光電編碼器在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用-電氣工程與自動(dòng)化

在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用的趨勢(shì)?！娟P(guān)鍵詞】增量式編碼器；絕對(duì)值編碼器；工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)【收稿日期】2023年8月14日【出刊日期】2023年9月26日【DOI】10.12208/j.jeea.20230025Applicationofphotoelectricencoderinindustrialautomationsystem【Abstract】Photoelectricencoderisanewproductofthedevwhichbelongstothesensorwithstronandotherfields.Especiallywiththedeveloautomationsystemhasbeenwidelyused,andgraduallyincreasing,followedbytheinordertomeetthedemandofincreasinglydiversifiedindustrialmanufacturing,photoelectricenctechnologyisconstantlyoptimizationandinnovation.Inthispaper,theresearchfocusesonthelevandabsoluteencoder,onthebasisofitsappadvantagesandcharacteristicsofincrementalencoderandabsoluphotoelectricencoderinindustrialautomationsystem.【Keywords】Incrementalencoder;Absolutevalueencoder;Industrialautomationsystem在現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展過(guò)程中，對(duì)于精密度要求逐漸提高，無(wú)形之中也對(duì)光電編碼器的應(yīng)用提出更高的要求[1]。目前增量型及絕對(duì)值兩種編碼器在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍較廣，主要是由于其操作工業(yè)制造中的核心器件，不僅可以大幅度的降低測(cè)通過(guò)對(duì)增量型編碼器、絕對(duì)值編碼器應(yīng)用原理、信號(hào)輸出等內(nèi)容進(jìn)行分析，指出光電編碼器在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用的價(jià)值，并在此基礎(chǔ)之上進(jìn)一步闡釋了應(yīng)用的趨勢(shì)，旨在為工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中光電編碼器技術(shù)的高效應(yīng)用提供有價(jià)值的建議，僅供參考雙路輸出是重要的功能，其中單路脈沖指的是編碼光電編碼器在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用器在輸出的時(shí)候僅有一組脈沖，只可以對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，很難判斷旋轉(zhuǎn)方向；雙路輸出中旋轉(zhuǎn)編碼器兩組脈沖作用，編碼器便可將實(shí)際轉(zhuǎn)速準(zhǔn)確測(cè)出，進(jìn)而快速找到旋轉(zhuǎn)方向[2]。增量型編碼器中光電碼信號(hào)由光電接收器快速讀取，具體應(yīng)用原理見(jiàn)圖1通過(guò)放大與整形之后，進(jìn)而找到了正弦波信號(hào)波哪一相發(fā)生在前面，由此來(lái)評(píng)估編碼器處于正向轉(zhuǎn)動(dòng)，或者是反向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)編碼器每次旋轉(zhuǎn)一周以助零位脈沖這一信息便可準(zhǔn)確獲取編碼器零位參考現(xiàn)了幾次亮刻線、暗刻線，通常情況下分辨率保持此類(lèi)型的編碼器在信號(hào)輸出時(shí)主要以正弦波例如在生產(chǎn)連鑄板坯時(shí)，將有增量編碼器安裝于扇形段輥道電機(jī)上，在輥道電機(jī)動(dòng)力的帶動(dòng)下，鋼坯會(huì)慢慢向前移動(dòng)，輥道電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候會(huì)同步帶動(dòng)編碼器，借助編碼器便可以獲取鋼坯轉(zhuǎn)速。精煉爐喂絲機(jī)系統(tǒng)內(nèi)計(jì)算喂絲長(zhǎng)度時(shí)也使用的是增量型編碼器。