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什么是绝对值编码器的“绝对”的寓意?

日期:2019-11-02 07:39 来源: 绝对值编码器

  旋转编码器是工业中重要的机械位置角度、长度、速度反馈并参与控制的传感器,

  从外部接收的设备上讲(如伺服控制器、PLC),增量值是指一种相对的位置信息的变化,从A点变化到B点的信号的增加与减少的计算,也称为“相对值”,它需要后续设备的不间断的计数,由于每次的数据并不是独立的,而是依赖于前面的读数,对于前面数据受停电与干扰所产生的误差无法判断,从而造成误差累计;而“绝对式工作模式”是指在设备初始化后,确定一个原点,以后所有的位置信息是与这个“原点”的绝对位置,它无需后续设备的不间断的计数,而是直接读取当前位置值,对于停电与干扰所可能产生的误差,由于每次读数都是独立不受前面的影响,从而不会造成误差累计,这种称为接收设备的“绝对式”工作模式。

  而对于绝对值编码器的内部的“绝对值”的定义,是指编码器内部的所有位置值,在编码器生产出厂后,其量程内所有的位置已经“绝对”地确定在编码器内,在初始化原点后,每一个位置独立并具有唯一性,它的内部及外部每一次数据刷新读取,都不依赖于前次的数据读取,无论是编码器内部还是编码器外部,都不应存在“计数”与前次读数的累加计算,因为这样的数据就不是“独立”“唯一”“量程内所有位置已经预先绝对确立”了,也就不符合“绝对”这个词的含义了。

  所以,真正的绝对编码器的定义,是指量程内所有位置的预先与原点位置的绝对对应,不依赖于内部及外部的计数累加而独立、唯一的绝对编码。

  关于绝对值编码器,很多人的认识还是停留在“停电”的位置保存这个概念,这个是片面而有局限性的,“绝对值”编码器不仅仅是停电的问题,对于接收设备,真正的“绝对值”的意义在于其数据刷新与读取无论在编码器内部还是外部,每一个位置的独立性、唯一性、不依赖于前次读数的“绝对编码”,对于这个“绝对”的定义市场上还是模糊不清的,为此有些商家就会对于此概念的“故意混淆”:

  混淆一:将接收设备的“绝对式工作模式”与绝对值编码器的“绝对式”的混淆。接收设备的“绝对式”是指接收设备的无需不间断计数累加,所有位置对于设备原点的“绝对”工作模式,事实上这种模式通过增量编码器+自身的计数累加装置+电池记忆,一样可以提供给设备“绝对式”的位置信息,它与绝对值编码器的“绝对编码”完全不是一个概念,它存在计数的误差及累加误差的可能性、计数装置供电故障可能性、高速时计数无法响应等可能性。

  混淆二:将绝对值单圈编码器+内部及外部的计数累加装置与真正意义的绝对值真多圈编码器的混淆。绝对值单圈+计圈计数装置,它在360度以内是绝对值的,但是超过360度以后,它的位置就不是“独立”“唯一”了,它是依靠内部或外部的计数来判断多少圈内的单圈绝对位置信息的,这种内部或外部的“计数装置”,与增量编码器+计数装置+电池记忆的性质是一样的,任何计数上的误差,或者计数装置工作时电源的瞬间故障,都会造成误差而累计而无法判断,造成欺骗性假绝对化信息。而真正的绝对值多圈编码器,除了360度内的位置都是绝对唯一的以外,在超过360度后继续有齿轮机械带动的绝对值码盘,仍然提供“独立”“唯一”、不依赖于前次数据刷新读取累加的绝对编码。实际上从“绝对”这个定义上讲,前面的那种单圈绝对+计数累加装置的“假多圈绝对值编码器”,它就不能再叫“绝对值多圈编码器”了,尽管在360度以内是绝对的,但是超过360度的工作量程,就不再是唯一的“绝对值编码”了。

  第一,可以为每个轴位置提供一个绝对的码值。特别是在位置控制中,绝对值编码器无需计数,可以实现直接的内部高速读数与外部输出,此为绝对值编码器的“高速”及“经济”的特征,其可减轻了后续接收设备控制器的计算任务,并且降低了其他附加的输入部件的成本。例如在多轴并行工作的工业机器人,可以实现高速多轴的并行同步工作。以及各种需要多轴同步的控制领域。

