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西门子驱动编码器介绍EncodersintroductionandconnectionwithSiemensdriveGettingstartedEdition(08-4)摘要本文先分类介绍了各种旋转编码器的原理及输出形式，然后分别介绍SD,LD,与MC系统与编码器的连接方法及设置。关键词编码器，绝对值编码器，增量式编码器,SSI,EndatKeyWordsEncoder,absoluteencoder,incrementencoder,SSI,Endat目录西门子驱动编码器介绍..................................................................................................................1一编码器介绍................................................................................................................................3¾光学式编码器......................................................................................................................3¾磁式编码器..........................................................................................................................3¾感应式编码器......................................................................................................................4¾电容式编码器......................................................................................................................4二标准传动编码器的连接及设置...................................................................................................8三工程型变频器编码器的连接及设置..........................................................................................12四运动控制产品编码器介绍CUMC与编码器的连接：.........................................................................................................19SINAMICSS120......................................................................................................................201编码器介绍1.1根据检测原理，编码器可以分为光学式、磁式、感应式和电容式等。¾光学式编码器光电编码器是由光栅盘和光电检测装置组成，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器，分为直线编码器与旋转编码器。在设备运行过程中，光栅盘与电机同轴或按一定转速比进行旋转，经过二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，并通过计数器等脉冲接收电路来获取电机当前的位置与转速。光电编码器是目前市场上应用最为广泛的编码器。图1¾磁式编码器如图2所示，磁式编码器拥有一个由金属材料制作的齿轮，同时有永磁材料与敏感元件组成的磁场接收器，当齿轮旋转时，金属齿轮会影响接收器发出的磁通，引起磁通强弱变化，变化的磁通经过敏感元件后被转换成为相应的数字或脉冲信号。图2除了旋转磁式编码器之外，还有直线磁性尺。其原理相似。¾感应式编码器感应式旋转编码器也是通过测量线圈间的感应现象来识别位置变化。角度值的获取是绝对式的。通过采用每圈13或32个信号周期的码盘，可以获得比旋转变压器高得多的位置分辨率。和光学式旋转编码器相似，感应式旋转编码器也可以在4096转之内唯一确定转动圈数。感应式编码器线圈之间的距离对精度有很大的影响。¾电容式编码器通常是靠耦合电极来实现，目前技术尚不成熟，应用较少。1.2按照其刻度方法与编码器的输出形式，编码器可以分为增量式与绝对值式编码器及旋转变压器增量式增量式编码器是直接利用光电转换原理输出方波脉冲A、B和Z相；A、B两组脉冲相位差90度，实际应用中可以用来判断电机的旋转方向，当码盘正转时，A通道脉冲波形比B通道超前π/2，而反转时，A通道脉冲比B通道滞后π/2，Z相则每转输出一个脉冲，给计数系统提供一个初始的零位信号。A&DService&SupportPage4-24图3增量式编码器的信号输出波形有正弦波（电流或电压）,方波（TTL、HTL）。