在對(duì)增量型編碼器應(yīng)用原理充分了解的基礎(chǔ)之上，便可以發(fā)現(xiàn)其可以將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖信號(hào)，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用范圍廣，一般情況下由各種傳感器組成，在增量型編碼器工作時(shí)編碼器可以與馬達(dá)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，然后經(jīng)過(guò)發(fā)光二極管，最后輸出很多脈沖信號(hào)，此類(lèi)型的編碼器還具有另一個(gè)特點(diǎn)，那便是可以結(jié)合與之相連的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向不斷進(jìn)行光敏信號(hào)輸出，以便于為下一階段工作提供更多便利。除此之外，增量型編碼器也可以用于檢測(cè)與其連接在一起的電機(jī)轉(zhuǎn)角位置，并能夠?qū)⑥D(zhuǎn)角位置換算為直線運(yùn)行距離等，可以通過(guò)計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)來(lái)計(jì)算出電機(jī)工作轉(zhuǎn)速，用于檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度，不僅減少了電機(jī)轉(zhuǎn)速統(tǒng)計(jì)工作量，而且很好的解決了電機(jī)直線運(yùn)行距離等統(tǒng)計(jì)問(wèn)題[3]。增量型編碼器優(yōu)點(diǎn)是分辨能力較強(qiáng)，測(cè)量范圍大，適應(yīng)大多數(shù)情況；缺點(diǎn)是斷電以后容易丟失位置信2絕對(duì)值編碼器在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用此類(lèi)型的編碼器主要用來(lái)明確具體位置，在不同機(jī)械部位輸出二進(jìn)制編碼，此編碼是唯一的，無(wú)需設(shè)置參考值，無(wú)需進(jìn)行連續(xù)性計(jì)數(shù)，即使在電源被切斷的情況下相關(guān)信息也不會(huì)丟失，具有較高的精確度以及抗干擾性[4]。在絕對(duì)值編碼器碼盤(pán)中也設(shè)置了相應(yīng)的光暗通道刻線，每道刻線依次排序，均能夠快速讀取刻線光暗數(shù)值，進(jìn)而獲取唯一二進(jìn)制編碼，也就是格雷碼。此類(lèi)型編碼器主要?jiǎng)澐譃樾D(zhuǎn)單圈、多圈兩種形式，其中單圈絕對(duì)值編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)中便可以將光電碼盤(pán)光暗刻線準(zhǔn)確測(cè)量出來(lái)，進(jìn)而獲得位置格雷碼，編碼過(guò)程中若某兩相鄰代碼僅出現(xiàn)了一位不同的二進(jìn)制數(shù)，那么此編碼便是格光電編碼器在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用雷碼便會(huì)歸于原點(diǎn)，絕對(duì)值編碼器格雷碼和實(shí)際位置不相符，進(jìn)而違背了相對(duì)應(yīng)原則，因此此編碼器而多圈絕對(duì)值編碼器應(yīng)用原理借助的是鐘表齒輪機(jī)械，中心光電碼盤(pán)旋轉(zhuǎn)的時(shí)候會(huì)借助齒輪將另一組、多組光電碼盤(pán)帶動(dòng)起來(lái)，轉(zhuǎn)動(dòng)的光電碼盤(pán)主要用于記錄編碼器旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，基于單圈格雷碼實(shí)現(xiàn)圈數(shù)編碼的不斷增加，無(wú)形之中將絕對(duì)值編碼器測(cè)在具體應(yīng)用環(huán)節(jié)常常出現(xiàn)空余量程較大情況，使得編碼器安裝過(guò)程更加簡(jiǎn)單，不需要再次找到零點(diǎn)，此類(lèi)型的編碼器在信號(hào)輸出的時(shí)候主要采用串出主要以協(xié)議為主，時(shí)間安排較為有序，按照先后順序?qū)?shù)據(jù)快速輸出，此協(xié)議為通讀規(guī)約。連接時(shí)采用的物理方法主要包含RS232、Rs485、RS422離的傳輸，提高了編碼器可靠性，通常情況下串行碼器直接使用此方法將編碼輸出，可與PLC、上位連接方法簡(jiǎn)單易操作，但此類(lèi)型的編碼器在應(yīng)用時(shí)若采用純二進(jìn)制編碼，極易導(dǎo)致刷新數(shù)據(jù)過(guò)程中出現(xiàn)多位變化，短期之內(nèi)讀取的數(shù)值會(huì)成為亂碼；二是通常情況下絕對(duì)值編碼位數(shù)很多，需要使用多芯電纜，并且要確保接口具備較好的連接性，如果出現(xiàn)個(gè)別接口連接不良現(xiàn)象，會(huì)造成此接口電位呈現(xiàn)障點(diǎn)也會(huì)隨之增多；三是傳輸距離受限，僅僅局限于短距離，同時(shí)抗干擾性很弱，特別是在一些復(fù)雜現(xiàn)場(chǎng)總線型輸出會(huì)將多個(gè)編碼器串聯(lián)在一起，各用一對(duì)信號(hào)線，在將地址設(shè)定好以后，借助通訊方式實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸，信號(hào)接收時(shí)使用的設(shè)備僅需要一個(gè)接口，便能夠?qū)⒍鄠€(gè)編碼器信號(hào)讀出。