海德汉编码器新员工培训资料11(保密)

编码器新员工培训资料(内部资料)2010年9月6日3编码器BU位置Aldingen,德国Gurnee,ILAmherst,NYSaoPaulo,BrasilKezmarok,Slovakei天津,中国St.Kitts,Karibik4品牌介绍反馈品牌•Northstar–重载编码器•Harowe-旋转变压器•ACURO-绝对值编码器反馈品牌•Northstar–重载编码器•Harowe-旋转变压器•ACURO-绝对值编码器HengstlerGmbH,Aldingen德国Founded18461995年加入Danaher公司5编码器分类编码器模拟量编码器数字编码器旋转变压器Sin/Cos编码器增量编码器绝对值编码器A,A,B,B,C,C___格雷码二进制码6编码器基础知识ƒ编码器将旋转位置的改变转换为电气信号。ƒ编码器应用在轴的闭环控制和大多数的自动化过程中。编码器为闭环控制产生速度或位置的实际测量值。AB数据绝对值型编码器-单圈(在360°内工作)-多圈(nx360°)增量型编码器脉冲7编码器基础知识绝对值标尺增量标尺增量型vs绝对值型应用:•只需计数应用:•上电后无需找参考点•通过绝对值读取提高噪声免疫能力8典型应用ƒ绝对值编码器-不能回参考点Ö安全Ö生产效率ƒ绝对值编码器-不能回参考点Ö安全Ö生产效率ƒ增量编码器-速度测量-连续运动-可以回参考点ƒ增量编码器-速度测量-连续运动-可以回参考点9典型结构基本原理光学增量编码器正交信号KanalBKanalAAuflösung在控制之下的正交功能通道A通道B10Encoder制品(PIC-6207、6217等)chip电路的原理框图如下图所示。当有光束扫过chip表面时，PDA1与PDA2、PDB1与PDB2受光的先后顺序不同，在某一时刻PD之间受光照射强度就有差异，而这种光强的差异昀后通过VoutA和VoutB电平的高低反映出来。光束运动的方向和速度都可以通过VoutA和VoutB电平的变化情况反映出来。VoutAVoutBPDA1PDA2PDB1PDB2稳压电路VccGndCompACompBSchmittASchmittBA1A2B1B2TrATrB增量编码器工作原理11以上图所示情况为例，光栅从左向右运动，在“0”位置时PDA1和PDA2受光面积相等；在“0”和“2”之间时，PDA1受光面积大于PDA2，PDA1的光电流大于PDA2，A1点电位低于A2点(参见原理框图)，比较器CompA输出低电平，触发器SchmittA输出低电平，三极管TrA截止，VoutA输出为高电平；6012345光栅(Scale)光栅运动方向PDA1PDA2PDB1PDB2VoutBVoutATΔtt0123456time12在“2”位置时PDA1和PDA2受光面积相等；在“2”和“4”之间时，PDA1受光面积小于PDA2，PDA1的光电流小于PDA2，A1点电位高于A2点，比较器CompA输出高电平，触发器SchmittA输出高电平，三极管TrA导通，VoutA输出为低电平；从“4”位置继续向右运动，PDA1和PDA2受光的情形不断地循环重复着上述“0”和“4”之间的情况，VoutA输出波形也跟着作周期性变化(参见上页VoutA波形图)。可以按照同样的方法分析VoutB的波形(参见上页VoutB波形图)。示意flash132.chip受光部实际分布情况实际应用中，为了提高产品的分辨率，防止油污等对制品动作的影响，往往把chip中PD的受光面分多个部分并与其它PD的受光部分按一定顺序相间排列。如果把每一个受光部分都看作一个单独的PD，那么原来的PD就可以看作是这些小的PD的并联。左图是PD并联效果示意图。下图是chip表面PD受光部分布序列示意图。PDA1PDB1PDA2PDB2PDA1稳压电路143.术语及特性参数1)T、t、DutyT周期由5.3.1节Encoder工作原理相关内容可知，周期等于光栅从“0”位置运动到“4”位置所经历的时间。