  第二,无需计数的绝对值编码器在电源启动后或者内部及外部电源故障,不需要参考驱动,在电源正常后即可获得当前的准确位置。而在各种工业电气环境下的复杂干扰情况下(例如变频器与电机的干扰),由于绝对值编码器其原始的位置信息是绝对的,而不会受干扰的影响。上述特征,决定了这种编码器的安全可靠性特征,可使用在具有安全要求的场合,例如风力发电变桨系统、港口机械同步于定位、起重机械、建筑机械(塔吊)、电梯、工程机械、钢铁冶金、石油化工、水利电力、医疗设备雷达火炮回转装置、太阳能跟踪回转装置等,以及重工业、核工业、汽车制造等领域的大型工业机器人。

  第三,在今天,快速可靠的数字化的数据传输已经是绝对值编码器的核心要素之一,工业用的标准的Canopen、Profibus-DP现场总线,Profinet、Eerthnet工业以太网,Endat2.2、Hiperface、Biss、专用高速含CRC数据安全的RS485等伺服与机器人专用高速数据传输协议,原来用“脉冲”方式发送信息的增量值编码器是无法实现的。此为绝对值编码器的高速总线式特征。

  第四,绝对值编码器高位数的分辨率特征,由于无需内部与外部的计数而直接输出数字信号,所以不再受读取“脉冲”及“累加”而在高速中响应速度跟不上的困惑,先进的数字与模拟技术的混合,绝对值编码器已经能够做到高位数分辨率,例如德国绝对值编码器的单圈的25位(360度内2的25次方分割),这种高分辨率可满足于伺服电机与机器人高速精确定位及最小步距抖动。例如在加速度、加加速度等高位次位置导数的精确计算(运动刚性),机器人手臂前端的最小晃动准确定位等。

  综合上述的对于绝对值编码器“绝对”的定义,在具有高速、安全性等特征的应用场合要求下,一定不能使用那种有混淆意义的“绝对编码器”或“假绝对值多圈编码器”,而必须用真正意义上的绝对值编码器或绝对值真多圈编码器,及任何不依赖于计数的(无论内部还是外部,有电池无电池的),所有的位置独立、唯一、绝对,以确保数据的绝对可靠与高速准确性。

  各位在选型及使用绝对值编码器时,请确定其内部是否为上述介绍的“绝对编码”,以保证使用的绝对效用。

  绝对值编码器量程内所有位置对应于原点独立、唯一的一一绝对对应,这样的量程必然就有限制,而增量编码器的计数只受寄存器的限制。

  目前绝对值多圈编码器,其绝对全量程已可达到16位--65536圈,常规的也有4096圈(12位)了。我,我们中国制造的就能做线圈都已可以做。

  引用 刘志斌 的回复内容:4、这种“对于绝对值编码器“绝对”的定义”,实际还是把检测脉冲与计数器合二为一的一个装置;

  我上文的绝对值的绝对的定义,就是内部及外部无需计数器的直接读数,那里来的“脉冲”与计数器?

  在绝对值量程范围内的工作,其输出位置值都是唯一与独立的,不必有脉冲与计数器。

  关于绝对值量程,在360度以内的称为绝对值单圈,超出360度的绝对值,称为多圈绝对值编码器,有64圈、256圈、4096圈、65536圈等量程。这样的定位工作状态,称为“往复”模式,即在量程范围内的往复移动测量。

  关于编码器等很多领域,从网上您发的贴子看起来您还是个学生,而且在没有老师没有实践机会的在学,确实难得。但是,在学习的过程中,你可以多看看,多提问题,而不是未经实践没有依据的胡乱推导,并像“老师”那样的再去误导别人,(关于绝对值编码器,您可以网上搜我的论坛贴子与博客)。

  看了您的很多回帖,确实看到一个人的精力有限,应该有所为,有所不为,您的年纪上能这样不错,但是您要顾及那么多的工控领域,都要“精通”,在精力上、理解力上、逻辑能力上,确实离马上看一下就能再教别人是远远不够的,您发出来的内容,不懂的或者有的不在这个领域的斑竹看起来还以为是刘老师的新发现,而起到误导作用。

  各位网友,鉴于刘志斌先生网上一贯的表现,我不知道是其物理学逻辑上的问题、语文理解与表达的问题,还是医学上的问题,我更倾向于是医学上出现了问题,对此我无能为力也深表同情。故此,下面我不再对刘志斌的回复一一拨正,也谢谢各位网友不必对其拨正,请大家看我原文,或者直接与我讨论。

