增量型编码器使用功能扩展

秦凤武 绥化学院电气工程学院 黑龙江绥化 152000

【文章摘要】

增量型编码器因为其具备能够较为有效地测量物体位移和角度的功能而在很多领域得到了广泛的应用和推广，随着现在经济社会和科学技术的不断发展和提高，增量型编码器通过一定的程序编码，可以进一步将其功能进行扩展。经过扩展后的增量型编码器能够作以绝对值表编码器来使用。

【关键词】

最大脉冲数；增量型编码器；绝对值型；编码器

本文主要对增量型编码器进行了简单的概述，对其进行读书的几种方法进行了简单的描述。同时，针对目前增量型编码器与绝对值型编码器的使用和转换需求，对增量型编码器对负数脉冲的消除和转换方法进行了简单的探讨。

1 增量型编码器概述

增量型编码器是一种能够较为有效地测量物体角度与位移的测量元件，人们获取相关物体位移和角度是通过增量型编码器提供的经过角位移以及角速度转变而来的脉冲序列信号来取得的。正因为增量型编码器在物体位移和角度测量方面具有不可比拟的优势，因此在很多领域被人们广泛采用。

增量型编码器的输出信号主要是三相信号输出，具体编码器输出信号为A、B、Z 三相。一般而言，在编码器的初始位置多采用Z 相信号，Z 相信号输出的脉冲信号的频率为1 个/ 周，即Z 相信号每次输出一个时，则其转了一周。而A 相与B 相信号具有很大的相似性，两者只是在相位上存在90 度的差距，其信号波形则一模一样。增量型编码器的A、B、Z 三相输出信号的示意图如图1 所示。在增量型编码器的实际应用中，主要是是通过A 相与B 相信号之间的相位差，来判断和辨别编码器的转向，通过科学的统计，对编码器进行合理计数，最终正确辨别出物体的位移和角度。

2 编码器常见读数方法

增量型编码器主要有以下几种常见的读数方法。

第一种方法：在增量型编码器进行读数的过程中，对于相关物体的初始定位通过Z 相脉冲信号来进行判别，方向用B 相脉冲信号来进行判别，计数则用A 相脉冲信号来进行判别。当B 相脉冲信号表现为高电平，且与此同时A 相脉冲信号表现为上升沿，可以基本判断此时增量型编码器的运转表现为正相，此时可以将增量型编码器的计数器增加1。相反，当B 相脉冲信号表现为低电平，且与此同时A 相脉冲信号表现为下降沿，可以基本判断此时增量型编码器的运转表现为反相，此时可以将增量型编码器的计数器减少1。这种编码

图1 增量型编码器三相输出信号示意图

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器的计数读数方法可在相关资料中得知。

第二种方法：在增量型编码器进行读数的过程中，对于相关物体的初始定位通过Z 相脉冲信号来进行判别，方向用A 相与B 相脉冲信号来共同进行判别，计数则用A 相脉冲信号来进行判别。当B 相脉冲信号表现为高电平，且与此同时A 相脉冲信号表现为上升沿，可以基本判断此时增量型编码器的运转表现为正相，此时可以将增量型编码器的计数器增加1。相反，当A 相脉冲信号表现为高电平，且与此同时B 相脉冲信号表现为上升沿，可以基本判断此时增量型编码器的运转表现为反相， 此时可以将增量型编码器的计数器减少1。这种编码器的计数读数方法可在相关资料中得知。

第三种方法：在增量型编码器进行读数的过程中，对于相关物体的初始定位通过Z 相脉冲信号来进行判别，方向以及计数则均通过A 相脉冲信号来进行判别。当B 相脉冲信号表现为高电平，且与此同时A 相脉冲信号表现为上升沿，可以基本判断此时增量型编码器的运转表现为正相，此时可以将增量型编码器的计数器增加1。相反，当B 相脉冲信号表现为高电平，且与此同时A 相脉冲信号表现为下降沿， 可以基本判断此时增量型编码器的运转表现为反相，此时可以将增量型编码器的计数器减少1。这种编码器的计数读数方法可在相关资料中得知。

但是就上面介绍的几种增量型编码器的计数方法，都存在一定的缺陷。在方法一中，由于编码器进行相关判别是在不同的位置进行的，当在图1 所示中的X1 与X2 之间，编码器进行反复运动的时候，根据方法一则会使编码器的计数器进行累加1，会导致计数结果出现偏差。在方法二中，当在图1 所示中的X2 与X3 之间，编码器进行反复运动的时候，根据方法一则会使编码器的计数器进行累减1，也会导致计数结果出现偏差。在方法三中，编码器进行相关判别是在同一个位置进行的，因此可以避免方法一和方法二中出现的累加或者累减的偏差，但是，编码器在图2 中的位置A1 处发生抖动的过程中， 由于计数器受到最高输入频率的制约和限制，而脉冲信号在编码器抖动过程中会出现下降沿和上升沿的频率出现频繁进行变换的现象，导致频率输入次数过多，这样容易造成计数器的操作失误，使编码器的计数结果出现偏差。

