝对值编码器输出的数字量是以0,1编码的方式输出的,为数字量输出。数字量输出的数字编码形式有格雷码、余格雷码、纯二进制码等等。
29,什么是绝对值编码器输出方式及物理接口,数字量输出方式有哪几种?
   绝对值编码器输出定义的时序方式及电气匹配接口为物理接口,接受设备需要用相同的电气匹配接口以相同的时序方式接受信号,如不匹配将无法正常读到编码器信号,甚至损坏设备或编码器。
工业上较多的输出时序方式有并行输出、串行输出、总线型输出多种:
a,并行输出方式:多位数高低电平直接同步输出的并行信号,多个接口输出高低电平直接代表各个位数的1和0
a,编码器的功耗及损坏率问题?
   多圈绝对值编码器其输出位数较多,大多为二十多位,最少的也有16位,如作为并行形式输出,就是有20根左右的引出线对应每位输出,如果每位输出电流在20-30mA间(输出带载有效为1时),以保证信号的带载推动能力,以24Vdc工作电压计,最大输出功耗就有可能约在12-15瓦,加上多圈编码器本身空载功耗,在编码器这么大小的一个空间里,要承受可能最大达到20瓦的功耗,相当于点了一个电灯泡,散热并不好做。只要有一个输出位损坏,这个编码器就不能正常工作了,这样的损坏概率随着输出位数的增加而增加。
b,编码器的输出电缆线问题
绝对值多圈编码器如以并行形式输出,就需要20多芯的电缆及接头,需要保证连接点的可靠性,如编码器信号传递较远(如10米以上),这种电缆就要选择较粗的芯线,以保证信号的质量及电缆内芯不容易折断,而这样的电缆成本就很高了,对于电缆的质量及连接点可靠性也就要提高了。
c,编码器的信号可靠性及安全问题
上面表述说明这种形式损坏或连接不良少点的可靠性较大,很重要的问题是信号的可靠性的判断--并行输出形式,无论是某一位内部输出的损坏,还是,某一根芯线的断头、连接的不良,其反映的只是电压低,数据始终为0,而无法判断究竟是编码数据是0,还是这一位根本就没有信号输出?在格雷码转换为纯二进制码后,反映的就是乱码,而且 很难判断出错位,相对比较其他的输出形式,这种出错率大很多,且无法判断,对实际使用就带来很大的安全性问题。绝对值多圈编码器的使用,恰恰是安全性要求。
为此,绝对值多圈编码器是不适合用并行输出的。
38,Canopen绝对值编码器有什么优点?
   CAN_bus(Controller Area Network)即控制器局域网,是国际上应用最广泛的开放式现场总线之一。作为一种技术先进,可靠性高,功能完善,成本合理的远程网络通讯控制方式,Canopen是基于CAN-bus总线的开放式协议,由CiA协会管理,CANopen以其开发维护的低成本,高总线利用率,很远的传输距离(最远可达10Km),高速的传输速率(最高可达1Kbps),根据优先级的多主结构,可靠的错误检测和处理机制,全面弥补了传统RS-485网络的低总线利用率,单主从结构,无硬件错误检测的不足,使用户能组建起稳定,高效的现场总线控制系统,从而产生最大的实际价值。尤其是具有可靠的信号错误检测和处理机制,对于强干扰和无可靠接地的情况,仍能够较好的传输数据,而其硬件错误自检,多主站可冗余的特点,更是保证了控制设备的安全性。Canopen规范允许以广播方式传递讯息,也支持点对点收发数据,用户通过Canopen对象字典来执行网络管理,数据传输等操作。尤其是Canopen具有抗干扰及多主站应用特性,可以形成实际的多站冗余备份,而实现控制的更安全。
Canopen已被广泛应用到各个自动化控制系统中。例如,在汽车电子、自动机械、智能大厦、电力系统、安防监控、船舶海运、电梯控制、消防安全、医疗器械等各领域,特别是在起重设备、钢铁冶金设备、工程车辆等较恶劣应用环境中,Canopen的抗干扰信号可靠性特征,使得其作为绝对值编码器输出信号是最为合适应用。
编码器选型
40,使用绝对值编码器一定会比用增量式编码器贵吗?
