编码器类型【专业教育】.ppt

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1、编码器介绍,主要内容 什么是编码器 编码器的种类 编码器的主要组成部分 增量编码器的原理 绝对值编码器的原理 编码器的机械安装 编码器的应用. 我们能够提供的总线接口,介绍,什么是编码器? 编码器是一个机械与电子紧密结合的精密测量器件。 它通过光电原理或电磁原理将一个机械的几何位移量转换为电子信号（电子脉冲信号或者数据串）。 这种电子信号通常需要连接到控制系统(e.g. PLC、高速计数模块、变频器等),控制系统经过计算便可以得到测量的数据，以便进行下一步工作。 编码器一般应用于机械角度、速度、位置的测量。,介绍,编码器种类,编码器的分类,光电编码器,光电编码器的基本部件,电气输出 短路保护

2、反极性保护 放大电路 抗干扰电路等 数据输出 增量/绝对值,机械系统 旋转轴 安装法兰+附件 轴承系统 支架外壳,数据扫描系统 LED光源&光敏电阻/永磁&霍尔元件 增量码盘/绝对值码盘 数据处理系统,局限性,磁和光电编码器的区别,光电编码器,磁编码器,高分辨率 精度更高 通孔轴套,坚固抗 振动 灰尘 脏 潮湿 成本底,光电编码器,光电编码器读出原理,发光二极管,光电二极管,输出型号,栅格,虑光镜,码盘,磁编码器,磁编码器读出原理 永久磁铁用来激发霍尔传感器 磁铁安装在轴的中心 磁场切割线圈产生电压 霍尔传感器检测方向和运动,永磁铁,霍尔传感器,Absolute Encoders,绝对值和增量

3、编码器的区别,增量编码器,绝对值编码器,传送在一转中每一步的唯一的位置信息 位置信息一直可用,即使在掉电或电源出现故障时 一般应用于角度测量及往复运动,一般用来测试速度与方向 也可以用角度测量，但在掉电或电源出现故障时位置信息丢失,Incremental Encoders,增量编码器 显示速度与旋转方向 显示角度位置(脉冲累计) 角度测量时，如果电源出现故障,所有的位置信息丢失 分辨率通过每转多少脉冲表示,Incremental Encoders,增量编码器脉冲盘设计图 增量信号可以达到10000 脉冲/圈 A/ B/ 0通道 反相同道 0脉冲参考信号 编码器码盘的设计:一般采用以下3种材质

4、玻璃码盘适宜于高精度,镍和塑料码盘适宜于中等精度,Incremental Encoders,增量编码器输出信号： 单通道信号 编码器码盘只有一圈光栅，编码 器有一对光电扫描系统，输出一 通道脉冲信号，后续设备根据单 位时间检测到的脉冲数及编码器 的分辨率计算出的角速度及线速度 信号输出如图： 可以测试速度 不能测试旋转方向,增量编码器输出信号： 双通道信号 编码器码盘有2圈光栅，并且以90度相 位差排列，编码器有2对光电扫描通道， 输出2通道脉冲信号，由于A、B两相相 差90度，可通过比较A相在前还是B相 在前，以判别编码器的正转与反转 信号输出如图： 可以测试速度 可以测试旋转方向,Incr

5、emental Encoders,通道Z,增量编码器输出信号： 3通道信号 在双通道编码器的基础上增加了 一个零位信号，用于基准点定位 一般测长度使用该信号，测速一 般不使用该信号。 信号输出如图： 可以测试速度 可以测试旋转方向 可以定位,Incremental Encoders,Incremental Encoders,增量编码器输出信号： 6通道信号 在3通道编码器的基础上将每一通道信号增加一个反向输出，即为6通道编码器，反向信号的存在主要是为了消除干扰及补偿损耗，以便可以长距离的传输。 信号输出如图：,Output A,Output A,Incremental Encoders,黑色为