  2、其实接受口还一样是计数器,也一样是加减计数器,只要编码器输出的位置量与指令输入的位置量相等,计数器输出为零,伺服停机或动作;

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  脈衝的接口 在PLC 那叫高速計數器 在矢量變頻那稱PG卡 在運動控制 稱之Encoder Feedback 在控制為增量模式

  从来就没有绝对的绝对式,即使所谓真正的绝对式也需要在安装后设置原点,建立与原点信号的关联,圈数溢出后需要外部处理,才能保证位置的准确,仍是是相对的绝对。数字世界里如果无法表达无限数,那么就不存在真正的绝对式。

  “----在编码器生产出厂后,其量程内所有的位置已经“绝对”地确定在编码器内,在初始化原点后,每一个位置独立并具有唯一性”;

  “----绝对值编码器量程内所有位置对应于原点独立、唯一的一一绝对对应,这样的量程必然就有限制。。。。。。现在绝对值真正的机械多圈的可以做到65536圈”----在一个绝对值全量程内往复运动,称为“往复”模式,这样的工作模式最多,当然就是完全可能有绝对值的,怎么说“从来没有”?

  在超出绝对值量程,但是两次工作状态间隔在绝对值量程内的,称为“循环”模式。

  真正的绝对编码器当然好,无需计数,当前位置直接读取。不过机械多圈结构由于减速齿轮的存在,大幅度增加了结构的复杂程度和成本,也带来了磨损的问题,寿命肯定比不上电子多圈计数器。日本的机器人大多使用多圈计数器来进行,除了成本,可能也有工作寿命上的考虑。

  引用 ShowMotion 的回复内容: 从来就没有绝对的绝对式,即使所谓真正的绝对式也需要在安装后设置原点,建立与原点信号的关联,圈数溢出后需要外部处理,才能保证位置的准确,仍是是相对的绝对。数字世界里如果无法表达无限数,那么就不存在真正的绝对式。

  这话说的是很有道理的。但是实际的工程需要的,也通常是"有限的绝对式",无需"数字世界里的真正的绝对式"。很多实际应用中,行程是有限的,不必去考虑"圈数溢出"的问题。绝对式编码器只是一种用来解决部分应用问题的方案,不是物理学上适合所有情况的"大一统理论"。比如生产线上的主牵引,那基本上真的是无限的进给行程,这就不是绝对式编码器的应用范围。

  关于机械式多圈绝对值,很多人提出机械齿轮的磨损与寿命问题,其实绝对值编码器内部的齿轮组只是变比而几乎没有负载,所以磨损几乎没有,寿命问题也就几乎不存在了--我做了十几年绝对值编码器,到从没有听到过机械齿轮组“磨损”而寿命到了的故事。

  至于说到成本较高,这个是确实的,但主要也不是齿轮的成本,那个很低,只要是增加感应器件、解码电路与工艺难度的成本。但是电子计圈一样有成本,而且对于防止计圈失效的成本与失效后找回零点的成本一样要存在,尤其是“失效”成本与“找回零点”的成本,这个是隐性的,编码器商家不用承担而是要用户自己买单的,很多用户并不知道有这个隐性成本而已。

  至于刘版主所说的“应用范围”,确实,任何产品都有“有所为,有所不为”,用户的选择真正的绝对值多圈还是电子计圈,要看好用不好用与成本比较,机械式量程有限制,成本有增加,而电子计圈的“失效”与找回零点的隐性成本要用户自己知道及评估比较。问题是很多用户并不清楚这个隐性成本的存在,尤其是1)多轴、高速、同步与2)安全性应用,这两个方面的隐性成本也许就会很高了,让大家知道这个原理性的内容,这也是我这篇文的目的之一了。

  2、俺想将编码器装在个滚轮上,让电缆拖动滚轮来测长。。。。运动是垂向低速的,每秒大约0.3米左右

  对:时三关于感谢各位老师的讨论,想请教一个问题。由于工作的局限性,接触到的都是单圈的绝对值编码器,并且使用过程中还要通过专用的控制器(一般称为角度控制器或位置控制器),读取编码器位置(角度),设定动作位置。有没用PLC模块直接连接绝对值编码器。或者绝对值编码器以通讯方式连接PLC或触屏。内容的回复:

  绝对值编码器(单圈、多圈)输出信号有很多种可以与PLC连接,最常用的是以下几种:

  同步串联信号(SSI),与西门子300以上PLC的SSi接口连接,许多欧系的PLC与控制器也有此接口;

  Canopen总线通讯信号,与运动控制器、工程机械控制器及部分PLC(施奈德等)连接;

  RS485通讯信号,需要编程进入PLC通讯口,具有自由协议接口的PLC可以连接;

  单圈编码器并行信号,所有PLC的开关输入接口,注意极性(NPN与PNP).

