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絕對(duì)編碼器——事實(shí)與誤解

文章出處：新聞動(dòng)態(tài) 責(zé)任編輯：百世精工科技發(fā)表時(shí)間：2024-11-02 10:37:38

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)有兩個(gè)部分經(jīng)常被忽視或誤解：用于電機(jī)旋轉(zhuǎn)或執(zhí)行器實(shí)際位置的編碼器，以及用于機(jī)械防護(hù)和位置定向的限位和起始傳感器。編碼器在工業(yè)應(yīng)用的幾乎所有運(yùn)動(dòng)中無處不在。主頁和限位傳感器也用于幾乎所有應(yīng)用。然而，為了限制成本或感知的復(fù)雜性，機(jī)器制造商可能確定不需要使用家用傳感器，并且在某些情況下不需要使用限制傳感器。他們要么錯(cuò)誤地僅依賴編碼器，要么不理解他們正在使用的編碼器。

考慮用于自動(dòng)化機(jī)器的線性執(zhí)行器，該機(jī)器由運(yùn)動(dòng)控制器或 PLC 控制，沿其行程移動(dòng)到可編程位置。

運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用通常采用兩種基本類型的編碼器。第一種也是最近最常見的類型是增量編碼器。另一種是絕對(duì)編碼器。兩者的相似之處在于它們基本上都是通過計(jì)數(shù)脈沖來跟蹤電機(jī)旋轉(zhuǎn)位置。

這些脈沖被反饋到運(yùn)動(dòng)控制器以確認(rèn)執(zhí)行器的位置。這些脈沖可以在運(yùn)動(dòng)控制器中縮放為工程單位，以便可以以易于理解的單位顯示和輸入位置。

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為應(yīng)用確定最佳機(jī)械解決方案的尺寸和選擇，尤其是在需要多軸的情況下（例如龍門系統(tǒng)），

涉及許多設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)和組件，包括編碼器和傳感器。

對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來說，通常在執(zhí)行器上至少三個(gè)不同的位置安裝傳感器；一個(gè)位于已知機(jī)械位置，用于對(duì)齊電機(jī)編碼器和運(yùn)動(dòng)控制器位置，一個(gè)位于執(zhí)行器行程限制的每一端。這些通常被稱為“原點(diǎn)”或“原點(diǎn)”傳感器和“極限”傳感器（正極限和負(fù)極限）。

絕對(duì)編碼器與增量編碼器

了解絕對(duì)值編碼器和增量式編碼器之間的差異也很重要。兩種類型都以類似的方式將它們的位置報(bào)告給運(yùn)動(dòng)控制器。從技術(shù)上講，它是由不同類型的信號(hào)完成的，但運(yùn)動(dòng)控制器中的最終結(jié)果是相同的。重要的區(qū)別在于如何以及何時(shí)建立“家鄉(xiāng)”或“起源”位置。對(duì)于增量編碼器，機(jī)械起始位置是在電源循環(huán)后建立的，通常是通過移動(dòng)到起始傳感器來建立的。在原點(diǎn)搜索過程中，致動(dòng)器緩慢移動(dòng)，直到原點(diǎn)傳感器檢測(cè)到它。然后，運(yùn)動(dòng)控制器將其位置計(jì)數(shù)器設(shè)置為已知值，通常為零。從此時(shí)起，當(dāng)執(zhí)行器移動(dòng)時(shí)，將使用編碼器接收的數(shù)據(jù)來跟蹤位置。電源循環(huán)或崩潰將需要再次執(zhí)行原點(diǎn)搜索過程。

對(duì)于絕對(duì)編碼器，找到機(jī)械原點(diǎn)的方式與增量編碼器相同。不同之處在于，使用多種方法之一來備份編碼器，以便電源循環(huán)或崩潰不會(huì)強(qiáng)制再次執(zhí)行原點(diǎn)搜索過程。因此，該程序通常僅在機(jī)器調(diào)試時(shí)執(zhí)行一次。使用絕對(duì)編碼器還是增量編碼器與從運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行絕對(duì)和增量運(yùn)動(dòng)無關(guān)，也不能本質(zhì)上提供更好的精度。

在繼續(xù)了解限位傳感器和原點(diǎn)傳感器如何與編碼器配合使用之前，請(qǐng)務(wù)必注意有關(guān)絕對(duì)編碼器的一些事項(xiàng)；他們的優(yōu)勢(shì)以及他們的價(jià)值觀得到支持的方式。絕對(duì)編碼器可以為具有長(zhǎng)執(zhí)行器（例如 1 m 或更長(zhǎng)）的機(jī)器節(jié)省大量時(shí)間，因?yàn)樵c(diǎn)搜索程序通常很慢，執(zhí)行器在嘗試找到原點(diǎn)傳感器時(shí)每秒移動(dòng)不到 100 mm。使用絕對(duì)編碼器，可以跳過原點(diǎn)搜索過程，并且機(jī)器操作可以在電源循環(huán)后更快地啟動(dòng)，因?yàn)橹匾奈恢眯畔⒃陔娫囱h(huán)期間得到備份。

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725 型 2.5 英寸。 Encoder Products 的 Accu-Coder 是一款光軸編碼器，

專為應(yīng)對(duì)工業(yè)環(huán)境的挑戰(zhàn)而設(shè)計(jì)，每轉(zhuǎn)分辨率高達(dá) 30,000 個(gè)周期。

