軟啟動伺服系統(tǒng)編碼器

1、軟啟動伺服系統(tǒng)編碼器軟啟動電壓由零慢慢提升到額定電壓，使電機啟動的全過程都不存在沖擊轉矩，而是平滑的啟動運行。這就是軟啟動。概念電壓由零慢慢提升到額定電壓，這樣電機在啟動過程中的啟動電流，就由過去過載沖擊電流不可控制變成為可控制。并且可根據(jù)需要調節(jié)啟動電流的大小。電機啟動的全過程都不存在沖擊轉矩，而是平滑的啟動運行。這就是軟啟動。 簡介軟啟動器（soft starter）是一種集電機軟起動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護功能于一體的新穎電機控制裝置，國外稱為Soft Starter。它的主要構成是串接于電源與被控電機之間的三相反并聯(lián)閘管及其電子控制電路。運用不同的方法，控制三相反并聯(lián)閘管的導通角，

2、使被控電機的輸入    電壓按不同的要求而變化，就可實現(xiàn)不同的功能。軟起動器和變頻器是兩種完全不同用途的產品。變頻器是用于需要調速的地方，其輸出不但改變電壓而且同時改變頻率；軟起動器實際上是個調壓器，用于電機起動時，輸出只改變電壓并沒有改變頻率。變頻器具備所有軟起動器功能，但它的價格比軟起動器貴得多，結構也復雜得多。電動機軟起動器是運用串接于電源與被控電機之間的軟起動器，控制其內部晶閘管的導通角，使電機輸入電壓從零以預設函數(shù)關系逐漸上升，直至起動結束，賦予電機全電壓，即為軟起動，在軟起動過程中，電機起動轉矩逐漸增加，轉速也逐漸增加。 起動方式軟起動一般有下面幾種起動方式：

3、（1）斜坡升壓軟起動。 （2）斜坡恒流軟起動。 （3）階躍起動。 (4) 脈沖沖擊起動 工作原理軟啟器采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調壓器，將其接入電源和電動機定子之間。這種電路如三相全控橋式整流電路。使用軟啟動器啟動電動機時，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動機逐漸加速，直到晶閘管全導通，電動機工作在額定電壓的機械特性上，實現(xiàn)平滑啟動，降低啟動電流，避免啟動過流跳閘。待電機達到額定轉數(shù)時，啟動過程結束，軟啟動器自動用旁路接觸器取代已完成任務的晶閘管，為電動機正常運轉提供額 定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長軟啟動器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網(wǎng)避免了諧波污染。軟啟動器同時還提供軟停車功能，軟停車

4、與軟啟動過程相反，電壓逐漸降低，轉數(shù)逐漸下降到零，避免自由停車引起的轉矩沖擊。 與傳統(tǒng)減壓起動方式區(qū)別無沖擊電流軟啟動器在起動電機時，通過逐漸增大晶閘管導通角，使電機起動電流從零線性上升至設定值。對電機無沖擊，提高了供電可靠性，平穩(wěn)起動，減少對負載機械的沖擊轉矩，延長機器使用壽命。 有軟停車功能即平滑減速，逐漸停機，它可以克服瞬間斷電停機的弊病，減輕對重載機械的沖擊，避免高程供水系統(tǒng)的水錘效應，減少設備損壞。 起動參數(shù)可調根據(jù)負載情況及電網(wǎng)繼電保護特性選擇，可自由地無級調整至最佳的起動電流。 幾種大型電機起動方法之比較當前我國經(jīng)濟已經(jīng)進入了一個新的發(fā)展階段，大型企業(yè)和大型裝備越來越多，大型電機

5、（5000kW60000kW）的應用越來越多，大型電機的起動方法也越來越受到人們的重視。 社會發(fā)展是有階段性的。在不同階段，人們的生產手段、生產工具和生活用品都有很大的不同。上世紀8090年代，我國的經(jīng)濟實力尚較薄弱，當時的小水泥和小鋼鐵發(fā)展很快，1000kW4000kW電機的應用增長很快，與當時的經(jīng)濟基礎相適應的液態(tài)起動裝置出現(xiàn)，它經(jīng)濟實用，解決了電機起動中的一些問題。對當時的經(jīng)濟發(fā)展起到了一定的作用。到世紀之交時期，我國經(jīng)濟實力已有較大的發(fā)展，生產手段和生產工具亦有了較大發(fā)展，電機容量也有了很大增長，人們開始不滿足液態(tài)起動裝置的低性能，于是晶閘管串聯(lián)式（固態(tài)）軟起動裝置的應用開始增加，繼而

6、又出現(xiàn)了開關變壓器式軟起動裝置和磁飽和電抗器式（磁控）起動裝置，變頻裝置用于電機軟起動的情況也越來越多，當前這四種產品是大型電機起動市場的主流產品，液態(tài)起動裝置則應用在小型（5000kW以下）電機上較多。另外，兩種老式起動方法（自耦變壓器和變壓器-電動機組）也常常出現(xiàn)在20000kW以下電機的起動上。 大型電機驅動的設備一般都是企業(yè)的核心設備，直接影響企業(yè)的生產狀況，因此人們應該對其起動給予特別的關注，合理的選擇起動裝置將給企業(yè)帶來很大的經(jīng)濟效益。但是電機起動技術畢竟不是一個企業(yè)的核心技術，許多企業(yè)的電氣工作者很少有時間來研究各種起動方法之間的差別，往往會造成不恰當?shù)倪x擇，有時甚至不得不做出第