6、输出信号，红色为电磁干扰，A-A=2A,Incremental Encoders,输出信号电路 (1/2),适应于: 电磁兼容性环境 长电缆线(最大到 1000 m) 高的数据速率(300 kHz),05V/24V Complementary line-driver (TTL),(refer to encoder catalog),Incremental Encoders,输出信号电路 (2/2),适应于: 直接连接到 PLC(24 V 供电) 最大电缆长度 (最大至 200 m) 高的数据速率 (200 kHz),24V Push pull short circuit protection(

7、HTL),(refer to encoder catalog),Incremental Encoders,电气和机械分辨率 the correlation between the electrical and mechanical limits must be considered when choosing an encoder with the following equation the max. switching frequency or the max. revolutions can be calculate respectively checked Example: Encod

8、er with 1000 pulses and output signal circuit 24K (max. data rate fmax = 200 kHz) Question: What are the maximum revolutions per minute of this encoder ? Solution: Attention: Electrical rpms never higher then mechanical rpms !,rpm = revolutions per minute,Incremental Encoders,增量编码器的产品范围 光电式增量编码器 多种外

9、型尺寸24, 30, 40, 58, mm 轴型编码器BTIV, BDK, BDT, 通孔型编码器BHF, BHG, BHW, 盲孔型编码器BTIH, BHK, BHT, 磁性编码器 多种外型尺寸30, 40, 58, mm 轴型编码器BRIV 30,BRIV 58 通孔型编码器BRID 58, 盲孔型编码器BRIH 40, BRIH 58,Absolute Encoders,绝对值编码器 应用于角度测量及往复运动的测量 在0360的每一个角度位置传输一个唯一的信号 (单圈) 在测量的圈数中，每一圈，每一个位置都有唯一的信号（多圈） 即使在掉电或者电源出现故障时,位置信息一直可用.不必复零 !

10、 码盘材质一般为玻璃或高分子材料！,数据盘设计图 绝对输出信号 分辨率达到18BIT的绝对信号 格雷码与二进制码输出 ASIC光电编码,Absolute Encoders,01111100,Absolute Encoders,格雷码和二进制码,格雷码,二进制码,Absolute Encoders,绝对值单圈和多圈编码器 单圈绝对编码器传输一圈内唯一的信号 (0360) 单转的位置来源于码盘或霍尔传感器 多圈绝对编码器传输完整的一圈后继续计数. 计数靠电池缓冲记忆 例如:磁性多圈绝对编码器BRIH 58,锂电池,霍尔传感器,磁簧继电器,Absolute Encoders,传统机械式绝对多圈编码器

11、 劣势 LED灯的寿命(430 用LED) 没有办法检测齿轮的机械故障 任何编码器失效是一个安全冒险 具体产品请见我们所拆的别的品牌的样品. 堡盟的多圈编码器 计数时没有LED与齿轮 失效前将报警,Absolute Encoders,Baumer 光电绝对多圈编码器,Absolute Encoders,Baumer 绝对多圈编码器的读出原理 领先的优势与专利技术 无接触的计数原理 没有用来多圈读出的机械的和LED灯 永久计数靠超低功耗电子系统 高可靠性的锂电池 最大的安全和高可靠性 低功耗和自加热 强大的抗冲击与防震动能力 (最大 200 g / 6 ms) 新的锂电池达到-40C+125C

12、没有外部电源,锂电池在25C时的寿命10 年 出错时有信号输出,Absolute Encoders,电池寿命,encoder in operation: BEST CASELithium cell lifetime with external supply24h/d, 365d/y, 35C NORMAL CASEoperation with and without external supply (rate 1:1), 35C WORST CASEencoder without external supply24h/d, 365 d/y, 35C,100,time year,capacity

13、 %,2 4 6 810121416 18 20 22 24,900,800,700,600,500,400,300,200,100,1000,capacity mAh,19,Absolute Encoders,机械式和Baumer多圈编码器比较,堡盟的磁性多圈编码器,机械式多圈编码器,速度可以达到 10000转速( rpm) 抗冲击可以达到 200 g 靠锂电池的缓冲把数据储存在EEPROM里 非常适合于动态驱动器,速度只能达到 6000 rpm 抗冲击仅为 100 g 以机械传动的方式储存数据 不适合动态驱动器,机械,机械接口,盲孔轴套编码器 轴径 1.5 .50,8 mm 外壳直径 24