   没有!从编码器器件成本上说增量式编码器内部器件少,成本价格确实低,但是从编码器的如何使用并产生效果的角度说,绝对值编码器如果选型得当,其使用的效果带来的综合成本,会低于选用增量值编码器,为使用者大大节省成本。
41,什么情况下要选择绝对值编码器?
   a,停电移动、惯性滑动的数据安全可靠性问题,对于一些需要高度、长度测量的安全性设备、较大型设备、起重类工程类设备,安全性是很重要的因素,为确保编码器数据的稳定可靠性,必须选用全行程绝对值编码器。例如水闸、工程机械、起重机、电梯、门机等等的高度、长度测量。
   b,信号抗干扰问题,增量信号较易受到各种干扰,数据采集不稳定,对于各种现场不可预知的干扰会花很多精力去排查,并要设法避开干扰,有时所化的人工成本远远大于一个编码器、开关电源、接地状况不明的情况下,无从判断干扰情况,选用绝对值编码器可以确保应对各种工况条件。
   C,后续设备节省资源,增量编码器主要高速计数不停的计数,耗费CPU资源,有时多个编码器连接没有更多的高速计数口,此时选用绝对值编码器的串行输出(如RS485)或总线型输出,其实是节省了后续设备的资源而节省费用。“电子式绝对式”编码器主要就是在这种情况下可用。例如需要多个编码器比较的同步纠正,多个编码器联动操作的流水线,加工机械等。
   d,环境较恶劣的选择,增量编码器绝大部分是光学式的,易受水气灰尘及振动影响而损坏,选用磁电式绝对值编码器(单圈或真多圈)的可以避免这种损坏,而大大提高产品使用的寿命,而得到综合效果更佳,使用成本更低。例如户外使用的港口矿山机械、工厂的快速门门机等。
   e,节省综合成本,在一些不便于停机修正、更换、维修,或停机修正,更换,维修成本很高的场合下,用绝对值编码器,因其数据的可靠性、产品的耐用性,可以大大减少售后服务人工成本,产品可长时间的使用效果,直接的是产品使用的综合成本大大的节省了。例如一些高速运转的流水线,较远地区的管网系统(电动执行器)。
42,绝对值编码器如何选型?
   a,类型选择,首先根据应用需要确定是选用增量编码器还是绝对值编码器,绝对值编码器是选用单圈绝对值还是多圈绝对值编码器。
   b,信号选择,根据自身现有编码器接受设备的信号接口,选择匹配的绝对值编码器信号输出接口。模拟信号、数字信号选择,并行、串行、总线选择,(参见绝对值编码器信号输出表)。
   c,分辨率与量程(圈数),根据应用需要,选择编码器每圈的分辨率(位数)以及测量行程(多圈数)要求。
   d,工作环境与编码器等级,编码器一般分为芯片级(需二次开发再可使用)、经济级(仅用于小型设备单个使用)、标准工业级(各种设备、户外设备、各种自动化工程项目)、特殊工业要求。应根据实际使用工况选择编码器等级,绝大部分情况下应选择标准工业等级。
   e,外形安装,电气参数包括工作电压、耗电流、信号匹配要求(包括编码形式及逻辑关系)等,电子响应频率及转速,信号输出距离及电缆或插件要求。
   g,性能保证,温度等级、抗震动等级、防护等级、EMC等级、电气冲击或保护等级,质保期。
   h,服务及维修。
43,编码器等级及性能参数为什么很重要?
   正确选型编码器的等级及性能参数,而不是只迷信“进口”与“国产”品牌的不同,是编码器能否使用以及能否确保用好、用长的重要步骤。工业旋转编码器的使用效果不佳或损坏,据统计超过50%以上的因素是选型不当造成的,包括选用进口“知名”品牌。选用经济等级编码器用于普通自动化工程项目或普通设备中是最常见的错误,调试时蛮好的到了现场出现问题,或者在某些地方某写时段用的蛮好的而在有些地方(或某些时段)出现问题,是最常见的困惑,这都是因为选型时没有选择工业等级的对于各种工况预判而造成的,其返工调试、维修、更换、停工所造成的损失,远远大于一个编码器的价格,尤其是编码器使用不可靠引起的停工损失、安全事故、形象伤害,是应该在选型时就要极力避免的。
44,什么是编码器的防护等级?为什么工厂车间内也要考虑防水?
   编码器的防护等级,是编码是的防水防尘等级,以IPXX表示(例如IP67),第一位是防尘,编码器外壳必须达到6,第二位为防水,编码器外壳必须达到4以上,这就是达到IP64以上。编码器属于精密仪器类,尤其是光学式编码器(绝大部分增量和大部分绝对值编码器),对于水气及灰尘对于光学系统的影响,将损坏编码器,如果防护等级不高,在编码器的使用温度较高,停止使用时温度下降,会有外部“呼吸性”水气、灰尘的侵入、积累而造成损坏,这是编码器寿命减少的重要因素,因此,即使是车间内设备使用,仍然要考虑编码器外壳的防护等级达到IP64以上,如果是户外使用,或者温差较大,就更应该使用外壳防护等级达到IP67的要求。
45,编码器的温度等级代表了什么意思?
