工业自动化中使用的不同类型电机编码器的工作原理详解

电机编码器是一种为自动化控制系统或任何需要位置数据的包含电机的机器记录位置数据的设备。从机械臂到3D打印机，它们无处不在。编码器在使自主机器正常运行方面发挥着关键作用。它们允许精确测量系统中的运动部件。

电机编码器在几个方面都有好处，例如，线性编码器通常用于轨道应用并允许CNC机器和3D打印机精确地创建零件，而旋转编码器使机械臂在制造业中成为可能。它们发送的信号用于在正确的时刻激活控制器或PLC的不同输出。

编码器通过基于上述两种不同系统之一（旋转或线性）向控制设备提供电气信息来工作。在编码器中还有几种将物理变化转换为电数据的机制：电阻、机械、磁和光学，其中光学编码器是制造中最常见的。光学编码器包含至少一个光发送器和一个光接收器，用于将物理运动转换为电信号以供控制器处理。无论采用何种转换方法，编码器始终是线性编码器或旋转编码器。

在光学编码器中，旋转和线性都使用从固体表面切出的“窗口”，仅允许光以增量方式进入接收单元。线性编码器使用传感器来检测沿着路径长度的条带中的不同图案，而旋转编码器由一个带有插槽的圆盘组成，可将信号发送回控制系统。

在光学系统中，发送单元发出一束恒定的光束，随着系统的移动，光束会逐渐中断。每当接收单元检测到来自发送单元的光时，它就会向控制器发送一个电信号。根据应用的不同，有各种不同的磁盘或磁道配置来阻挡/接收光。这些包括绝对位置编码器和增量编码器。

绝对式编码器使用多个光传感器向控制器发送二进制代码。它们具有对应于光发送器/接收器对的不同插槽。对于单圈绝对编码器，这些插槽创建了一个二进制代码，可以告诉电机在一转内的角位置。

在需要更高精度和更大范围的应用中，多圈编码器使用齿轮减速器和两个编码器盘来实现更大范围的已知位置。绝对式编码器更适用于断电后需要位置数据的情况，最常见的是在安全电路中。增量式编码器具有均匀间隔的槽来向控制器发送脉冲。这些编码器依赖于从零位置开始计数的脉冲，因此在系统因任何原因断电的情况下，拥有一个已知位置以重新开始计数非常重要。

在只需要电机速度的情况下，可以将模拟信号发送到控制器，使其能够将此数据处理为有用的应用程序。如果过程需要位置数据，则编码器可以向控制器发送电脉冲，以破译电机在其边界区域内的位置。

线性编码器使用传感器或标尺上的“切口”将电脉冲信号发送到控制器。这些脉冲信号可以由PLC解密并转换为设备要遵循的指令。

线性编码器更适合带有滑动定位器的应用，例如3D打印机或CNC机器。它们非常适用于需要将准确的高速数据传输到控制器的过程。某些线性编码器如果不是绝对编码器，则在断电或PLC/控制器重启后需要一个参考位置来找零。

绝对式编码器使用二进制表示位置，增量式编码器只能发送控制器在启动后计数的脉冲。当必须重新启动位置数据时，限位开关或传感器可用于提供参考点。

基于绝对代码的线性编码器能够在不移动或不使用参考点的情况下找到它们的位置。他们使用来自多个尺度的二进制代码来确定位置。这为应用过程提供了更大的灵活性，并在涉及重启后安全的领域开辟了更多机会。

旋转编码器由一个连接在电机轴上的圆形标尺组成。当电机转动时，读取秤中图案的光传感器将脉冲计数或二进制代码发送到PLC。旋转编码器在需要电机速度或难以通过电机旋转以外的方式测量距离的应用中非常有用，例如在机械臂中的伺服电机中。需要电机速度控制的应用使用产生脉冲计数的增量编码器来测量电机速度。

编码器刻度上有一定数量的槽，PLC会随着电机转动而计算槽数。然后可以将其转换为RPM。这可能有用的一个例子是在传送带电机上。某些参数可能需要不同的皮带速度，PLC可以根据电机的RPM进行相应调整。它们在精度很重要的应用中也很有用，因为它们比绝对式旋转编码器产生更准确的数据。尽管它们更准确，但它们无法在不移动的情况下读取位置，并且在与PLC失去通信后可能需要参考位置。

绝对式编码器也可用于旋转式电机编码器。这些更适用于需要角度数据的情况。它们还能够在编码器和控制器之间失去通信或电源后重新调用位置，这与需要移动来传递数据的增量旋转控制不同。