7、二次選擇，給企業(yè)造成不應有的損失。因此，如實地說明各種起動方法的性能及其差別是非常重要的。 電動機直接全壓起動的危害性及軟起動好處 引起電網(wǎng)電壓波動，影響同電網(wǎng)其它設備的運行 交流電動機在全壓直接起動時，起動電流會達到額定電流的47倍，當電機的容量相對較大時，該起動電流會引起電網(wǎng)電壓的急劇下降，影響同電網(wǎng)其它設備的正常運行。 軟起動時，起動電流一般為額定電流的23倍，電網(wǎng)電壓波動率一般在10%以內，對其它設備的影響非常小。 對電網(wǎng)的影響 對電網(wǎng)的影響主要表現(xiàn)在兩個方面： 超大型電機直接起動的大電流對電網(wǎng)的沖擊幾乎類似于三相短路對電網(wǎng)的沖擊，常常會引發(fā)功率振蕩，使電網(wǎng)失去穩(wěn)定。 起動電流中含有大

8、量的高次諧波，會與電網(wǎng)電路參數(shù)引起高頻諧振，造成繼電保護誤動作、自動控制失靈等故障。 軟起動時起動電流大幅度降低，以上影響可完全免除。 傷害電機絕緣，降低電機壽命 大電流產生的焦耳熱反復作用于導線外絕緣，使絕緣加速老化、壽命降低。 大電流產生的機械力使導線相互摩擦，降低絕緣壽命。 高壓開關合閘時觸頭的抖動現(xiàn)象會在電機定子繞組上產生操作過電壓，有時會達到外加電壓的5倍以上，這樣高的過電壓會對電機絕緣造成極大傷害。 軟起動時，最大電流降低一半左右，瞬間發(fā)熱量僅為直起的1/4左右，絕緣壽命會大大延長；軟起時電機端電壓可以從零起調，可完全免除過電壓傷害。 電動力對電機的傷害 大電流在電機定子線圈和轉子

9、鼠籠條上產生很大的沖擊力，會造成夾緊松動、線圈變形、鼠籠條斷裂等故障。 軟起動時，由于最大電流小，則沖擊力大大減輕。 對機械設備的傷害 全壓直接起動時的起動轉矩大約為額定轉矩的2倍，這么大的力矩突然加在靜止的機械設備上，會加速齒輪磨損甚至打齒、加速皮帶磨損甚至拉斷皮帶、加速風葉疲勞甚至折斷風葉等等。 軟起動的轉矩不會超過額定轉矩，上述弊端可以完全克服。 當采用減壓起動時，上述危害只有一定程度的降低；當采用軟起動時，上述危害幾乎完全消失；獨立變壓器供電方式直接起動只能在電網(wǎng)電壓波動方面有所緩解，而其它方面的危害都照樣存在。 超大型電動機的價值都很高，在生產中也都起著核心作用。它的一點故障便會造成

10、很大的經(jīng)濟損失，對它采用完善的保護是非常必要的。比如說對一臺電機我們不能指望它的各處絕緣都是完全一致的，可能在某一點就有個薄弱環(huán)節(jié)，出廠試驗時它能通過，但在長時間的沖擊下這個薄弱環(huán)節(jié)會逐漸首先顯露出來，使其壽命縮短。如果我們采取軟起動，則可以大大延長電機的使用壽命，這兩種方案哪一個合算呢？這是顯而易見的。 軟啟動節(jié)能節(jié)能運行模式：輕載時降低電壓減少了激磁電流，電機電流分為有功分量和無功分量（激磁分量）提高COS。 節(jié)能運行模式：當電動機負載輕時，軟啟動器在選擇節(jié)能功能的狀態(tài)下，PF開關熱撥至Y位，在電流反饋的作用下，軟啟動器自動降低電動機電壓。減少了電動機電流的勵磁分量。從而提高了電動機的功率

11、因數(shù)（COS）。（國產軟啟動器多無此功能）在接觸器旁路狀態(tài)下無法實現(xiàn)此功能。TPF開關提供了節(jié)能功能的兩種反應時間；正常、慢速。節(jié)能運行模式：自動節(jié)能運行。（正常、慢速兩種反應速度）空載節(jié)能40%，負載節(jié)能5%。 日常維修檢查平時注意檢查軟起動的環(huán)境條件，防止在超過其允許的環(huán)境條件下運行。注意檢查軟起動器周圍是否有妨礙其通風散熱的物體，確保軟起動器四周有足夠的空間（大于150mm）。 定期檢查配電線端子是否松動，柜內元器件有否過熱、變色、焦臭味等異常現(xiàn)象。 定期清掃灰塵，以免影響散熱，防止晶閘管因溫升過高而損壞，同時也可避免因積塵引起的漏電和短路事故。 清掃灰塵可用干燥的毛刷進行，也可用于皮老

