詳解亨士樂編碼器實(shí)現(xiàn)定位控制的工作原理。

傳統(tǒng)的控制方案往往采用接近開關(guān)或行程開關(guān)進(jìn)行定位，開關(guān)安裝不方便，難以保證精度。在這種情況下，我們使用絕對(duì)值編碼器來完成位置評(píng)估和控制。

嚴(yán)格來說，亨士樂編碼器只告訴您如何定位和執(zhí)行。它必須依靠CNC系統(tǒng)（或類似PLC的控制器）來控制伺服或步進(jìn)電機(jī)以實(shí)現(xiàn)定位。編碼器就像人眼一樣，知道電機(jī)軸或負(fù)載處于某個(gè)當(dāng)前位置，光電編碼器在行業(yè)中很常用，下面簡要說明。


01、簡要說明Hengstler編碼原理和位置測量

光電編碼器位于一個(gè)非常薄的光碟上，許多小槽由一個(gè)狹窄的儀器蝕刻和雕刻，這相當(dāng)于將360度分成許多相等的部分，例如B.1024組，組之間的每個(gè)角度差為360/1024度=0.3515625度。


然后在碼盤的一側(cè)安裝一個(gè)精確的光源，在碼盤的另一側(cè)將有一個(gè)接收器等，它由光敏元件加上放大和整形電路組成，這樣當(dāng)碼盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，光線將通過間隙，接收器將立即接收光脈沖。經(jīng)過電路處理后，輸出電脈沖信號(hào)。這樣，編碼器將在一次旋轉(zhuǎn)后輸出1024個(gè)脈沖。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)脈沖位置為0時(shí)，第二個(gè)脈沖位置為0.3515625°，第三個(gè)脈沖位置為0.3515625°*2，依此類推，只要儀器能夠讀取脈沖數(shù)，就可以知道碼盤對(duì)應(yīng)的位置。Hengstler編碼器安裝在電機(jī)軸上。電機(jī)軸與編碼器剛性連接，二者的位置關(guān)系一一對(duì)應(yīng)。通過讀取編碼器脈沖，可以知道電機(jī)的軸位置。


例如，電機(jī)軸通過正時(shí)皮帶、齒輪、鏈條等驅(qū)動(dòng)一些負(fù)載。例如，B控制蝸桿，因此存在所謂的電子平移關(guān)系，當(dāng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，蝸桿將前進(jìn)多少毫米，因此讀取亨士樂編碼器輸出的相應(yīng)脈沖數(shù)，蝸桿的當(dāng)前位置可以通過脈沖數(shù)反轉(zhuǎn)。


然而，Hengstler編碼器是圓形的。如果它無限旋轉(zhuǎn)，則角度是無限的，因此構(gòu)造了增量編碼器。旋轉(zhuǎn)一圈后，它發(fā)出三組信號(hào)ABZ，其中AB與上述脈沖相同。AB相位脈沖的一個(gè)圓中有1024個(gè)脈沖，AB相位脈沖對(duì)應(yīng)于一個(gè)圓中的圓周角，兩個(gè)脈沖處于正交狀態(tài)。您可以知道編碼器當(dāng)前是順時(shí)針還是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。


此外，還有一個(gè)Z相脈沖，因?yàn)楫?dāng)圓繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，角度變得無窮無盡時(shí)，它一次只會(huì)重復(fù)一周。編碼器只輸出零相位脈沖。因此，如果Z相脈沖用作參考點(diǎn)，則每次讀取該脈沖時(shí)，系統(tǒng)都將重置為零，從而允許將最大角度控制在360°范圍內(nèi)，這與零參考點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。


這樣，即使系統(tǒng)斷開并重新通電，只要能找到該參考點(diǎn)，您也會(huì)知道絲杠的初始位置。


上述定位稱為增量坐標(biāo)系，因此編碼器為增量編碼器，因其靈活且價(jià)格低廉而被廣泛使用。

如果設(shè)備只需要旋轉(zhuǎn)一次，因此角度在360°范圍內(nèi)，編碼器可以更精確地劃分，例如，它是13位，相當(dāng)于每次旋轉(zhuǎn)2^13個(gè)脈沖，相當(dāng)于360°，也就是說，脈沖數(shù)和角度之間有一對(duì)一的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并且不用擔(dān)心在系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)必須重新調(diào)整系統(tǒng)。這種類型的編碼器稱為單旋轉(zhuǎn)絕對(duì)編碼器。當(dāng)負(fù)載需要進(jìn)行幾圈，但圈數(shù)不能很大時(shí)，例如B，5圈，即5*360°=1800°，在一些高端數(shù)控機(jī)床中，脈沖順序相當(dāng)于1800°。此外，您可以知道螺釘?shù)漠?dāng)前確切位置或一些轉(zhuǎn)動(dòng)工作，并且您不必?fù)?dān)心關(guān)閉系統(tǒng)并將其歸零。


此外，編碼器還具有磁電過程。例如，許多南北距離的小磁鐵在碼盤上進(jìn)行處理。小磁信號(hào)通過霍爾讀出，輸出信號(hào)也被放大并形成電脈沖。點(diǎn)編碼器和光電編碼器相似，價(jià)格便宜，可靠性高，但精度不如光電編碼器。

02、PLC如何評(píng)估編碼器的位置

PLC可以輸入開關(guān)大小，即高壓和低壓，編碼器脈沖信號(hào)可以理解一組開關(guān)在一定時(shí)間內(nèi)以非常高的速度完成。然而，由于該開關(guān)值的頻率太高，PLC的普通I/O端口無法準(zhǔn)確讀取這些脈沖的數(shù)量，因?yàn)镻LC的工作過程中有一個(gè)采樣周期，更新普通I/O端口數(shù)據(jù)需要一些時(shí)間，但編碼器精度太高，每單位時(shí)間輸出的脈沖數(shù)量太高，普通I/O不合適。


一般來說，PLC設(shè)計(jì)有高速計(jì)數(shù)端口。其實(shí)質(zhì)是使用底層單片機(jī)的硬件邏輯來完成這些編碼器的計(jì)數(shù)，避免采樣周期問題。PLC設(shè)計(jì)有特殊的高速計(jì)數(shù)指令。使用時(shí)直接調(diào)用。該命令可以讀取當(dāng)前脈沖值。


然而，在脈沖的計(jì)算和輸出中，由于采樣周期的存在，往往存在滯后效應(yīng)。當(dāng)用于控制某些執(zhí)行器（如氣缸）以觸發(fā)切割動(dòng)作時(shí)，應(yīng)考慮提前補(bǔ)償。


提醒您，如果您想使用PLC控制伺服或步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)，通常不需要通過亨士樂編碼器反饋判斷位置，也不需要通過一些PLS命令向伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)送位置脈沖。位置回路在伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部形成。好吧，PLC端只是一個(gè)指令機(jī)制，并不代表一個(gè)閉合位置回路。當(dāng)然，如果它是由一個(gè)特殊的定位模塊控制的，那么可以使用一種控制方法，例如NC，在內(nèi)部有一個(gè)閉合的位置回路。

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