旋转编码器的使用
2019-04-17 13:20阅读：
旋转编码器的使用
1、旋转编码器的概述
旋转编码器是通过光电转换，将输出至轴上的机械、几何位移量转换成脉冲或数字信号的传感器，主要用于速度或位置（角度）的检测。典型的旋转编码器是由光栅盘和光电检测装置组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形狭缝。由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，其原理示意图如图1-1所示；通过计算每秒旋转编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。
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图1-1
旋转编码器原理示意图
一般来说，根据旋转编码器产生脉冲的方式的不同，可以分为增量式、绝对式以及复合式三大类。本设备是增量式旋转编码器。
增量式编码器是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90，用于辩向：当A相脉冲超前B相时为正转方向，而当B相脉冲超前A相时则为反转方向。Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。如图1-2所示。
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YL-235A
传送带单元使用了这种具有A、B两相90º相位差的通用型旋转编码器，用于计算工件在传送带上的位置。编码器直接连接到传送带主动轴上。该旋转编码器的三相脉冲采用NPN型集电极开路输出，分辨率500线，工作电源
DC12～24V。本工作单元没有使用Z相脉冲，A、B两相输出端直接连接到PLC的高速计数器输入端。
计算工件在传送带上的位置时，需确定每两个脉冲之间的距离即脉冲当量。分拣单元主动轴的直径为d=43
mm,则减速电机每旋转一周，皮带上工件移动距离L=π•d =3.14×43=136.35
mm。故脉冲当量μ为μ=L/500≈0.273
mm。应该指出的是，上述脉冲当量的计算只是理论上的。实际上各种误差因素不可避免，例如传送带主动轴直径（包括皮带厚度）的测量误差，传送带的安装偏差、张紧度，分拣单元整体在工作台面上定位偏差等等，都将影响理论计算值。因此理论计算值只能作为估算值。脉冲当量的误差所引起的累积误差会随着工件在传送带上运动距离的增大而迅速增加，甚至达到不可容忍的地步。因而在传送带单元安装调试时，除了要仔细调整尽量减少安装偏差外，尚须现场测试脉冲当量值。
2、 高速计数器的编程（西门子）
高速计数器的编程方法有两种，一是采用梯形图或语句表进行正常编程，二是通过STEP7-Micro/WIN编程软件进行引导式编程。不论哪一种方法，都先要根据计数输入信号的形式与要求确定计数模式；然后选择计数器编号，确定输入地址。
高速计数器可以被配置为12种模式中的任意一种。如表4-1所示：
表1-1
S7-200PLC的HSC0～HSC5输入地址和计数模式
模式
|
中断描述
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输入点
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|
HSC0
|
I0.0
|
I0.1
|
I0.2
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|
HSC1
|
I0.6
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I0.7
|
I1.0
|
I1.1
|
HSC2
|
I1.2
|
I1.3
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I1.4
|
I1.5
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HSC3
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I0.1
|
|
|
|
HSC4
|
I0.3
|
I0.4
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I0.5
|
|
HSC5
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I0.4
|
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|
|
0
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带有内部方向控制的单相计数器
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时钟
|
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1
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时钟
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复位
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2
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时钟
|
|
复位
|
启动
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3
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带有外部方向控制的单相计数器
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时钟
|
方向
|
|
|
4
|
时钟
|
方向
|
复位
|
|
5
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时钟
|
方向
|
复位
|
启动
|
6
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带有增减计数时钟的双相计数器
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增时钟
|
减时钟
|
|
|
7
|
增时钟
|
减时钟
|
复位
|
|
8
|
增时钟
|
减时钟
|
复位
|
启动
|
9
|
A/B相正交计数器
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时钟A
|
时钟B
|
|
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10
|
时钟A
|
时钟B
|
复位
|
|
11
|
时钟A
|
时钟B
|
复位
|
启动
|
根据传送带单元旋转编码器输出的脉冲信号形式
(A/B相正交脉冲，Z相脉冲不使用，无外部复位和启动信号)
，由表1-1容易确定，所采用的计数模式为模式9，选用的计数器为HSC0，B相脉冲从I0.0输入，A相脉冲从I0.1输入，计数倍频设定为4倍频。分拣单元高速计数器编程要求较简单，不考虑中断子程序，预置值等。
使用引导式编程，很容易自动生成了符号地址为“HSC_INIT”的子程序。其程序清单如图4-3所示。（引导式编程的步骤从略，请参考S7-200系统手册）
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图4-3
子程序HSC_INIT清单
在主程序块中使用SM0.1（上电首次扫描ON）调用此子程序，即完成高速计数器定义并启动计数器。
旋转编码器脉冲当量的测试
前面已经指出，根据传送带主动轴直径计算旋转编码器的脉冲当量，其结果只是一个估算值。在传送带单元安装调试时，除了要仔细调整尽量减少安装偏差外，尚须现场测试脉冲当量值。一种测试方法的步骤如下：
分拣单元安装调试时，必须仔细调整电动机与主动轴联轴的同心度和传送皮带的张紧度。调节张紧度的两个调节螺栓应平衡调节，避免皮带运行时跑偏。传送带张紧度以电动机在输入频率为1Hz时能顺利启动，低于1Hz时难以启动为宜。测试时可把变频器设置为在BOP
操作板进行操作（启动/停止和频率调节）的运行模式，即设定参数P0700 =
1（使能BOP
操作板上的起动/停止按钮），P1000
= 1（使能电动电位计的设定值）。
安装调整结束后，变频器参数设置为：
P0700 = 2（指定命令源为“由端子排输入”），
P0701 =
16（确定数字输入DIN1为“直接选择 + ON”
命令）
P1000 =
3（频率设定值的选择为固定频率），
P1001 =
25Hz（DIN1的频率设定值）
在PC机上用STEP7-Micro/WIN编程软件编写PLC程序，主程序清单见图4-4，编译后