12、虎吹和吸塵器吸。對于大塊污垢，可用絕緣棒去除。若有條件，可用0.6MPa左右的壓縮空氣吹除。 平時注意觀察風機的運行情況，一旦發(fā)現(xiàn)風機轉速慢或異常，應及時修理（如清除油垢、積塵，加潤滑油，更換損壞或變質的電容器）。對損壞的風機要及時更換。如果在沒有風機的情況下使用軟起動器，將會損壞晶閘管。 如果軟起動使用環(huán)境較潮濕或易結露，應經(jīng)常用紅外燈泡或電吹風烘干，驅除潮氣，以避免漏電或短路事故的發(fā)生。伺服系統(tǒng)伺服是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標（或給定值）的任意變化的自動控制系統(tǒng)。它的主要任務是按控制命令的要求、對功率進行放大、變換與調控等處理，使驅動裝置輸出的力矩、速度和位置控制

13、的非常靈活方便。伺服和變頻的異同伺服與變頻的一個重要區(qū)別是： 變頻可以無編碼器，伺服則必須有編碼器，作電子換向用. 一、兩者的共同點： 交流伺服的技術本身就是借鑒并應用了變頻的技術，在直流電機的伺服控制的基礎上通過變頻的PWM方式模仿直流電機的控制方式來實現(xiàn)的，也就是說交流伺服電機必然有變頻的這一環(huán)節(jié)：變頻就是將工頻的50、60HZ的交流電先整流成直流電，然后通過可控制門極的各類晶體管（IGBT，IGCT等）通過載波頻率和PWM調節(jié)逆變?yōu)轭l率可調的波形類似于正余弦的脈動電，由于頻率可調，所以交流電機的速度就可調了（n=60f/p ，n轉速，f頻率， p極對數(shù)） 二、談談變頻器： 簡單的變頻器只

14、能調節(jié)交流電機的速度，這時可以開環(huán)也可以閉環(huán)要視控制方式和變頻器而定，這就是傳統(tǒng)意義上的V/F控制方式?，F(xiàn)在很多的變頻已經(jīng)通過數(shù)學模型的建立，將交流電機的定子磁場UVW3相轉化為可以控制電機轉速和轉矩的兩個電流的分量，現(xiàn)在大多數(shù)能進行力矩控制的著名品牌的變頻器都是采用這樣方式控制力矩，UVW每相的輸出要加摩爾效應的電流檢測裝置，采樣反饋后構成閉環(huán)負反饋的電流環(huán)的PID調節(jié)；ABB的變頻又提出和這樣方式不同的直接轉矩控制技術，具體請查閱有關資料。這樣可以既控制電機的速度也可控制電機的力矩，而且速度的控制精度優(yōu)于v/f控制，編碼器反饋也可加可不加，加的時候控制精度和響應特性要好很多。 三、談談伺服

15、： 驅動器方面：伺服驅動器在發(fā)展了變頻技術的前提下，在驅動器內部的電流環(huán)，速度環(huán)和位置環(huán)（變頻器沒有該環(huán)）都進行了比一般變頻更精確的控制技術和算法運算，在功能上也比傳統(tǒng)的伺服強大很多，主要的一點可以進行精確的位置控制。通過上位控制器發(fā)送的脈沖序列來控制速度和位置（當然也有些伺服內部集成了控制單元或通過總線通訊的方式直接將位置和速度等參數(shù)設定在驅動器里），驅動器內部的算法和更快更精確的計算以及性能更優(yōu)良的電子器件使之更優(yōu)越于變頻器。 電機方面：伺服電機的材料、結構和加工工藝要遠遠高于變頻器驅動的交流電機（一般交流電機或恒力矩、恒功率等各類變頻電機），也就是說當驅動器輸出電流、電壓、頻率變化很快的

16、電源時，伺服電機就能根據(jù)電源變化產生響應的動作變化，響應特性和抗過載能力遠遠高于變頻器驅動的交流電機，電機方面的嚴重差異也是兩者性能不同的根本。就是說不是變頻器輸出不了變化那么快的電源信號，而是電機本身就反應不了，所以在變頻的內部算法設定時為了保護電機做了相應的過載設定。當然即使不設定變頻器的輸出能力還是有限的，有些性能優(yōu)良的變頻器就可以直接驅動1伺服電機！ 四、談談交流電機： 交流電機一般分為同步和異步電機 1、交流同步電機：就是轉子是由永磁材料構成，所以轉動后，隨著電機的定子旋轉磁場的變化，轉子也做響應頻率的速度變化，而且轉子速度=定子速度，所以稱"同步"。 2、交流異

17、步電機：轉子由感應線圈和材料構成。轉動后，定子產生旋轉磁場，磁場切割定子的感應線圈，轉子線圈產生感應電流，進而轉子產生感應磁場，感應磁場追隨定子旋轉磁場的變化，但轉子的磁場變化永遠小于定子的變化，一旦等于就沒有變化的磁場切割轉子的感應線圈，轉子線圈中也就沒有了感應電流，轉子磁場消失，轉子失速又與定子產生速度差又重新獲得感應電流。所以在交流異步電機里有個關鍵的參數(shù)是轉差率就是轉子與定子的速度差的比率。 3、對應交流同步和異步電機變頻器就有相映的同步變頻器和異步變頻器，伺服電機也有交流同步伺服和交流異步伺服，當然變頻器里交流異步變頻常見，伺服則交流同步伺服常見。伺服電機伺服電機（servo mot