t脉冲宽度脉冲宽度等于光栅从“0”位置运动到“2”位置所经历的时间。Duty占空比其中DSCALE是光栅一个单元(一个遮光部和相邻的受光部)的宽度，DPDA是PDA的两个受光部之间的距离，如右图所示。T=VDSCALEt=VDPDAVDSCALEDPDADPDnDutytT=DSCALE=DPDA152)Phase、θ1、θ2、θ3、θ4因为PDA和PDB不是同步受光，所以VoutA和VoutB的波形在时间上也不是同步的。可以用一个角度值来确定波形所对应时间值，这个角度值叫做相位，其英文是phase。这样VoutA和VoutB的波形在时间上的差异就可以用一个角度值来表示，称为相位差，用θ或Δθ表示。相位差和时间差之间的对应关系如下式所示：相位差θ1、θ2、θ3、θ4与VoutA和VoutB波形之间的关系如右图所示。TΔtVoutBVoutAtimeθ2θ1θ4θ3VoutBVoutAdegree360°Δθ=×360°ΔtT16由上面的分析可以知道θ1所对应的是VoutB比VoutA落后的时间，也就是光栅从“0”位置运动到“1”位置所经历的时间，其值如下式：θ2θ1θ4θ3VoutBVoutAdegree360°=VDPDnΔt01PDA1PDA2PDB1PDB2VoutBVoutATΔtt0123456timeDSCALEDPDADPDn×360°T=θ1ΔtT=VDSCALEDPDn×360°=θ1DSCALE因为所以173)Scale的方向、速度光栅从左向右运动时，PDA先于PDB受光，所以VoutA的波形领先于VoutB；光栅从右向左运动时，PDA在PDB之后受光，所以VoutA的波形落后于VoutB。通过VoutA和VoutB两者波形的相位先后关系可以判断出光栅运动的方向(参见右图)。由上面的分析已知所以光栅运动的速度由下式表示：其中参数的含义请参见以前的相关内容。VoutBVoutAV0123456timeVVoutBVoutA0123456timeT=VDSCALET=VDSCALE18光学绝对值编码器数字通道,绝对值(13位/8192步）Sin/Cos轨道，增量(11位/2048周期)绝对值光电ASIC绝对值码盘TypicalStructure多圈齿轮箱单圈PCB多圈PCB单圈码盘BasewithBearings19光学多圈绝对值编码器ST-OptoASICLensLEDCode-Disk30VDCOptoASIC3*MT-OptoASIC120°C20绝对值传感器编码并行二进制编码并行二进制编码并行格雷码并行格雷码串形游标代码串形游标代码串形随机编码串形随机编码21绝对值数据编码十进制二进制代码余3格雷码格雷码二进制表示的十进制数(BCD)余3格雷码表示的十进制数22磁阻原理(MR)SNSNSNSABZ23电容原理两部分旋转编码器•顶层板发射/接收•底板调制场三部分旋转编码器•转子在发生器和接收器板之间改变介质24磁传感器原理(Hall霍尔)¾霍尔元件S通过激励电流(I)¾磁场¾洛伦兹力产生霍尔电压UH¾电压UH是与磁场方向成比例的。¾产生Sine-cos信号¾绝对位置能够通过反正切功能被导出¾通过插补增加分辨率ABZIPOD/A25旋转变压器旋转变压器运行原理StatorRotorStatorR1R2S1S3S4S2U13U42RatedInputVoltage-1.5-1-0.500.511.5FrequencyVoltageAmplitudeSingleSpeedResolverOutput-1-0.500.5104590135180225270315360405DegreesAmplitudeSineModSineCosine旋转变压器信号应用:ƒ坚固ƒ可靠缺点:ƒ模拟量Ö易受噪音干扰ƒ没有电气标记ƒ低带宽26电机反馈vs自动化电机的间接测量电机的间接测量ƒ直接驱动ƒ成本敏感负载的直接测量负载的直接测量ƒ补偿公差和