工业自动化中使用的不同类型电机编码器的工作原理

工业自动化中使用的不同类型电机编码器的工作原理

什么是电机编码器？

电机编码器是为自动控制系统或包含需要位置数据的电机的机器记录位置数据的设备。从机械臂到3D打印机，它们无处不在。编码器在使自动机器正常工作方面起着关键作用。它们可以精确测量系统中的运动部件。



电机编码器在几个方面都是有益的，例如，线性编码器通常用于铁路应用中，允许CNC机器和3D打印机精确地创建零件，而旋转编码器使机械臂能够用于制造。它们发送的信号用于在适当的时候激活控制器或PLC的不同输出。

电机编码器是如何工作的？

编码器通过向基于上述两种不同系统（旋转或线性）之一的控制器提供电气信息来工作。编码器中也有多种将物理变化转换为电子数据的机制：电阻、机械、磁和光学，其中光学编码器是制造业中最常见的。光学编码器包含至少一个光学发射器和一个光学接收器，用于将物理运动转换为电信号，以便由控制器进行处理。无论采用何种转换方法，编码器始终是线性或旋转编码器。



光学编码器都使用从固体表面切出的旋转和线性“窗口”，只允许增量光进入接收单元。线性编码器使用传感器沿路径长度检测条纹中的不同图案，而旋转编码器由带有插槽的磁盘组成，这些插槽将信号发送回控制系统。

在光学系统中，发射单元发射恒定的光束，随着系统的移动，光束逐渐散开。每当接收单元检测到来自发射单元的光时，它就会向控制器发送电信号。根据应用程序的不同，有不同的磁盘或磁道配置来阻挡/接收光线。这些包括绝对位置编码器和增量编码器。

绝对值和增量编码器：有什么区别？

绝对编码器使用多个光传感器向控制器发送二进制代码。它们具有与光发射机/接收机对相对应的不同插槽。对于单圈绝对编码器，这些插槽生成一个二进制代码，指示电机在一圈内的角度位置。

在需要更高精度和范围的应用中，多圈编码器使用一个减速齿轮和两个编码器盘来实现更大范围的已知位置。绝对编码器更适用于断电后需要位置数据的情况，最常见的情况是在安全电路中。增量编码器具有均匀间隔的插槽，用于向控制器发送脉冲。这些编码器基于从零位开始的脉冲计数，因此，如果系统因任何原因断电，必须有一个已知的位置来重新开始计数。



如果只需要发动机转速，可以向控制器发送模拟信号，使其能够在有用的应用中处理这些数据。当过程需要位置数据时，编码器可以向控制器发送电脉冲，以解码电机在其有限范围内的位置。

线性编码器在哪里使用？

线性编码器使用传感器或秤上的“切口”向控制器发送电脉冲信号。PLC可以对这些脉冲信号进行解码，并将其转换为设备要遵循的指令。

线性编码器更适合滑动定位器的应用，如3D打印机或CNC机器。它们非常适用于需要向控制器准确、高速传输数据的过程。一些线性编码器，如果不是绝对编码器，则需要一个参考位置，以便在电源故障或PLC/控制重启后重新定位。

绝对编码器使用二进制值表示位置，增量编码器只能发送控制器启动后计数的脉冲。当重新启动位置数据时，限位开关或传感器可用于提供参考点。

基于绝对码的线性编码器可以在不移动或有参考点的情况下找到它们的位置。他们使用来自多个刻度的二进制代码来确定位置。这为应用程序过程提供了更大的灵活性，并在重启后安全性受到威胁的领域提供了更多可能性。

旋转编码器的使用

旋转编码器由固定在电机轴上的圆形刻度组成。当电机旋转时，读取电子秤图案的光传感器向PLC发送脉冲计数或二进制代码。旋转编码器在需要电机速度的应用中很有用，或者在除了电机旋转以外很难测量距离的应用中也很有用，例如B.在机器人臂中使用伺服电机。需要电机速度控制的应用程序使用增量编码器，产生脉冲计数来测量电机速度。

编码器刻度上有一定数量的插槽，PLC在电机旋转时计算插槽数量。然后可以将其转换为速度。这可能有用的一个例子是在传送带电机中。某些参数可能需要不同的皮带速度，PLC可以根据电机的转速进行相应调整。它们在精度非常重要的应用中也很有用，因为它们比绝对旋转编码器提供更精确的数据。虽然更准确，但它们在不移动的情况下无法读取位置，并且在与PLC失去通信后可能需要一个参考位置。

绝对编码器也可用于旋转电机编码器。当需要角度数据时，这些更适用。与需要移动以传输数据的增量旋转控制不同，它们还能够在编码器和控制器之间发生通信或电源故障后恢复位置。

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