18、or ）是指在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉的發(fā)動機，是一種補助馬達間接變速裝置。伺服電機可使控制速度，位置精度非常準確，可以將電壓信號轉化為轉矩和轉速以驅動控制對象。伺服電機轉子轉速受輸入信號控制，并能快速反應，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機電時間常數(shù)小、線性度高、始動電壓等特性，可把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是，當信號電壓為零時無自轉現(xiàn)象，轉速隨著轉矩的增加而勻速下降。功能及作用比較交流伺服電動機 交流伺服電動機定子的構造基本上與電容分相式單相異步電動機相似.其定子上裝有兩個位置互差90°的繞組，一個是勵磁

19、繞組Rf，它始終接在交流電壓Uf上；另一個是控制繞組L，聯(lián)接控制信號電壓Uc。所以交流伺服電動機又稱兩個伺服電動機。 交流伺服電動機的轉子通常做成鼠籠式，但為了使伺服電動機具有較寬的調速范圍、線性的機械特性，無“自轉”現(xiàn)象和快速響應的性能，它與普通電動機相比，應具有轉子電阻大和轉動慣量小這兩個特點。目前應用較多的轉子結構有兩種形式：一種是采用高電阻率的導電材料做成的高電阻率導條的鼠籠轉子，為了減小轉子的轉動慣量，轉子做得細長；另一種是采用鋁合金制成的空心杯形轉子，杯壁很薄，僅0.2-0.3mm，為了減小磁路的磁阻，要在空心杯形轉子內放置固定的內定子.空心杯形轉子的轉動慣量很小，反應迅速，而且運

20、轉平穩(wěn)，因此被廣泛采用。 交流伺服電動機在沒有控制電壓時，定子內只有勵磁繞組產生的脈動磁場，轉子靜止不動。當有控制電壓時，定子內便產生一個旋轉磁場，轉子沿旋轉磁場的方向旋轉，在負載恒定的情況下，電動機的轉速隨控制電壓的大小而變化，當控制電壓的相位相反時，伺服電動機將反轉。 永磁交流伺服電動機 20世紀80年代以來，隨著集成電路、電力電子技術和交流可變速驅動技術的發(fā)展，永磁交流伺服驅動技術有了突出的發(fā)展，各國著名電氣廠商相繼推出各自的交流伺服電動機和伺服驅動器系列產品并不斷完善和更新。交流伺服系統(tǒng)已成為當代高性能伺服系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，使原來的直流伺服面臨被淘汰的危機。90年代以后，世界各國已經(jīng)

21、商品化了的交流伺服系統(tǒng)是采用全數(shù)字控制的正弦波電動機伺服驅動。交流伺服驅動裝置在傳動領域的發(fā)展日新月異。 永磁交流伺服電動機同直流伺服電動機比較，主要優(yōu)點有： 無電刷和換向器，因此工作可靠，對維護和保養(yǎng)要求低。 定子繞組散熱比較方便。 慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性。 適應于高速大力矩工作狀態(tài)。 同功率下有較小的體積和重量。 伺服電動機與單相異步電動機比較 交流伺服電動機的工作原理與分相式單相異步電動機雖然相似，但前者的轉子電阻比后者大得多，所以伺服電動機與單機異步電動機相比，有三個顯著特點： 1、起動轉矩大 由于轉子電阻大，與普通異步電動機的轉矩特性曲線相比，有明顯的區(qū)別。它可使臨界轉差率S0

22、>1，這樣不僅使轉矩特性（機械特性）更接近于線性，而且具有較大的起動轉矩。因此，當定子一有控制電壓，轉子立即轉動，即具有起動快、靈敏度高的特點。 2、運行范圍較廣 3、無自轉現(xiàn)象 正常運轉的伺服電動機，只要失去控制電壓，電機立即停止運轉。當伺服電動機失去控制電壓后，它處于單相運行狀態(tài)，由于轉子電阻大，定子中兩個相反方向旋轉的旋轉磁場與轉子作用所產生的兩個轉矩特性（T1S1、T2S2曲線）以及合成轉矩特性（TS曲線） 交流伺服電動機的輸出功率一般是0.1-100W。當電源頻率為50Hz，電壓有36V、110V、220、380V；當電源頻率為400Hz，電壓有20V、26V、36V、115V

23、等多種。 交流伺服電動機運行平穩(wěn)、噪音小。但控制特性是非線性，并且由于轉子電阻大，損耗大，效率低，因此與同容量直流伺服電動機相比，體積大、重量重，所以只適用于0.5-100W的小功率控制系統(tǒng)。 性能比較伺服電機與步進電機的性能比較 步進電機作為一種開環(huán)控制的系統(tǒng)，和現(xiàn)代數(shù)字控制技術有著本質的聯(lián)系。在目前國內的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進電機的應用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機也越來越多地應用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應數(shù)字控制的發(fā)展趨勢，運動控制系統(tǒng)中大多采用步進電機或全數(shù)字式交流伺服電機作為執(zhí)行電動機。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號），但在使用性能和應用場合上存在著

