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旋转编码器测距、定位技术的应用研究旋转编码器是集光机电技术于一体的速度位移传感器。当旋转编码器轴带动光栅盘旋转时，经发光元件发出的光被光栅盘狭缝切割成断续光线，并被接收元件接收产生初始信号。该信号经后继电路处理后，输出脉冲或代码信号。其特点是体积小，重量轻，品种多，功能全，频响高，分辨能力高，力矩小，耗能低，性能稳定，可靠使用寿命长等特点。主要结构如下图所示。在现代工业控制中，测距、定位技术已经有越来越多的应用，如工作部件运动到位信号，通常简单的方法为采用接近开关、光电开关等检测技术，这种方法很简单，也很实用，在一些检测要求不高的场合会经常使用。但是随着工业自动化的发展，控制的精度要求越来越高，因此对测距、定位技术也有了新的要求，传统的限位开关已经不能满足控制要求，这样，选用旋转编码器的应用优点就突现出来。1.编码器的优点相比传统测距、定位技术，旋转编码器具备以下优点：信息化：除了定位，还可以远传当前位置，控制室就可知道其具体位置，并换算出运动速度；柔性化：定位可以在控制室柔性调整；安装方便：多个工位检测，只要解决一个旋转编码器的安全和安装问题，可以避免诸多接近开关、光电开关在现场机械安装麻烦，容易被撞坏和遭高温、水气困扰等问题。2.编码器的工作原理一般编码器输出信号除A、B两相（A、B两通道的信号序列相位差为90度）外，每转一圈还输出一个零位脉冲Z。。当主轴以顺时针方向旋转时，按下图输出脉冲，A通道信号位于B通道之前；当主轴逆时针旋转时，A通道信号则位于B通道之后。从而由此判断主轴是正转还是反转。按照编码器的工作原理，可将编码器分为增量式和绝对式两类。2.1.增量式编码器增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。旋转增量式编码器以转动时输出脉冲，通过计数设备来计数其脉冲数，从而知道其位置。当编码器不动或停电时，需依靠计数设备的内部记忆来记住位置。其缺点是在编码器输出脉冲的过程中，不能有干扰而丢失脉冲，停电时，编码器不能有任何的移动。否则，计数设备记忆的零点就会偏移，而且这种偏移的量是无从知道的。为此，在工控中就有设置参考点，开机找零等方法。2.2.绝对编码器绝对编码器光码盘上有许多道刻线，每道刻线依次以2线、4线、8线、16线。。。。。。编排，这样，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码，这就称为n位绝对编码器。绝对编码器可以由机械位置确定的每个位置的唯一性，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置。因此，编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。由于绝对编码器在位置定位方面明显地优于增量式编码器，已经越来越多地应用于工控定位中。2.2.1.单圈绝对编码器绝对编码器按测量范围又可分为单圈和多圈，其基本原理如下图所示。单圈旋转绝对值编码器，以转动中测量光电码盘各道刻线，以获取唯一的编码，由于转动超过360度时，编码又回到原点，这样就不符合绝对编码唯一的原则，这样的编码只能用于旋转范围360度以内的测量，称为单圈绝对值编码器。2.2.2.多圈绝对编码器如果要测量旋转超过360度范围，就要用到多圈绝对值编码器。运用钟表齿轮机械的原理，当中心码盘旋转时，通过齿轮传动另一组码盘（或多组齿轮，多组码盘），在单圈编码的基础上再增加圈数的编码，以扩大编码器的测量范围，这样的绝对编码器就称为多圈式绝对编码器，它同样是由机械位置确定编码，每个位置编码唯一不重复，而无需记忆。3.编码器码盘材料编码器按码盘材料划分有玻璃、金属、塑料三种，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好，精度高，易碎，成本高；金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，易变形，其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级；塑料码盘是经济型的，其成本低，不易碎和变形，但精度、热稳定性、寿命均要差一些。4.编码器在我公司产品中的应用4.1.阀门定位我公司电动顶阀的阀位判断目前所使用技术实际就是增量式编码器技术，通过两个接近开关与三个感应块组成了一个简单的低分辨率编码器，通过PLC采集和计数阀门动作过程中两个接近开关的脉冲信号，计算和判断阀门的开关位置。这种方法和增量式编码器一样，存在系统找零、PLC断电后阀门不能有动作、在阀门运行过程中，接近开关信号不能有干扰和丢失问题。之前顶阀计数不准最大的问题在于找零——在不该找零的时候给出了零位信号（到位接近开关感应块不能复位）；经过计数方法的改进，零位信号由人工手动给出，解决了错误零位信号问题，目前计数不准最大的问题在于计数信号的丢失，接近开关感应距离太小，轻微的震动就可能导致信号丢失，若改用大感应距离接近开关，又会带来安装、布线方面的困难。鉴于以上问题，建议在电动顶阀上改用绝对编码器进行阀位开关判断。由于顶阀位置要求精度不高，因此可以选用金属或塑料码盘编码器进行开关位置判断（需考虑编码器安装位置温度）。使用连轴器将旋转编码器与主动齿轮的主轴直接联轴，记录实际传动状态，计算阀门开关状态，由于采用绝对编码器，即使系统断电，也不会影响阀门位置判断，安装布线方面也能够有一定的精简。4.2.位移测量我公司目前最要的位移测量需求是钻具位移测量，与顶阀相同，目前所使用的也是简易的增量编码器技术，存在的问题主要在于接近开关信号丢失，从目前使用的情况来看，大约有0.5~1米左右的误差。这种误差在常规除焦系统中可能还无关紧要，但在智能除焦系统中，由于系统要根据钻具位移位置结合清焦检测系统联合判断清焦是否干净，因此这种误差在智能除焦系统中必须予以消除。在钻具位移测量系统中重点是要确定好安装位置，目前有两处安装位置可供选择，一是张紧器滑轮处，在滑轮处安装可能会出现钢丝滑动导致测量误差，二是绞车滚桶处，在滚桶处安装，则数据处理中须克服叠层卷绕误差。