3 相关问题提出

绝对值型编码器也是一种常用的编码器类型，在进行相关的测量和计数时，绝对值型编码器在一定程度上能够弥补增量型编码器的不足之处。增量型编码器与绝对值型编码的最大区别在于，增量型编码器在运行过程断电后，如果重新接通电源，则当前脉冲数归为0，增量编码器反转为负数脉冲递减，相反，增量型编码器正传则为正转脉冲递增。绝对值编码器则不分正数脉冲和负数脉冲，其脉冲测量范围是从0 开始至最大脉冲数，无论绝对值型编码器为正转还是反转，其脉冲数均为正数，只是当绝对值型编码器进行正转时，脉冲数是在当前计数上增加，当绝对值型编码器进行反转时，脉冲数是在当前计数上进行递减。绝对值型编码器和增量型编码器是两种较为常用的的编码器类型。在实际使用过程中，应该根据具体的使用条件和测量要求进行合理选择。

就目前而言，我国的很多部件都选用绝对值型编码器作为相关的测量与调控元件，如我国当前的压力机装模高度调整就使用的绝对值型编码器。在绝对值型编码器的应用过程中，通过获取编码器在旋转过程中发出的脉冲信号，判别和确定编码器的旋转位置，在总线通信控制的条件下，通过传动轴的作用，对需要测量的部件（如滑块等）进行位移和角度的测量和判别。由于实际工程应用中要充分考虑到企业的成本和效益，加上一些旧式的CPU 以及PLC 等系统对现代通信技术模块不支持，因此在很多情况下，尤其是对一些过去的设备机器进行改造重装的过程中，需要将增量型编码器进行一定的功能扩展，使其能够作为绝对值型编码器来使用。具体的功能扩展和转换实现过程如下。

4 具体实现方法

在本文中对增量型编码器进行功能扩展主要是以OMRON C200HG CPU 为例。具体的线路接线示意图如图3 所示。C200HG-CT021 的两个高速计数通道分别为CH1 与CH2。CH1 与CH2 的具体地址可以通过对模块地址单元号进行拨码来实现。当对MACHINE NO. 单元号拨码0 时，CH1 与CH2 可分别获取地址为112 与114。若要以简单计数模式作为C200H-CTO21 的工作方式，则可以通过将MODE （模式选择）拨码为0 来实现。在本次功能扩展转换中，将选择编码器的地质为112， 接入通道为CH1。

（1）当系统切断电源又重新接通电源时，对于增量型编码器而言，其当前脉冲数归为0，在这种情况下，如果编码器进行正转，则脉冲数则会在0 的基础上进行增长，变成正数且进行累加，如果编码器进行反转，则脉冲数则会在0 的基础上进行减少，变成负数且进行累减。在选择的112 编码器脉冲读取地址内，脉冲计数表现为从零进行递增。在脉冲读数地址113 内，则其脉冲读数为F000，其中F 在读数的最高位数，代表的是复数。因为一些旧式的CPU 如C200HG 等当编码器计数读数为负数时不能进行相关的计算，因此需要对读出的负数脉冲进行一些的消除处理。可以将编码器中间存储器DM102、DM103 中接收到的由地址112、113 传来的数据信息中的负脉冲信号信息进行一定的处理，通过FFF 与F000 相“逻辑与”， 则F000 就变成了0000，即编码器脉冲信号中的负脉冲就变成了0，消除掉了其中的负数。相关的程序图如图4 所示。当系统重新接电时，如果编码器翻转出现负脉冲，那么通过相关的与#FFF 相：逻辑与“的指令操作，就可以消除其中的负数脉冲影响。

（2）进行步骤（1）的操作之后，再对运算中的正脉冲和负脉冲进行相关的编程处理。具体PLC 程序示意图如图5 所示。当给系统重新通电后，脉冲归为0。当编码器进行正转为正脉冲，113.15 的地址位状态为关闭OFF，编码器进行正转的正脉冲数与当前脉冲数HR55 进行累加，则在寄存器HR50 中会存入相关的累加结果数据信息。当编码器进行反转为负脉冲， 113.15 的地址位状态为开通ON，编码器进行反转的负脉冲数与当前脉冲数HR55 进行累减，则在寄存器HR50 中会存入相关的累减结果数据信息。

（3）当编码器每次进行断电与通电时，进行一次循环标志指令的下达，编写相关程序，将编码器断电之前的脉冲数HR50 通过一定的处理传递到HR55，这样就能在编码器断电后还能继续保留之前的数据信号，保持其计数功能。

5 结语

增量型编码器能够较为有效地测量物体角度与位移的测量元件，人们获取相关物体位移和角度是通过增量型编码器提供的经过角位移以及角速度转变而来的脉冲序列信号来取得的。正因为增量型编码器在物体位移和角度测量方面具有不可比拟的优势，因此在很多领域被人们广泛采用。但是在很多情况下，尤其是对一些过去的设备机器进行改造重装的过程中，需要将增量型编码器进行一定的功能扩展，使其能够作为绝对值型编码器来使用，在进行功能扩展的过程中，主要应该对其负脉冲进行一定的消除处理，保断电前的信号计数存储。

【参考文献】

[1] 何亚福, 许齐, 姜子鹏. 增量型编码器使用功能扩展[J]. 设备管理与维修,2013,04:32-33.

[2] 吴进华. 永磁同步曳引电动机磁极位置检测和参数整定新方法[D]. 上海交通大学,2012.