24、較大的差異?，F(xiàn)就二者的使用性能作一比較。 一、控制精度不同 兩相混合式步進電機步距角一般為 1.8°、0.9°，五相混合式步進電機步距角一般為0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步進電機通過細分后步距角更小。如三洋公司（SANYO DENKI）生產的二相混合式步進電機其步距角可通過撥碼開關設置為1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了兩相和五相混合式步進電機的步距角。 交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉

25、編碼器保證。以三洋全數(shù)字式交流伺服電機為例，對于帶標準2000線編碼器的電機而言，由于驅動器內部采用了四倍頻技術，其脈沖當量為360°/8000=0.045°。對于帶17位編碼器的電機而言，驅動器每接收131072個脈沖電機轉一圈，即其脈沖當量為360°/131072=0.0027466°，是步距角為1.8°的步進電機的脈沖當量的1/655。 二、低頻特性不同 步進電機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。振動頻率與負載情況和驅動器性能有關，一般認為振動頻率為電機空載起跳頻率的一半。這種由步進電機的工作原理所決定的低頻振動現(xiàn)象對于機器的正常運轉非常不利。

26、當步進電機工作在低速時，一般應采用阻尼技術來克服低頻振動現(xiàn)象，比如在電機上加阻尼器，或驅動器上采用細分技術等。 交流伺服電機運轉非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統(tǒng)內部具有頻率解析機能（FFT），可檢測出機械的共振點，便于系統(tǒng)調整。 三、矩頻特性不同 步進電機的輸出力矩隨轉速升高而下降，且在較高轉速時會急劇下降，所以其最高工作轉速一般在300600RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出，即在其額定轉速（一般為2000RPM或3000RPM）以內，都能輸出額定轉矩，在額定轉速以上為恒功率輸出。 四、過載能力不同 步進電機一般不具有過載能

27、力。交流伺服電機具有較強的過載能力。以三洋交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過載和轉矩過載能力。其最大轉矩為額定轉矩的二到三倍，可用于克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩。步進電機因為沒有這種過載能力，在選型時為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉矩的電機，而機器在正常工作期間又不需要那么大的轉矩，便出現(xiàn)了力矩浪費的現(xiàn)象。 五、運行性能不同 步進電機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉的現(xiàn)象，停止時轉速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應處理好升、降速問題。交流伺服驅動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內部構成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進電機的

28、丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。 六、速度響應性能不同 步進電機從靜止加速到工作轉速（一般為每分鐘幾百轉）需要200400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以山洋400W交流伺服電機為例，從靜止加速到其額定轉速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。 綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進電機。但在一些要求不高的場合也經(jīng)常用步進電機來做執(zhí)行電動機。所以，在控制系統(tǒng)的設計過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當?shù)目刂齐姍C。編碼器   編碼器（encoder）是將信號（如比特流）或數(shù)據(jù)進行編制、轉換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設

29、備。 編碼器把角位移或直線位移轉換成電信號，前者稱為碼盤，后者稱為碼尺按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種接觸式采用電刷輸出，一電刷接觸導電區(qū)或絕緣區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是"1”還是“0”；非接觸式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件時以透光區(qū)和不透光區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是"1”還是"0”，通過"1”和“0”的二進制編碼來將采集來的物理信號轉換為機器碼可讀取的電信號用以通訊、傳輸和儲存。 利用電磁感應原理將兩個平面型繞組之間的相對位移轉換成電信號的測量元件，用于長度測量工具。感應同步器（俗稱編碼器、光柵尺）分為直線式和旋轉式兩類。前者由定

30、尺和滑尺組成，用于直線位移測量；后者由定子和轉子組成，用于角位移測量。1957年美國的R.W.特利普等在美國取得感應同步器的專利，原名是位置測量變壓器，感應同步器是它的商品名稱，初期用于雷達天線的定位和自動跟蹤、導彈的導向等。在機械制造中，感應同步器常用于數(shù)字控制機床、加工中心等的定位反饋系統(tǒng)中和坐標測量機、鏜床等的測量數(shù)字顯示系統(tǒng)中。它對環(huán)境條件要求較低，能在有少量粉塵、油霧的環(huán)境下正常工作。定尺上的連續(xù)繞組的周期為2毫米。滑尺上有兩個繞組，其周期與定尺上的相同，但相互錯開1/4周期(電相位差90°)。感應同步器的工作方式有鑒相型和鑒幅型的兩種。前者是把兩個相位差90°、