此類(lèi)排方法運(yùn)用中并沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，一般情況下常用等，除了具備較長(zhǎng)傳輸距離優(yōu)勢(shì)以外，還能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)編碼器集中化管理，線纜、接口成本大幅度降變送一體型輸出應(yīng)用過(guò)程中會(huì)在編碼器中直接在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用絕對(duì)值編碼器的環(huán)節(jié)還是比較多的，例如在煉鋼時(shí)轉(zhuǎn)爐氧槍編碼器便使用的是絕對(duì)值編碼器，多安裝于氧槍電機(jī)減速機(jī)上，電機(jī)啟動(dòng)時(shí)會(huì)帶動(dòng)減速機(jī)快速轉(zhuǎn)動(dòng)，編碼器也會(huì)隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中編碼器會(huì)將不同二進(jìn)制編碼輸出，以編碼為依據(jù)進(jìn)而獲取氧槍位置。絕對(duì)值編碼器多用于角度的控制、定位以及測(cè)長(zhǎng)，優(yōu)點(diǎn)是精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、掉電不影響編碼數(shù)據(jù)的獲取，最大光電編碼器在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用除了要考慮到不同應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)分辨率要求的不同以外，還需要結(jié)合實(shí)際情況選取合適的分辨率，絕對(duì)型、增量型編碼器的應(yīng)用需要結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求來(lái)選擇，綜合考量需求保證傳感器的工作環(huán)境，安裝時(shí)要保證位置準(zhǔn)確且可靠；正確選擇接口、信號(hào)期清潔和校準(zhǔn)[5]。雖然光電編碼器數(shù)字化程度越來(lái)越高，體積越來(lái)越小，精度及性?xún)r(jià)比越來(lái)越高，測(cè)量范圍越來(lái)越為簡(jiǎn)單，并且可以直接和處理電路相連，但是隨著工業(yè)自動(dòng)化水平越來(lái)越高，對(duì)于光電編碼器要求也在不斷提升，這就需要加快編碼器研究的步伐，特別是在分辨率方面，這也是編碼器性能檢測(cè)的重要指標(biāo)，先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)與應(yīng)用也將成為光電編碼器未來(lái)發(fā)展一大趨勢(shì)，對(duì)于精度的高要求推動(dòng)了其逐漸向著納米級(jí)邁進(jìn)。因此編碼器精度的提升已迫在眉睫，這也將是影響測(cè)量質(zhì)量的重要因素。但是在追求高精度的過(guò)程中也應(yīng)該考慮到價(jià)格，如果站在測(cè)量成本視角下，光電編碼器細(xì)分技術(shù)應(yīng)用前景也面有不同程度增加，無(wú)形之中會(huì)影響到其普及的速光電編碼器會(huì)朝著小型化、數(shù)字化、智能化方向發(fā)展，同時(shí)應(yīng)用范圍也會(huì)不斷拓展與延伸。但是高性等惡劣環(huán)境下耐久性、穩(wěn)定性同樣也是未來(lái)發(fā)展面在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，光電編碼器發(fā)通過(guò)運(yùn)用光電編碼器不僅可以很好的改善設(shè)備整體但是因?yàn)楣怆娋幋a器多處于繁雜的運(yùn)行環(huán)境下，極鐵受到外界影響，進(jìn)而造成較大的損壞，因此在具體應(yīng)用時(shí)要增強(qiáng)對(duì)編碼器關(guān)鍵技術(shù)的了解，在突發(fā)事件發(fā)生時(shí)能夠積極采取有效措施，確保其運(yùn)行的穩(wěn)定性，與此同時(shí)隨著工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)快速發(fā)展，智能化、信息化已經(jīng)成為必然趨勢(shì)，光電編碼器在未來(lái)應(yīng)用中要不斷提高分辨率，逐漸向著納米級(jí)別[1]王真旭,萬(wàn)在紅,熊文華,等.基于光電