725 型提供法蘭和伺服安裝選項(xiàng)，并有兩種外殼樣式。

用于備份絕對(duì)編碼器的方法傳統(tǒng)上是通過電池完成的。連接到放大器或與連接到電機(jī)的編碼器電纜串聯(lián)的電池用于為編碼器保持足夠的電力，以便編碼器能夠在電源周期期間保存位置信息。通常在調(diào)試機(jī)器時(shí)執(zhí)行一次回家搜索例程，然后不再需要。也就是說，直到電池耗盡并且編碼器信息丟失之前才需要它。這是絕對(duì)編碼器的缺點(diǎn)。

近年來，制造商通過尋找不使用電池來存儲(chǔ)位置數(shù)據(jù)的方法來解決電池問題。有幾種方法可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，但無論如何消除電池，編碼器的操作和來自編碼器的信息都是相同的?，F(xiàn)在，機(jī)器制造商可以利用絕對(duì)編碼器的優(yōu)勢(shì)，而不必?fù)?dān)心電池耗盡。此外，帶絕對(duì)式編碼器的電機(jī)的價(jià)格已穩(wěn)步下降至帶增量式編碼器的電機(jī)的價(jià)格點(diǎn)。事實(shí)上，許多供應(yīng)商現(xiàn)在僅提供配備無電池絕對(duì)編碼器的電機(jī)或執(zhí)行器。

使用不帶電池的絕對(duì)編碼器還有另一個(gè)好處。機(jī)器制造商通常面臨著在緊迫的時(shí)間內(nèi)制造定制機(jī)器的壓力。通常，當(dāng)使用絕對(duì)編碼器時(shí)，他們不會(huì)抽出時(shí)間來創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的“重新歸位”程序，以在電池耗盡后初始化絕對(duì)編碼器。很多時(shí)候，客戶發(fā)現(xiàn)他們的機(jī)器不再知道它在哪里，因?yàn)殡姵貨]電了，并且沒有將程序編程到 HMI 和控制器中來幫助輕松更換電池和重新歸位，從而導(dǎo)致生產(chǎn)力損失他們想通了。

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對(duì)于需要絕對(duì)定位輸出的工業(yè)應(yīng)用，編碼器產(chǎn)品 925 型單圈絕對(duì)編碼器提供全數(shù)字輸出和 Opto-ASIC 技術(shù)。

它提供圓形伺服或方形法蘭安裝，以及各種連接器和布線選項(xiàng)，可輕松設(shè)計(jì)以滿足各種應(yīng)用要求。

工業(yè)級(jí)重型軸承和可選的 IP67 密封件支持多種軸尺寸選擇，使其適用于惡劣的環(huán)境。

限位開關(guān) 限位

開關(guān)通常位于執(zhí)行器行程極限末端附近，以防出現(xiàn)問題，并且運(yùn)動(dòng)控制器沒有準(zhǔn)確的位置數(shù)據(jù)。如果機(jī)器具有增量編碼器并且可以在原點(diǎn)搜索之前點(diǎn)動(dòng)，則可能會(huì)發(fā)生這種情況。限位開關(guān)與電機(jī)放大器或運(yùn)動(dòng)控制器一起工作，如果限位開關(guān)信號(hào)激活（通常是關(guān)閉），則使電機(jī)沿行進(jìn)方向停止。這個(gè)簡(jiǎn)單的功能可以消除因高速撞擊執(zhí)行器末端的硬停止而造成的機(jī)器損壞。

不鼓勵(lì)的做法之一是，當(dāng)設(shè)計(jì)人員想要節(jié)省一點(diǎn)錢或復(fù)雜性時(shí)，只需在執(zhí)行器上安裝一個(gè)傳感器，因?yàn)樗麄兪褂玫氖墙^對(duì)編碼器。我們的想法是，在第一次使用絕對(duì)編碼器初始化期間，該傳感器將用作起始傳感器。之后，他們認(rèn)為不需要限位開關(guān)，因?yàn)闄C(jī)器知道它在哪里，并且可以設(shè)置“軟限制”以確保操作員或操作不會(huì)超出這些限制。然而，經(jīng)驗(yàn)表明，使用絕對(duì)編碼器節(jié)省的時(shí)間足以抵消起始傳感器和限位傳感器的成本。如果機(jī)器的每個(gè)電源周期都節(jié)省時(shí)間，那么這些開關(guān)的價(jià)格可以忽略不計(jì)。此外，它們還為可能出現(xiàn)的意外情況提供冗余，并且可能會(huì)發(fā)生一些情況，使任何編碼器無法將正確位置報(bào)告回運(yùn)動(dòng)控制器。例如，電機(jī)軸和執(zhí)行器軸之間的連接松動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致執(zhí)行器不在運(yùn)動(dòng)控制器認(rèn)為的位置，因?yàn)樵谶@種情況下電機(jī)將與執(zhí)行器不同步。

如果您正在設(shè)計(jì)新的運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用程序并正在考慮該控制的基本元素（編碼器和傳感器），請(qǐng)不要偷工減料。絕對(duì)編碼器的成本和復(fù)雜性以及使用它們的好處使得它們應(yīng)被視為位置反饋的標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，為家庭和極限位置添加簡(jiǎn)單、低成本的傳感器只會(huì)給應(yīng)用程序增加很少的成本，并帶來收回成本的好處，因此每次都應(yīng)該包含它們。