单圈绝对值编码器在多圈计数中的应用探讨

单圈绝对值编码器在多圈计数中的应用探讨

在工业自动化技术中，大量的线性和角度偏移必须通过电信号进行处理。编码器是实现这一功能的主要设备。然而，由于不同编码器类型之间的价格差异很大，在实际应用中选择不当很容易导致不适当的使用和浪费。本文主要研究单圈绝对值编码器在多圈过程控制中的应用。



1、概述

编码器是一种旋转传感器，它将旋转位移转换为一系列数字脉冲信号，可用于控制角度位移。当与齿轮带或螺钉组合时，编码器也可用于测量线性位移。编码器产生电信号，并通过数控、可编程逻辑控制PLC、控制系统等进行处理。这些传感器主要用于以下领域：机床、材料加工、电机反馈系统和测控技术。

2、编码器分类

根据工作原理，编码器通常分为增量型和绝对型，这两种类型的区别最大：增量编码器将位移转换为周期性电信号，然后将该电信号转换为计数脉冲，使用脉冲数来表示位移的大小。在增量编码器中，位置由从零位置标记计算的脉冲数确定，而绝对值编码器的位置由读取输出代码确定。在圆圈中，读取每个位置的输出代码是唯一的：绝对值编码器的每个位置都对应于某个数字代码，因此其显示仅与测量的开始和结束位置有关，而与测量无关

数量的中间过程是独立的。因此，在断开电源时，绝对值编码器不会与实际位置分离。当电源再次打开时，位置指示器保持当前有效；与增量编码器不同，有必要搜索零标记。

绝对值编码器也可以分为单旋转编码器和多旋转编码器。对于具有多个旋转的绝对值编码器，制造商利用时钟齿轮机的原理，在中心码盘旋转时通过齿轮驱动另一组码盘（或多组齿轮、多组码盘）。在单圈编码的基础上，增加了转数以扩大编码器的测量范围。这种类型的绝对值编码器被称为多圈绝对值编码器，也是由编码的机械位置决定的，并且每个位置代码都是唯一的，不重复。没有内存。多圈编码器的另一个优点是，由于其测量范围大，在实际使用中通常有更大的操作空间。这样就不需要在安装过程中寻找零点，并且可以使用某个中间位置作为起点，大大简化了安装和故障排除的难度。

3、编码规则

绝对值编码器通常使用格雷码编码方法。当编码一组数字时，当两个相邻的代码只有一个二进制数不同时，这种编码被称为格雷码。此外，由于最大数和十进制数只有一位不同，即“第一个和最后一个相连”，因此也称为循环码或反射码。在数字系统中，代码通常必须按照一定的顺序进行更改。例如，如果使用8421码，那么当数字0111变为1000时，所有四个比特都会改变。然而，在实际电路中，四个比特的变化不能绝对同时发生，并且其他代码（1100、1111等）可能在计数中短暂出现。在某些情况下，可能会出现电路状态错误或输入错误。使用格雷码可以避免此错误。

数量的中间过程是独立的。因此，在断开电源时，绝对值编码器不会与实际位置分离。当电源再次打开时，位置指示器保持当前有效；与增量编码器不同，有必要搜索零标记。

绝对值编码器也可以分为单旋转编码器和多旋转编码器。对于具有多个旋转的绝对值编码器，制造商利用时钟齿轮机的原理，在中心码盘旋转时通过齿轮驱动另一组码盘（或多组齿轮、多组码盘）。在单圈编码的基础上，增加了圈数以扩大编码器的测量范围。这种类型的绝对值编码器被称为具有多个旋转的绝对旋转编码器，这也是由用于编码的机械位置决定的，并且每个位置代码不重复。没有内存。多圈编码器的另一个优点是，由于其测量范围大，在实际使用中通常有更大的操作空间。这样就不需要在安装过程中寻找零点，并且可以使用某个中间位置作为起点，大大简化了安装和故障排除的难度。

格雷码是可靠性编码的一部分，是一种最大限度地减少错误的编码方法。因为尽管自然二进制码可以直接从数模转换器转换为模拟信号，但在某些情况下，例如，当从小数点3转换为4时，二进制码的每一位都会发生变化，这会导致数字电路产生大的峰值电流脉冲。另一方面，格雷码没有这个缺点：当在相邻比特之间转换时，只改变一个比特。当从一种状态转换到下一种状态时，它显著减少了逻辑混乱。由于在这种类型的编码中，两个相邻的代码组之间只有一个位数的差异，方向的旋转偏移的微小变化（这可能导致数字的变化），格雷码只改变一个数字。这比同时改变两个或多个数字的其他编码更可靠，并且可以降低出错的可能性。

格雷码和二进制码之间的转换：从第二位到左XOR，每个位与左位的解码值作为该位的解码价值（左位保持不变）。按顺序异或到最低位置。顺序XOR转换后的值（二进制数）是格雷码转换后的二进制码的值。

用公式表示：

（G：格雷码，B：二进制码）

原始代码：p[n:0]；格雷码：c[n:0]（n∈n）；代码：C=G（p）；解码：p=F（c）

4、实施方法

单圈旋转编码器价格低廉，在实践中得到了广泛的应用。然而，由于其测量范围较小，在安装过程中有必要调整零点，以避免在使用过程中绕着零点旋转编码器。这意味着编码器只能在360度范围内选择，这大大减少了其应用范围。然而，在使用时，通常需要将编码器旋转一圈甚至几圈以上。考虑到成本和使用要求，有必要对编码器编码进行旋转。以10位单圈绝对值编码器为例，编码范围为0-1023，共有1024个编码。传统的方法是使用PLC程序扫描周期（通常为50-100ms）作为时间尺度，并在每个扫描周期内将编码器代码X与1023进行比较。

在这一点上，编码器已经通过了圆圈，这导致了两个问题：1。如果编码器旋转过快，很容易造成代码丢失，即程序无法接收到1023的代码值，因此无法正确确定圆。2.当编码器旋转并精确地停止到1023的代码值时，它通过旋转引起编码器错误信号。

改进的编码处理以可编程逻辑器件的循环扫描周期为时间尺度，即当前周期采用编码a，然后将a与前一周期进行比较

如果B-A>=1没有循环，则比较编码B；当B-A<=1时，编码器通过一个循环。由于A和B的值是基于PLC的扫描周期不断更新的，即使存在代码丢失，这也不会导致对循环的错误评估。

在程序中，MDO是由编码器转换的二进制读取，MD4是当前循环读取，MD8是前一个循环读取，MDR16是速度，MD25是对累积旋转计数后读取的速度。

5、小结

在实际的工业控制过程中，通过PLC编程将单圈绝对值编码器用作多圈绝对值编码器的方法为需要选择多圈绝对编码的设计者提供了一种新的设计思路。经过在工程中的实际应用，它可以完全取代多匝编码器，达到既节省功能又节省成本的效果。