帶您了解舞臺(tái)機(jī)械控制神器：編碼器！

目前，作為一個(gè)重要的傳感器，編碼器在舞臺(tái)機(jī)應(yīng)用中占據(jù)著越來(lái)越重要的位置。舞臺(tái)機(jī)械的正確運(yùn)動(dòng)在很大程度上取決于編碼器安裝的可靠性、電信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性以及計(jì)數(shù)單元的精度。編碼器有很多種，最常見(jiàn)的是增量編碼器和絕對(duì)值編碼器，絕對(duì)值編碼器分為單匝絕對(duì)值編碼器和多匝絕對(duì)值編碼器。根據(jù)編碼器的內(nèi)部工作原理，區(qū)別可分為磁性編碼器和光電編碼器。

舞臺(tái)機(jī)械應(yīng)用程序經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)編碼器使用問(wèn)題，例如多軸驅(qū)動(dòng)器提升階段。您需要選擇哪種類型的編碼器，是增量編碼器還是絕對(duì)編碼器。在成本方面可以使用磁性編碼器嗎？考慮到這些實(shí)際問(wèn)題，本文將根據(jù)編碼器的技術(shù)特性分析階段計(jì)算機(jī)在應(yīng)用程序中的選擇、安裝和使用方法。

一、編碼器的技術(shù)特點(diǎn)

1、編碼器的工作原理

編碼器主要根據(jù)內(nèi)部工作原理分為光電編碼器和磁性編碼器兩種類型，如圖1所示。


光電編碼器的主要工作原理是通過(guò)光電轉(zhuǎn)換將輸出軸的機(jī)械幾何位移轉(zhuǎn)換為脈沖或數(shù)字傳感器，主要由光柵盤和光電傳感器件構(gòu)成。在伺服系統(tǒng)中，由于光柵盤與電機(jī)同軸，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)光柵盤的旋轉(zhuǎn)，通過(guò)光電檢測(cè)裝置輸出若干脈沖信號(hào)，可計(jì)算當(dāng)前電機(jī)速度。根據(jù)信號(hào)每秒的脈沖數(shù)。光電編碼器碼盤，輸出相位差90°的2個(gè)光代碼，根據(jù)雙通道輸出光代碼的狀態(tài)變化能判斷電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。


磁性編碼器的結(jié)構(gòu)主要是在編碼器的旋轉(zhuǎn)軸的一端設(shè)置產(chǎn)生磁場(chǎng)的永久磁鐵，將霍爾傳感器芯片放置在電路板上，根據(jù)特定條件接近編碼器軸的一端。要求。（方向和距離）如圖3所示，塊體的永久磁鐵通過(guò)分析通過(guò)電路板輸出的霍爾傳感器的電壓信號(hào)，可以識(shí)別編碼器轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置。

2、編碼器的信號(hào)輸出方式

根據(jù)編碼器信號(hào)的輸出類型，一般分為增量編碼器和絕對(duì)值編碼器。

增量編碼器被廣泛使用，一般的增量編碼器主要是脈沖輸出類型。位移轉(zhuǎn)換為周期性電信號(hào)，然后轉(zhuǎn)換為計(jì)數(shù)脈沖，脈沖的數(shù)量用于表示位移的大小。通常是A相、B相、Z相的輸出，其中A相和B相是延遲了其他1/4周期的脈沖輸出?？梢詤^(qū)分后部，使上升和上升的B階段和下降邊為2或4倍。Z階段為單脈沖。也就是說(shuō)，每轉(zhuǎn)一圈就發(fā)送一個(gè)脈沖。

絕對(duì)式編碼器可分為單匝絕對(duì)式編碼器和多匝絕對(duì)式編碼器。它們通常使用通信方式與驅(qū)動(dòng)器單元（如PLC或SSI、PROFINET或CANO PEN）交換數(shù)據(jù)。單匝絕對(duì)式編碼器通常只能注冊(cè)編碼器單匝的絕對(duì)位置，常用于執(zhí)行單匝旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的組件。多匝編碼器有廣泛的用途，可以記錄編碼器實(shí)際旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速。

