本文是VIP專欄《S7-200 SMART運(yùn)動控制之步進(jìn)電機(jī)》的第三節(jié)，可免費(fèi)閱讀。

前面兩篇文章我們介紹了步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)驅(qū)動器。我們知道，步進(jìn)電機(jī)本身沒有反饋裝置，在一些需要精確控制的場合，還需要配合編碼器等反饋裝置來使用。為了使本教程更貼近實際工程應(yīng)用，我們的實驗裝置安裝了增量型編碼器。這篇文章，我們就來認(rèn)識下增量型編碼器。

本節(jié)課程包括如下一些內(nèi)容：

1、什么編碼器？

2、編碼器的分類；

3、增量型編碼器的結(jié)構(gòu)及工作原理；

4、增量型編碼器與PLC的連接；

1、什么是編碼器？

編碼器的英文名稱為“encoder”，它是一種能把距離（直線位移）和角度（角位移）轉(zhuǎn)換成電信號并輸出的傳感器。編碼器通常用于工業(yè)運(yùn)動控制中需要準(zhǔn)確控制位置的場合。比如，機(jī)床系統(tǒng)中，用步進(jìn)電機(jī)控制刀具的位置，用編碼器對實際位置進(jìn)行檢測并反饋。有了編碼器，控制系統(tǒng)就能形成閉環(huán)。

下面這張圖是歐姆龍增量型編碼器E6B2-CWZ6C的實物圖：

2、編碼器的分類

根據(jù)工作原理的不同，編碼器可分為光電編碼器（optical encoder）、磁性編碼器（magnetic encoder）、電感式編碼器（inductive encoder）和電容式編碼（capacitive encoder）等等，使用最多的是光電編碼器。

光電編碼器（optical encoder）的組成包括：連接軸（Shaft）、碼盤（Code disk）、光源（Light Source）、輸出電路（Output circuit）及外殼和連接法蘭等，如下圖：

根據(jù)碼盤結(jié)構(gòu)的不同，編碼器又可以分為增量型編碼器和絕對值型編碼器。

絕對值型編碼器，英文名稱"Absolute encoder"，輸出的是一組二進(jìn)制數(shù)的編碼。它的碼盤被分成很多同心的通道，每一個通道，稱為一個“碼道”。每一個碼道都有一個單獨的輸出電路，用來表示一個二進(jìn)制的位。通過二進(jìn)制位的組合，就能唯一確定一個數(shù)值。絕對值型編碼器的碼盤如下圖所示：

3、增量型編碼器的結(jié)構(gòu)及工作原理

增量型編碼器，英文名稱“Incremental encoder”，它的碼盤被分成大小相等的明暗相間的光柵，隨著碼盤的轉(zhuǎn)動，接收端會檢測到光的0和1的變化，并轉(zhuǎn)換成電脈沖信號向外輸出。脈沖信號連接到高速計數(shù)器模塊上，通過對脈沖個數(shù)的計數(shù)，就能確定位移的大小（因為編碼器每轉(zhuǎn)一周發(fā)出的脈沖數(shù)是固定的）。

增量型編碼器的碼盤如下圖：

上述碼盤結(jié)構(gòu)只有1圈光柵，在使用一路光源的情況下只有1路電脈沖信號輸出，這往往不能滿足實際要求，因為在實際應(yīng)用中我們往往需要檢測電機(jī)是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，有時候還需要進(jìn)行零點檢測。

要檢測正反轉(zhuǎn)，可以有兩種方法。

方法一：使用具有1圈光柵的碼盤和兩個光源。

通過調(diào)整碼盤光柵的間隔距離及兩個光源的位置，使A相信號和B相信號相差1/4周期（相位角差90度），這樣就可以通過判斷A相信號和B相信號的發(fā)生順序來判斷正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)。該方法的示意圖如下：

方法二：使用具有2圈光柵的碼盤和1個光源。

該方法使用具有2圈光柵的碼盤，外圈為A相光柵，內(nèi)圈為B相光柵，兩圈光柵之間間隔1/4寬度，如下圖所示：

除了A/B相，在實際應(yīng)用中，有的編碼器還提供零點脈沖信號。零點脈沖信號是在碼盤上增加一個同心的光柵孔，每轉(zhuǎn)一圈發(fā)出一個脈沖，其輸出信號稱為Z相（Zero），如下圖：

這樣，增量型編碼器A相/B相/Z相的輸出信號如下圖所示：

4、增量型編碼器與PLC的連接

增量型編碼器輸出的脈沖信號需要連接到PLC的高速計數(shù)器中。有些PLC的CPU模塊本身集成了高速計數(shù)器（比如，S7-200 SMART、S7-1200系列），可以將編碼器的輸出信號直接連接到CPU模塊集成的高速計數(shù)通道中；有的CPU本身沒有集成高速計數(shù)器（比如S7-300/1500系列），這種情況下需要使用專門的高速計數(shù)模塊。

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