   编码器的温度等级,直观的是代表编码器可应用的环境温度范围,但是也间接代表了编码器内部选用元器件及材料的等级,工业级编码器的温度要求是零下20度以下到高温70度以上,这表明其中的电子器件及材料必须是工业等级的,如果低于这个范围,很有可能内部选用的是廉价的民用等级器件和材料。
46,编码器外壳的无螺丝全密封一次性挤压封装有什么意义?
   编码器外壳的无螺丝全密封封装,可以避免因螺丝挤压的外壳变形缝隙、材料热胀冷缩率不同的缝隙出现而密封下降、因使用震动而封装螺丝松动的密封性下降等等,确保编码器外壳始终具有高防护等级IP67,同时由于全密封一次性挤压封装不便于编码器损坏后维修,这也要求编码器的出厂品质要求很高,返修率极低而无需考虑返修,这代表了此类编码器的品质等级很高。
47,为什么在振动较大的情况下,建议选择磁电式绝对值编码器?
   很多编码器是光学式的,光学系统的编码器内部信号读取需要对准码道及刻线,在震动环境下容易对错码道刻线而数据抖动或出错,而造成后续读取设备的数值错误,有些是玻璃码盘的容易震动损坏。而磁电式绝对值编码器为感应型正交差分消除,对于震动带来的距离及位置微小变化正交对消除,所以对于震动不敏感,而不会数据跳变出错。同时磁电式编码器没有光学系统玻璃码盘,不容易损坏,因此在振动较大的环境下,建议选择磁电式绝对值编码器。磁电式绝对值编码器相对来说是精度略低调,但是振动较大情况下基本对应精度要求都不高,为此磁电式绝对值编码器的精度较低的缺点也不会有影响。
48,为什么说芯片级SIP不是SSI信号?
   SPI信号是芯片级信号而不是工业级信号,仅能在“片上传输”,而不能电缆较远传输,尤其是频率较高的情况下仅能传输很短的距离(厘米等级),不能作为编码器输出信号使用,SPI信号仅三线制,信号电平直接对于0V(地),不是SSI信号,SSI信号是基于国际电工协会的RS422的标准上的工业级信号,两路的差分信号,信号电平不对地(0V),而是差分式的抗共模干扰,最远可以传输100米(1KHz_1MHz)。
50,什么是绝对值同步控制器?
   两个电机的同步、双油缸位置移动的同步,双吊点高度的同步,是很多工程项目及工厂自动化所需要的一种自动化控制,同步的意义不是速度“同步”,而是两者的位置始终在一个很小的允许的偏差范围内的绝对位置同步,这种位置同步需要用绝对值编码器做位置反馈,两个编码器的绝对值位置始终比较并输出控制信号给电机或油缸的位置移动修正,保证两个电机、油缸的绝对值位置同步性,这个就是绝对值同步控制器。
绝对值同步控制器必须用绝对值便编码器信号作为反馈,如果用增量编码器而信号易受到变频器或液压电磁阀的干扰,位置误差会累积而不再同步,造成同步失败,或者如果用速度“同步”,因速度的误差积分到位置,位置偏差是累积的,越来越小,从而造成同步失效,所以真正的同步必须用绝对值编码器做位置信号反馈。
51,什么是绝对值编码器的“零错设计”?
   选用绝对值编码器就是因为要求可靠,这种可靠性的保证不仅仅是在产品工艺与生产质量问题上,更重要的是在产品设计阶段就应该有的“零错设计”,从结构、光电磁电传感技术、电子技术、编码解码技术等等各种错误因素的排除法设计,以保证在设计原理上不存在出错可能,如果还存在出错概率,那“绝对”的编码的说法就失去了可靠的意义了,这个绝对值编码器也就失去了使用的意义。这种“零错设计”需要设计者对于绝对值编码器有长期的很好的熟知,能够预知各种错误的可能性而设计排除,而不是简单的靠拆开看一个就能仿制。比如绝对值单圈编码器的并行输出,如果选用的是纯二进制编码,在数值递增变化时,有可能有多位数进位的0,1变化,这种多位变化无法完全同步(哪怕很小时间的不同步),而造成有错码概率,那么这种零错设计技术并没有公开,简单仿制者必然存在出错概率而失去“绝对值”的意义,所以目前世界上也是少数国家能够掌握做出真正可靠的绝对值真多圈编码器。包括韩国等目前都还没有绝对值真多圈编码器。
   长春光兴传感科技有限公司秉承德国的绝对值编码器、绝对值真多圈编码器技术,在产品设计阶段就形成“零错设计”,以确保在设计原理上的“零错”,而确保绝对值编码器产品的可靠性保障,目前已经数万套在国内外各个工业项目中稳定可靠的使用超过5年以上,是优质品质的保证。
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