實(shí)現(xiàn)多匝數(shù)檢測(cè)的多匝絕對(duì)式編碼器方式主要有電池計(jì)數(shù)寄存器、機(jī)械式齒輪旋轉(zhuǎn)編碼等。

電池計(jì)數(shù)寄存器的原理很簡(jiǎn)單。也就是說(shuō)，使用安裝在編碼器中的微處理器記錄、計(jì)算和保存編碼器的轉(zhuǎn)速。電池的功能是讓編碼器能夠繼續(xù)儲(chǔ)存和記錄轉(zhuǎn)速。

與機(jī)械齒輪多渦輪編碼器中的時(shí)鐘齒輪類似的齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，即一系列減速齒輪組，與主機(jī)械軸分階段嚙合，每個(gè)級(jí)齒輪包括前齒輪和主機(jī)械軸。有整數(shù)倍的削減率的關(guān)系。通過(guò)確定各齒輪的旋轉(zhuǎn)角位置，可以檢測(cè)編碼器主機(jī)械軸的轉(zhuǎn)速。機(jī)械齒輪多渦輪編碼器的絕對(duì)位置反饋輸出不是根據(jù)過(guò)去的記錄計(jì)算的，而是根據(jù)當(dāng)前的機(jī)械物理傳遞機(jī)制直接測(cè)量的。不需要電池，不受線路干擾等外部環(huán)境的影響。以及程序錯(cuò)誤信號(hào)反饋安全從位置檢測(cè)源獲取。

二、編碼器的安裝和使用

1、編碼器的選型

與傳統(tǒng)的光學(xué)編碼器相比，磁性編碼器不需要復(fù)雜的碼盤或光源，組件少，傳感結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。同時(shí)，霍爾元件本身也有許多優(yōu)點(diǎn)，比如堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)、小巧、輕巧、長(zhǎng)壽命、抗振動(dòng)性、不怕灰塵、油、水蒸氣和鹽水噴霧造成的污染和腐蝕。

當(dāng)然，磁性編碼器也存在某些缺點(diǎn)，如易受電磁干擾影響。為了避免溫度漂移，需要采取補(bǔ)償和保護(hù)對(duì)策。此外，另一個(gè)難以解決的問(wèn)題是位置反饋。在磁性編碼器方式中，為了進(jìn)行絕對(duì)位置反饋，需要在編碼器內(nèi)添加信息處理單元和位置存儲(chǔ)器單元。特別是在位置存儲(chǔ)器的情況下，通常需要追加電力保持用的電池。但是，這種方法有幾個(gè)缺點(diǎn)。例如，如果電池放電，則位置會(huì)丟失。

在舞臺(tái)機(jī)行業(yè)，由于現(xiàn)場(chǎng)有大量的機(jī)械設(shè)備，所以通常穩(wěn)定性是主要要求，所以編碼器的選擇一般使用光電編碼器。

2、編碼器的安裝位置

編碼器的安裝方法有幾種，有安裝在電機(jī)軸上的方法、安裝在齒輪箱軸上的方法、拉索等安裝方法。

編碼器主要安裝在電機(jī)尾軸上，以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)速度控制。逆變器可以通過(guò)編碼器實(shí)時(shí)計(jì)算并獲取電機(jī)的當(dāng)前運(yùn)動(dòng)，并相應(yīng)調(diào)整速度。例如，驅(qū)動(dòng)器希望以1200rpm的速度穩(wěn)定電動(dòng)機(jī)輸出，但當(dāng)前實(shí)際電動(dòng)機(jī)速度為1150rpm。驅(qū)動(dòng)器可以獲取電機(jī)輸出軸編碼器值，以了解實(shí)際電機(jī)電流速度不是1200rpm，并調(diào)整環(huán)路電流，將速度提高到1200rpm。在此過(guò)程中，如果由于其他原因無(wú)法提高速度，則逆變器將發(fā)出相應(yīng)的警報(bào)。使用速度閉環(huán)有很多優(yōu)點(diǎn)。例如，可以在不同的負(fù)載條件下以相同的特性運(yùn)行電動(dòng)機(jī)，這有助于調(diào)整位置循環(huán)。

