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图解光电编码器的工作原理 光电编码器

光电编码器(说明光电编码器的工作原理)
严格来说，编码器只会告诉你如何定位，如何执行 。需要通过数控系统(或PLC或其他控制器)控制伺服或步进电机来实现定位 。编码器就像人眼，知道电机轴或负载在当前位置 。工业上一般用光电编码器 。下面简单解释一下 。

1.简述编码原理和位置测量 。
光电编码器在一个又薄又轻的圆盘上，用紧的仪器蚀刻出许多微小的狭缝，相当于把一个360度细分成许多等份，比如1024组，这样每组之间的角度差为360/1024度=0.3515625度 。

然后在码盘的一侧安装有精密的光源，在码盘的另一侧会有接收器之类的东西 。这些元件由光敏电阻和放大整形电路组成，这样当码盘转动时，间隙就会通过，接收器就会瞬间接收到光脉冲 。经过电路处理后，它会输出一个电脉冲信号，使码圈旋转一周，它会相应地输出1024个脉冲 。如果第一个脉冲的位置是0 。第二个脉冲位置是0.3515625，第三个脉冲位置是0.3515625 * 2，以此类推，只要有仪器能读出脉冲数，就能知道码盘对应的位置 。如果编码器安装在电机轴上，电机轴和码盘是刚性连接的，它们之间的位置关系将是一一对应的 。通过读取编码器脉冲，可以知道电机轴的位置 。

例如，电机轴将通过同步带、齿轮、链条等驱动一些负载，如控制螺钉 。，以至于会出现所谓的电子传动比关系 。电机每转一周，螺杆会前进多少毫米，这样你就可以读出相应的编码器输出多少个脉冲，然后你就可以通过脉冲的数量来推断出螺杆当前的位置 。

但是编码器是圆的，如果无限旋转，角度也是无限的 。为此，设计了一种增量式编码器，它每旋转一周将输出三组信号ABZ，其中AB为同一脉冲 。比如上述圆有1024个脉冲，AB相脉冲对应一个圆的圆周角，两个脉冲处于正交状态 。如果是正负，可以通过判断AB相脉冲上升沿和下降沿的顺序来知道编码器 。

还有一个Z相脉冲，因为虽然圆会一直转下去，角度会无穷无尽，但都是周复一周的重复 。零相位脉冲固定在圆上的某个位置，编码器每转一次只输出一个零相位脉冲，所以如果以Z相位脉冲为参考点，系统每读取这个脉冲就会复位一次，最大角度可以控制在360°以内，相当于一个零参考点 。

即使系统坏了再通电，只要能找到这个参考点，就能知道螺杆的初始位置在哪里 。

上面的定位叫做增量坐标系，所以编码器就是增量编码器，因为它的灵活性和价格低廉，所以应用广泛 。
如果设备只需要转一圈，即角度在360°以内，编码器可以细分得更精确 。比如有13位，相当于2-13个功率脉冲转一圈，对应360 。这种脉冲数与角度一一对应，不怕系统断电需要重新调整零位 。这种编码器称为单圈绝对值编码器 。如果负载需要多转几次，但匝数不能很大，比如五转，相当于5 * 360 = 1800，这样脉冲就和1800一一对应了 。这些在一些高端数控机床上都有广泛的应用，让你可以知道丝杠当前的精确位置或者一些旋转的工作，也不用担心系统断电到零的问题 。

此外，编码器具有磁电模式 。比如在码盘上加工许多南北间隔的小磁铁，通过霍尔读取小磁铁的信号，输出的信号也被放大整形为电脉冲 。这个和光电编码器差不多，价格会更便宜，可靠性会更高，但是精度几乎比光电编码器低 。
2.PLC如何通过编码器判断位置？
PLC可以输入开关量，即一个高电平电压和一个低电平电压，而编码器脉冲信号可以理解在一定时间内以极快的速度完成的一组开关量 。但是这个开关量的频率太高，所以PLC的普通I/O口无法准确读取这些脉冲的个数 。因为PLC工作过程中有一个扫描周期，刷新普通I/O口的数据需要一段时间 。但是编码器精度太高，单位时间输出的脉冲数太大，普通I/O无法胜任 。

一般来说，PLC设计有高速计数端口 。本质上是利用底层单片机的硬件逻辑来完成这些编码器的计数，避免了扫描周期的问题 。PLC都设计有特殊的高速计数指令 。使用时，可以直接调用这些指令来读取当前的脉冲值 。

但由于扫描周期的存在，脉冲的计算和输出往往会有滞后效应 。如果用来控制气缸等执行机构进行切割动作，就要考虑提前量的补偿 。

提醒一下，如果想用PLC控制伺服或步进系统，往往不需要通过编码器反馈来判断位置 。你可以通过一些PLS指令等向伺服驱动器发送位置脉冲 。伺服驱动器内部形成位置回路就不错了，而PLC端只是一个指令机构，没有形成位置闭环 。当然，如果用专门的定位模块控制，采用NC控制方式，内部可以建立位置闭环 。


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