机械误差ƒ更高的成本负载伺服电机减速箱自适应编码器集成编码器27工厂自动化应用编码器通用机器IBS36mm并行工业增量Profibus光电绝对值机器和工厂自动化工业总线＋T-连接器AC58总线AI25总线58mm金属加工,包装,造纸和印刷,医疗,设备安装使用工程工业绝对值AC58AI25商业,医疗,轻工小型机器RI58HS20/23RI36..RI42E14光电增量30mm小型设备增量RI30..RI32E12技术应用市场接口外径种类需求:ƒ紧凑尺寸ƒ接口多样ƒ密封ƒ冲击/振动ƒEMC28特殊应用的编码器光学+MR-增量过程工业,电机反馈钢铁,木材,纸浆&造纸大的电机重载Northstar产品69mm能源,化工.石油&天然气,化工工业EEX防护EEX不锈钢RX70/71AX70/71自动贩卖机,食品加工,近海,船用设备食品&饮料船用,近海AC61总线ProfibusIBS光学绝对值AC61并行(P)增量r+绝对值ST63.5mm不锈钢工业RI59AC59技术应用市场接口尺寸种类29电机反馈总览AC异步电机AC同步电机DC电机低高不用编码器F-U矢量正余弦编码器绝对值编码器需求Kit+Hall旋转变压器增量编码器正余弦编码器绝对值编码器增量编码器测速发电机正余弦编码器绝对值编码器步进电机霍尔传感器增量编码器磁编码器不用编码器安装不用编码器换向电气电气感应电刷Hengstler范围增量编码器30差分信号ƒRS422,HTL反相ƒ信号带互补双绞对–降低电容耦合ƒ差分信号–消除共模干扰ƒRS422,HTL反相ƒ信号带互补双绞对–降低电容耦合ƒ差分信号–消除共模干扰AA.0V0V+-屏蔽双绞对(e.g.AandA)31Sine/Cosine1Vpp*InvertierteKanälesindderÜbersichtlichkeithalbernichtdargestelltDrehrichtungimUhrzeigersinn,BlickaufdieWelle参考信号1/U粗略轨道1/U用于换向信号:C=SineD=-Cosine精细轨道2048/UA=SineB=-CosineABCDR闭环质量的关键点:ƒ谐波失真，残余误差ƒ幅度差，相的关系ƒ通过插补最大可达4百万步/转闭环质量的关键点:ƒ谐波失真，残余误差ƒ幅度差，相的关系ƒ通过插补最大可达4百万步/转32用于电机反馈接口的标准波形‰333旋转变压器--3‰3HTL单端333RS485--‰-适合电机反馈的噪声免疫性能333-差分333数字量3333增量型噪声免疫334-20mA331VppTTL-1通道3模拟量33绝对值型0-10VHTL-反向RS422(TTL-反向图例:-不好一般‰好出色33RI36-HM14ÎBiszu512Inkr.Î100°CÎIntegrierterPhasen-diskriminator(E9)E9M9ÎIndustrieserieÎBiszu3.600Inkr.ÎHohl-wellebiszu10mmABÎAvago(HP)HEDS5540ErsatztypÎBiszu1.024Inkr.Î100°C小型直流和步进电机增量编码器M15,M21ÎModularÎMitKommutierungÎBiszu2.048Inkr.A,BUWV步进电机电机反馈Î可达512线Î100°CÎ集成相辨别器(E9)Î工业特征Î可达3600线Î轴套可达10mmÎ可替换Agilent(HP)HEDS5540Î可达1024线Î100°CÎ模块化Î带换向信号Î可达2048线34直流无刷电机电机反馈A,BUWV弹性安装Î带换向信号Î可达10000pprÎRenco+Tamagawa–兼容F14,F18F10,F15,F21弹性安装Î带换向信号Î可达2048pprÎ旋转变压器安装兼容Î尺寸10,15,21RF53弹性安装Î带换向信号Î可达8192pprÎ双弹簧片设计ÎIP54防护等级Î锥轴Î工作温度120°C增量编码器，用于直流无