在舞臺(tái)機(jī)應(yīng)用程序中，通常需要在電機(jī)的尾軸上安裝單獨(dú)的增量編碼器以進(jìn)行速度調(diào)整，該編碼器常用于位置調(diào)整。對(duì)于僅安裝了一個(gè)編碼器的低速驅(qū)動(dòng)軸（如減速機(jī)輸出軸的位置），通常不可能完成速度閉環(huán)，只能執(zhí)行大致位置的閉環(huán)。精度和響應(yīng)速度不夠，負(fù)荷變化很大。答案是有區(qū)別的。

安裝在電機(jī)尾軸上的編碼器通常有小型半套筒式編碼器和通孔式編碼器。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用程序的情況，這兩種類型的增量編碼器都可以獲得良好的結(jié)果。操作松動(dòng)或晃動(dòng)不明顯，均可使用。但是，在將飛輪安裝到電機(jī)尾軸上的應(yīng)用程序中，只能選擇通孔編碼器。

3、雙編碼器安裝方法

雙編碼器通常使用增量絕對(duì)值和多匝絕對(duì)值的組合。還有兩種增量配置方法。設(shè)備的兩個(gè)編碼器通常具有不同的功能。其中增量編碼器主要用于速度循環(huán)調(diào)整（大多數(shù)逆變器只支持使用增量編碼器進(jìn)行速度閉環(huán)，而一些逆變器也支持使用編碼器多。旋轉(zhuǎn)絕對(duì)值進(jìn)行速度循環(huán)調(diào)整）；第二個(gè)編碼器用于定位。

為了達(dá)到SIL3的安全水平，需要在系統(tǒng)中裝備2個(gè)編碼器來(lái)比較編碼器。當(dāng)一個(gè)編碼器發(fā)生故障時(shí)，可以快速判斷機(jī)器異常，防止特定編碼器損壞造成危險(xiǎn)情況的發(fā)生。

但是，某些應(yīng)用程序（例如，當(dāng)多個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)同一個(gè)剛性設(shè)備時(shí)）采用增量等離子體多渦輪絕對(duì)式編碼器的配置方法，多匝絕對(duì)式編碼器通常安裝在運(yùn)行時(shí)部分。使用電纜傳感器或安裝到最終驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)行端，測(cè)量最終位置并精確比較多個(gè)設(shè)備之間的位置。在這種情況下，如果沒(méi)有安裝多匝絕對(duì)式編碼器，增量編碼器將繼續(xù)積累錯(cuò)誤，導(dǎo)致多個(gè)驅(qū)動(dòng)器之間的結(jié)束位置偏移，導(dǎo)致設(shè)備傾斜或不均勻的力等危險(xiǎn)情況。

現(xiàn)在有雙輸出編碼器。也就是說(shuō)，一個(gè)編碼器可以輸出增量式和多匝絕對(duì)值兩個(gè)信號(hào)，可以均等地安裝在電機(jī)尾部的軸上。安裝過(guò)程簡(jiǎn)單方便。但是，該設(shè)置方法通常會(huì)出現(xiàn)增量輸出信號(hào)和多匝絕對(duì)值輸出信號(hào)同時(shí)發(fā)生的問(wèn)題。例如，由于軸松動(dòng)，兩個(gè)編碼器信號(hào)同時(shí)出現(xiàn)異常。異常結(jié)束時(shí)間。為了避免這些問(wèn)題，可以使用單獨(dú)的編碼器（例如安裝增量編碼器）將兩個(gè)編碼器安裝到不同的位置。

在電機(jī)的尾軸上，在減速機(jī)的軸等上安裝了多匝絕對(duì)式編碼器。

三、結(jié)論

在舞臺(tái)機(jī)械的用途中，關(guān)于編碼器的選擇沒(méi)有得出結(jié)論，但一般情況下，使用的編碼器的種類根據(jù)用途而決定。在選定時(shí)，不僅要考慮編碼器的性能指標(biāo)，還要考慮價(jià)格和使用環(huán)境。由于安全要求的改善，考慮使用雙編碼器，慢慢地變成趨勢(shì)。舞臺(tái)機(jī)器的趨勢(shì)。

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