31、頻率和幅值相同的交流電壓U1 和U2分別輸入滑尺上的兩個繞組，按照電磁感應原理，定尺上的繞組會產生感應電勢U。如滑尺相對定尺移動，則U的相位相應變化，經(jīng)放大后與U1和U2比相、細分、計數(shù)，即可得出滑尺的位移量。在鑒幅型中，輸入滑尺繞組的是頻率、相位相同而幅值不同的交流電壓，根據(jù)輸入和輸出電壓的幅值變化，也可得出滑尺的位移量。由感應同步器和放大、整形、比相、細分、計數(shù)、顯示等電子部分組成的系統(tǒng)稱為感應同步器測量系統(tǒng)。它的測長精確度可達3微米/1000毫米，測角精度可達1/360°。 按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對式兩類。 增量式增量式編碼器是將位移轉換成周期性的電信號，再把這個電

32、信號轉變成計數(shù)脈沖，用脈沖的個數(shù)表示位移的大小。 絕對式絕對式編碼器的每一個位置對應一個確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關，而與測量的中間過程無關。（REP） 故障分類（1）編碼器本身故障:是指編碼器本身元器件出現(xiàn)故障，導致其不能產生和輸出正確的波形。這種情況下需更換編碼器或維修其內部器件。 （2）編碼器連接電纜故障:這種故障出現(xiàn)的幾率 最高，維修中經(jīng)常遇到，應是優(yōu)先考慮的因素。通常為編碼器電纜斷路、短路或接觸不良，這時需更換電纜或接頭。還應特別注意是否是由于電纜固定不緊，造成松動引起開焊或斷路，這時需卡緊電纜。 （3）編碼器+5V電源下降:是指+5V電源過低， 通常不能低

33、于4.75V，造成過低的原因是供電電源故障或電源傳送電纜阻值偏大而引起損耗，這時需檢修電源或更換電纜。 （4）絕對式編碼器電池電壓下降:這種故障通常有含義明確的報警，這時需更換電池，如果參考點位置記憶丟失，還須執(zhí)行重回參考點操作。 （5）編碼器電纜屏蔽線未接或脫落:這會引入干擾信號，使波形不穩(wěn)定，影響通信的準確性，必須保證屏蔽線可靠的焊接及接地。 （6）編碼器安裝松動:這種故障會影響位置控制 精度，造成停止和移動中位置偏差量超差，甚至剛一開機即產生伺服系統(tǒng)過載報警，請?zhí)貏e注意。 （7）光柵污染 這會使信號輸出幅度下降，必須用脫脂棉沾無水酒精輕輕擦除油污。1 優(yōu)點   編碼器

34、從接近開關、光電開關到旋轉編碼器 工業(yè)控制中的定位，接近開關、光電開關的應用已經(jīng)相當成熟了，而且很好用?？墒?，隨著工控的不斷發(fā)展，又有了新的要求，這樣，選用旋轉編碼器的應用優(yōu)點就突出了： 信息化除了定位，控制室還可知道其具體位置 柔性化定位可以在控制室柔性調整 現(xiàn)場安裝的方便和安全、長壽：拳頭大小的一個旋轉編碼器，可以測量從幾個到幾十幾百米的距離，n個工位，只要解決一個旋轉編碼器的安全安裝問題，可以避免諸多接近開關、光電開關在現(xiàn)場機械安裝麻煩，容易被撞壞和遭高溫、水氣困擾等問題。由于是光電碼盤，無機械損耗，只要安裝位置準確，其使用壽命往往很長。 多功能化除了定位，還可以遠傳當前位置，換算運動速

35、度，對于變頻器，步進電機等的應用尤為重要。 經(jīng)濟化對于多個控制工位，只需一個旋轉編碼器的成本，以及更主要的安裝、維護、損耗成本降低，使用壽命增長，其經(jīng)濟化逐漸突顯出來。 如上所述優(yōu)點，旋轉編碼器已經(jīng)越來越廣泛地被應用于各種工控場合。 絕對式編碼器   德國resatron編碼器旋轉增量式編碼器以轉動時輸出脈沖，通過計數(shù)設備來知道其位置，當編碼器不動或停電時，依靠計數(shù)設備的內部記憶來記住位置。這樣，當停電后，編碼器不能有任何的移動，當來電工作時，編碼器輸出脈沖過程中，也不能有干擾而丟失脈沖，不然，計數(shù)設備記憶的零點就會偏移，而且這種偏移的量是無從知道的，只有錯誤的生產結果出現(xiàn)

36、后才能知道。 解決的方法是增加參考點，編碼器每經(jīng)過參考點，將參考位置修正進計數(shù)設備的記憶位置。在參考點以前，是不能保證位置的準確性的。為此，在工控中就有每次操作先找參考點，開機找零等方法。 比如，打印機掃描儀的定位就是用的增量式編碼器原理，每次開機，我們都能聽到噼哩啪啦的一陣響，它在找參考零點，然后才工作。 這樣的方法對有些工控項目比較麻煩，甚至不允許開機找零（開機后就要知道準確位置），于是就有了絕對編碼器的出現(xiàn)。 絕對型旋轉光電編碼器，因其每一個位置絕對唯一、抗干擾、無需掉電記憶，已經(jīng)越來越廣泛地應用于各種工業(yè)系統(tǒng)中的角度、長度測量和定位控制。 絕對編碼器光碼盤上有許多道刻線，每道刻線依次以