  对:怪话二王关于@Q 老师:1、俺上回说那电缆计长分辨道um的事,您还记得?2、俺想将编码器装在个滚轮上,让电缆拖动滚轮来测长。。。。运动是垂向低速的,每秒大约0.3米左右3、您帮俺看看,选那种编码器,指标咋选白4、谢谢 谢 。。。。。。内容的回复:

  王工你好:你所要求的编码器,如以测量圆盘周长100毫米(已经很小了)计算,编码器的分辨率要达到100000(十万),如果算上利用编码器的四倍频技术(就是正交AB,脉冲数乘以四),也要25000脉冲,而且是分辨率,精度我还不确定,目前我没有这样合适的编码器及测量圆盘产品,如要选择进口编码器及测量圆盘,非常贵,另外,由于编码器脉冲数高,输出的开关频率及接收设备的电子响应频率都要很高。

  如你选择进口编码器及测量圆盘,应以测量圆盘周长/(编码器脉冲数x4)小于0.001mm计算,开关频率必须大于300KHz

  各位老大19位绝对码的什么意思。我是做欧姆龙和光洋编码器器的有需要可以找我

什么是绝对值编码器的“绝对”的寓意?

  增量编码器和绝对编码器,两者一般都应用于速度控制或位置控制系统的检测元件.BEN旋转编码器是用来测量转速的装置。它分为单路输出和双路输出两种。技术参数主要有每转脉冲数(几十个到几千个都有),和供电电压等。单路输出是指旋转BEN编码器的输出是一组脉冲,而双路输出的旋转编码器输出两组相位差90度的脉冲,通过这两组脉冲不仅可以测量转速,还可以判断旋转的方向。工作原理:由一个中心有轴的光电码盘,BEN编码器其上有环形通、暗的刻线,有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差(相对于一个周波为360度),将C、D信号反向,叠加在A、B两相上,可增强稳定信号;另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。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,通过零位脉冲,可获得编码器的零位参考位。BEN编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料,玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线,其热稳定性好,精度高,金属码盘直接以通和不通刻线,不易碎,但由于金属有一定的厚度,精度就有限制,其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级,塑料码盘是经济型的,其成本低,但精度、热稳定性、寿命均要差一些。分辨率—BEN编码器以每旋转360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率,也称解析分度、或直接称多少线线。信号输出:信号输出有正弦波(电流或电压),方波(TTL、HTL),集电极开路(PNP、NPN),推拉式多种形式,其中TTL为长线差分驱动(对称A,A-;B,B-;Z,Z-),HTL也称推拉式、推挽式输出,编码器的信号接收设备接口应与编码器对应。信号连接—BEN编码器的脉冲信号一般连接计数器、PLC、计算机,PLC和计算机连接的模块有低速模块与高速模块之分,开关频率有低有高。如单相联接,用于单方向计数,单方向测速。A.B两相联接,用于正反向计数、判断正反向和测速。A、B、Z三相联接,用于带参考位修正的位置测量。A、A-,B、B-,Z、Z-连接,由于带有对称负信号的连接,电流对于电缆贡献的电磁场为0,衰减最小,抗干扰最佳,可传输较远的距离。对于TTL的带有对称负信号输出的BEN编码器,信号传输距离可达150米。对于HTL的带有对称负信号输出的BEN编码器,信号传输距离可达300米。

  机械式多圈绝对值编码器的量程是有固定的,因为机械式无法变戏法式的多出齿轮来扩大量程,当测量达到最大值后,再往后就是又从零开始的循环码了。这一点需要说明,绝对值编码器都有机械测量量程的限制,一般用于在一个机械运动量程范围内的往复测量的模式。

  电子多圈的可以有更大的 测量量程,本来就是类似增量的计数器记录圈数的。但那个就不是绝对值了,好比增量编码器的量程理论上可以无限大一个道理。

绝对值编码器

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