14、.80 mm 安装附件丰富,轴型编码器 轴径 4.12 mm 外壳直径 24.89 mm 夹紧或者伺服法兰 安装附件丰富,通孔轴套编码器 轴径 1.5 .110 mm 外壳尺寸 58.227 mm 安装附件丰富,机械,编码器安装 version 1:外壳固定，使用柔性联轴器,coupling,适配器板,机械,编码器安装类型 2:外壳固定，使用柔性联轴器,伺服法兰,连轴器,编码器安装类型 3:外壳固定，使用柔性联轴器,机械,编码器安装 类型 3:外壳可移动, 轴固定，通过销钉力矩安装,螺丝 (盲孔),力矩销/力矩 弹片,机械,编码器安装 类型 4:外壳可移动, 轴固定，通过弹簧力矩安装,机械,编

15、码器寿命的影响 轴负载 转速 温度 振动 联轴器可以减轻振动，矫正垂直度、同心度不好等问题,垂直度矫正,同心度矫正,机械,柔性轴套编码器的好处 安装尺寸小 安装灵活 机械零点设定更简便 轴负载小 防止热传导,Absolute Encoders,绝对值编码器范围 光电单圈,多圈绝对值编码器 各种外型尺寸42, 58, mm 轴型编码器BPSV, BMA, BEMV, 通孔型编码器BFG, BOSD, BOMH, 盲孔型编码器BFF, BOSH, BMG, 磁性单圈,多圈绝对值编码器 各种外型尺寸30, 40, 42, 58, mm 轴型编码器BMSV 30, BMSK, BMMH, 通孔型编码器

16、- 盲孔型编码器BMSH 40, BMMH, BMSH, ,Encoder Interfaces,绝对值编码器电气接口 并口 方便:每一位对应一根线 位数越高,价格越贵 SSI (同步串行接口) 点对点连接 高的数据速率 现场总线系统 Profibus CANopen DeviceNet EtherCAT,光电编码器,客户对光电编码器的需求,电气接口 标准输出电路 短路保护 符合 电磁兼容性 (CE) 标准连接方式,轴 可承受高的轴负载 机械标准 较高的防护等级 严密的机械冗余 安装简单,光电式读出 高分辨率 参考信号 (增量式) 判定旋转方向 精确扫描读出系统,Encoder Interfa

17、ces,现场总线接口 Profibus 西门子可编程控制器S5,S7(欧洲市场的先锋) DeviceNet 罗科韦尔可编程控制器 (美国市场的先锋) CANopen 许多PLC的制造商,如:博世,贝加莱等. Pc板厂 汽车制造厂 EtherCAT 贝加莱的可编程控制器,电气输出,电子接口 供电/ 输出信号 5 VDC TTL 兼容 互补型, RS 422 10 30 VDC 推拉式, 短路保护 4.5 30 VDC 推拉式,互补型,短路保护 现场总线 CANopen Profibus-DP DeviceNet 。,Encoder Interfaces,SSI (Synchronous Seri

18、al Interface),Encoder Interfaces,现场总线的架构 现场总线优于SSI的地方是:几种不同的编码器可以连接到相同的总线上.(而不是象SSI的那样点对点的连接),Encoder Interfaces,Profibus-DP主要特性 连接西门子设备 RS485电平 双绞线电缆 数据速率可以到 12 Mbit/s 在 93.75 Kbit/s时电缆长度可以到 1200 米 没有中继器可以连接32个点每一个主站可以连接124个点 在 12 Mbit/s and 32 participants的响应时间可以达到1ms,Encoder Interfaces,CANopen主要特性 汽车行业多用博世的总线 基于RS485的电平,略有延长. 数据速率可以达到 1 Mbit/s 电缆长度可以达到 1200 m 多主结构与高效的沟通,每一个响应都能得到及时的回复 可以达到 100 总线点 实时监控 最大反应时间130微秒的1Mbit / s和节点 1,Thank you!,