37、2線、4線、8線、16線。編排，這樣，在編碼器的每一個位置，通過讀取每道刻線的通、暗，獲得一組從2的零次方到2的n-1次方的唯一的2進制編碼（格雷碼），這就稱為n位絕對編碼器。這樣的編碼器是由碼盤的機械位置決定的，它不受停電、干擾的影響。 絕對編碼器由機械位置決定的每個位置的唯一性，它無需記憶，無需找參考點，而且不用一直計數(shù)，什么時候需要知道位置，什么時候就去讀取它的位置。這樣，編碼器的抗干擾特性、數(shù)據(jù)的可靠性大大提高了。 由于絕對編碼器在定位方面明顯地優(yōu)于增量式編碼器，已經(jīng)越來越多地應用于工控定位中。絕對型編碼器因其高精度，輸出位數(shù)較多，如仍用并行輸出，其每一位輸出信號必須確保連接很好，對于

38、較復雜工況還要隔離，連接電纜芯數(shù)多，由此帶來諸多不便和降低可靠性，因此，絕對編碼器在多位數(shù)輸出型，一般均選用串行輸出或總線型輸出，德國生產的絕對型編碼器串行輸出最常用的是SSI（同步串行輸出）。 從單圈絕對式編碼器到多圈絕對式編碼器旋轉單圈絕對式編碼器，以轉動中測量光碼盤各道刻線，以獲取唯一的編碼，當轉動超過360度時，編碼又回到原點，這樣就不符合絕對編碼唯一的原則，這樣的編碼器只能用于旋轉范圍360度以內的測量，稱為單圈絕對式編碼器。 如果要測量旋轉超過360度范圍，就要用到多圈絕對式編碼器。 編碼器生產廠家運用鐘表齒輪機械的原理，當中心碼盤旋轉時，通過齒輪傳動另一組碼盤（或多組齒輪，多組碼

39、盤），在單圈編碼的基礎上再增加圈數(shù)的編碼，以擴大編碼器的測量范圍，這樣的絕對編碼器就稱為多圈式絕對編碼器，它同樣是由機械位置確定編碼，每個位置編碼唯一不重復，而無需記憶。 多圈編碼器另一個優(yōu)點是由于測量范圍大，實際使用往往富裕較多，這樣在安裝時不必要費勁找零點，將某一中間位置作為起始點就可以了，而大大簡化了安裝調試難度。 多圈式絕對編碼器在長度定位方面的優(yōu)勢明顯，已經(jīng)越來越多地應用于工控定位中。 安裝使用絕對型旋轉編碼器的機械安裝使用： 絕對型旋轉編碼器的機械安裝有高速端安裝、低速端安裝、輔助機械裝置安裝等多種形式。 高速端安裝：安裝于動力馬達轉軸端（或齒輪連接），此方法優(yōu)點是分辨率高，由于多

40、圈編碼器有4096圈，馬達轉動圈數(shù)在此量程范圍內，可充分用足量程而提高分辨率，缺點是運動物體通過減速齒輪后，來回程有齒輪間隙誤差，一般用于單向高精度控制定位，例如軋鋼的輥縫控制。另外編碼器直接安裝于高速端，馬達抖動須較小，不然易損壞編碼器。 低速端安裝：安裝于減速齒輪后，如卷揚鋼絲繩卷筒的軸端或最后一節(jié)減速齒輪軸端，此方法已無齒輪來回程間隙，測量較直接，精度較高，此方法一般測量長距離定位，例如各種提升設備，送料小車定位等。 輔助機械安裝： 常用的有齒輪齒條、鏈條皮帶、摩擦轉輪、收繩機械等。 編碼器工作原理及作用工作原理   德國siko編碼器由一個中心有軸的光電碼盤，其上有

41、環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取,獲得四組正弦波信號組合成A、B、C、D,每個正弦波相差90度相位差（相對于一個周波為360度），將C、D信號反向，疊加在A、B兩相上，可增強穩(wěn)定信號；另每轉輸出一個Z相脈沖以代表零位參考位。 由于A、B兩相相差90度，可通過比較A相在前還是B相在前，以判別編碼器的正轉與反轉，通過零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。 編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩(wěn)定性好，精度高，金屬碼盤直接以通和不通刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個數(shù)量級，塑料碼盤是經(jīng)濟型的，其成本低，但精度

42、、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。 分辨率編碼器以每旋轉360度提供多少的通或暗刻線稱為分辨率，也稱解析分度、或直接稱多少線，一般在每轉分度510000線。 作用它是一種將旋轉位移轉換成一串數(shù)字脈沖信號的旋轉式傳感器，這些脈沖能用來控制角位移，如果編碼器與齒輪條或螺旋絲杠結合在一起，也可用于測量直線位移。 編碼器產生電信號后由數(shù)控制置CNC、可編程邏輯控制器PLC、控制系統(tǒng)等來處理。這些傳感器主要應用在下列方面：機床、材料加工、電動機反饋系統(tǒng)以及測量和控制設備。在ELTRA編碼器中角位移的轉換采用了光電掃描原理。讀數(shù)系統(tǒng)是基于徑向分度盤的旋轉，該分度由交替的透光窗口和不透光窗口構成的。此系統(tǒng)全部用一

43、個紅外光源垂直照射，這樣光就把盤子上的圖像投射到接收器表面上，該接收器覆蓋著一層光柵，稱為準直儀，它具有和光盤相同的窗口。接收器的工作是感受光盤轉動所產生的光變化，然后將光變化轉換成相應的電變化。一般地，旋轉編碼器也能得到一個速度信號，這個信號要反饋給變頻器，從而調節(jié)變頻器的輸出數(shù)據(jù)。故障現(xiàn)象：1、 旋轉編碼器壞（無輸出）時，變頻器不能正常工作，變得運行速度很慢，而且一會兒變頻器保護，顯示“PG斷開”。.聯(lián)合動作才能起作用。要使電信號上升到較高電平，并產生沒有任何干擾的方波脈沖，這就必須用電子電路來處理。編碼器pg接線與參數(shù)矢量變頻器與編碼器pg之間的連接方式，必須與編碼器pg的型號相對應。一

44、般而言,編碼器pg型號分差動輸出、集電極開路輸出和推挽輸出三種，其信號的傳遞方式必須考慮到變頻器pg卡的接口,因此選擇合適的pg卡型號或者設置合理. 編碼器一般分為增量型與絕對型，它們存著最大的區(qū)別：在增量編碼器的情況下，位置是從零位標記開始計算的脈沖數(shù)量確定的，而絕對型編碼器的位置是由輸出代碼的讀數(shù)確定的。在一圈里，每個位置的輸出代碼的讀數(shù)是唯一的；因此，當電源斷開時，絕對型編碼器并不與實際的位置分離。如果電源再次接通，那么位置讀數(shù)仍是當前的，有效的；不像增量編碼器那樣，必須去尋找零位標記。 現(xiàn)在編碼器的廠家生產的系列都很全，一般都是專用的，如電梯專用型編碼器、機床專用編碼器、伺服電機專用型

45、編碼器等，并且編碼器都是智能型的，有各種并行接口可以與其它設備通訊。 編碼器是把角位移或直線位移轉換成電信號的一種裝置。前者成為碼盤，后者稱碼尺按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種接觸式采用電刷輸出，一電刷接觸導電區(qū)或絕緣區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“1”還是“0”；非接觸式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件時以透光區(qū)和不透光區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“1”還是“0”。 按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對式兩類。增量式編碼器是將位移轉換成周期性的電信號，再把這個電信號轉變成計數(shù)脈沖，用脈沖的個數(shù)表示位移的大小。絕對式編碼器的每一個位置對應一個確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測量的起始

46、和終止位置有關，而與測量的中間過程無關。 旋轉增量式編碼器以轉動時輸出脈沖，通過計數(shù)設備來知道其位置，當編碼器不動或停電時，依靠計數(shù)設備的內部記憶來記住位置。這樣，當停電后，編碼器不能有任何的移動，當來電工作時，編碼器輸出脈沖過程中，也不能有干擾而丟失脈沖，不然，計數(shù)設備記憶的零點就會偏移，而且這種偏移的量是無從知道的，只有錯誤的生產結果出現(xiàn)后才能知道。解決的方法是增加參考點，編碼器每經(jīng)過參考點，將參考位置修正進計數(shù)設備的記憶位置。在參考點以前，是不能保證位置的準確性的。為此，在工控中就有每次操作先找參考點，開機找零等方法。這樣的編碼器是由碼盤的機械位置決定的，它不受停電、干擾的影響。 2絕對

47、編碼器由機械位置決定的每個位置的唯一性，它無需記憶，無需找參考點，而且不用一直計數(shù)，什么時候需要知道位置，什么時候就去讀取它的位置。這樣，編碼器的抗干擾特性、數(shù)據(jù)的可靠性大大提高了。 由于絕對編碼器在定位方面明顯地優(yōu)于增量式編碼器，已經(jīng)越來越多地應用于工控定位中。絕對型編碼器因其高精度，輸出位數(shù)較多，如仍用并行輸出，其每一位輸出信號必須確保連接很好，對于較復雜工況還要隔離，連接電纜芯數(shù)多，由此帶來諸多不便和降低可靠性，因此，絕對編碼器在多位數(shù)輸出型，一般均選用串行輸出或總線型輸出，德國生產的絕對型編碼器串行輸出最常用的是SSI（同步串行輸出）。 多圈絕對式編碼器。編碼器生產廠家運用鐘表齒輪機械的原理，當中心碼盤旋轉時，通過齒輪傳動另一組碼盤（或多組齒輪，多組碼盤），在單圈編碼的基礎上再增加圈數(shù)的編碼，以擴大編碼器的測量范圍，這樣的絕對編碼器就稱為多圈式絕對編碼器，它同樣是由機械位置確定編碼，每個位置編碼唯一不重復，而無需記憶。多圈編碼器另一個優(yōu)點是由于測量范圍大，實際使用往往富裕較多，這樣在安裝時不必要費勁找零點，將某一中間位置作為起始點就可以了，而大大簡化了安裝調試難度。多圈式絕對編碼器在長度定位方面的優(yōu)勢明顯，已經(jīng)越來越多地應用于工控定位中。 信號輸出信號輸出