输出电路形式有集电极开路（PNP、NPN）；,推拉式多种形式，例如其中我们常见的TTL晶体管逻辑（5V±0.25），HTL也称高压晶体管(10-24V)逻辑；长线差分驱动，电路图如下：线驱动集电极开路推挽式编码器的信号接收设备接口应与编码器对应，接收模块有低速模块与高速模块之分，开关频率有高有低。西门子变频器为各类匹配的编码器提供了相应的接口，提供了多种连接方式：单通道联接：用于单方向计数，单方向测速。不适用变频器反转。A&DService&SupportPage5-24A.B通道联接：用于正反向计数、判断正反向和测速。A、B、Z通道联接：用于带参考位修正的位置测量。A、A-，B、B-，Z、Z-连接：由于带有对称负信号的连接，电流对于电缆贡献的电磁场为0，衰减最小，抗干扰最佳，可传输较远的距离。对于TTL的带有对称负信号输出的编码器，采用匹配电缆信号传输距离可达150米。对于HTL的带有对称负信号输出的编码器，采用匹配电缆信号传输距离可达300米。增量式编码器分辨率：编码器以每旋转360度提供多少的明或暗刻线称为分辨率，也称解析分度、或直接称多少线，一般在每转分度5~10000线。增量式编码器的优点是原理构造简单，机械平均寿命可在几万小时以上，抗干扰能力强，可靠性高，适合于长距离传输。其缺点是无法输出轴转动的绝对位置信息，在伺服控制应用中，系统重新上电后必须重新确定系统零点。绝对值编码器同增量式编码器不同，绝对值编码器不输出脉冲信号，而是二进制的数字信号。在它的圆形码盘上沿径向有若干同心码道，每条道上由透光和不透光的扇形区相间组成，相邻码道的扇区数目是双倍关系，码盘上的码道数就是它的二进制数码的位数，在码盘的一侧是光源，另一侧对应每一码道有一光敏元件；当码盘处于不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，形成二进制数（格雷码）。这种编码器的特点是不要计数器，在转轴的任意位置都可读出一个固定的与位置相对应的数字码。显然，码道越多，分辨率就越高，对于一个具有N位二进制分辨率的编码器，其码盘必须有N条码道。目前国内已有16位的绝对编码器产品。为了克服多通道信号传输所带来的不利因素，人们将多通道同步传输改为通讯方式，如EnDat,SSI以及带ProfibusDP接口的编码器。绝对编码器由机械位置决定的每个位置是唯一的，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。同时克服了累积误差。在伺服控制应用中，系统重新上电后位置信息不会丢失，不用回参考点的命令。1.3单圈绝对值编码器与多圈绝对值编码器：旋转单圈绝对值编码器，包括两级旋转变压器以及光正/余弦编码器。以转动中测量光电码盘各道刻线，以获取唯一的编码，当转动超过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。如果用单圈编码器来实现多圈的绝对定位，系统必须能处理信号溢出。另外如果要测量旋转超过360度范围，还可以用多圈绝对值编码器。A&DService&SupportPage6-24编码器生产厂家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，且无需记忆。多圈编码器另一个优点是由于测量范围大，实际使用往往富裕较多，这样在安装时不必要费劲找零点，将某一中间位置作为起始点就可以了，而大大简化了安装调试难度。混合式编码器混合式绝对值编码器，它输出两组信息：一组信息通过通讯的方式传递，带有绝对信息功能；另一组则完全与增量式编码器的输出信息相同，如下文提到的带数据通道正余弦编码器。事实上，伺服控制中应用的编码器，多为混合编码器。旋转变压器在RESOLVER里面有三个线圈，相差90度的Sine和Cosine两组线圈及高频5-10KHZ的旋转线圈，转子随电机旋转其高频信号在定子上感应出Sine和Cosine信号。根据Sine和Cosine波形可以算出ALPHA角度，从而确定转子的位置。图4A&DService&SupportPage7-24图5旋转变压器有两级，四级以及多极之分，通常选择多极旋变时应考虑其级对数应与电机级对数相同。2标准传动编码器的连接及设置MicroMaster440变频器以及SINAMICSG120变频器都具有矢量控制(VC)功能，反馈信号通过增量式编码器来提供，对于MM440，要接编码器必须要定购编码器的接收模块6SE6400-0EN00-0AA0。对于G120变频器，CU单元已经集成了编码器的接口，所以不需要添加附件。适合的编码器类型为增量式编码器，包括方波输出(TTL/HTL)以及集电极开路（PNP、NPN）。如图[7]，[8]，[9]所示。A&DService&SupportPage8-24图6MM440编码器模块2.1集电极开路型:通常编码器不提供R1这个电阻,需要外电路来实现上拉电平或下拉电平a).NPN型b).PNP型VccOutGndVccR1A&DService&SupportPage9-24图72.2推拉输出型:当输出信号为”1”时T1导通,输出为”0”时T2导通,在此电路中由于输出电流有流入和流出两个方向，因此当电缆较长时,波形相对失真小,电缆可以延长到100米左右.电源为DC5-30V,推拉电流最大30mA。图82.3线驱动输出型:线驱动输出是按照RS-422A标准数据传输电路设计,可以使用双绞电缆进行长距离传输,最长可达到1200m。R1OutGndT2T1VccOutGndVcc26LS3226LS31A.B.Z---A.B.ZGnd图9例:编码器与MM440联接:说明:在MM440变频器上只能联接A,AN,B,BN脉冲，因为矢量控制型变频器不需要编码器的零脉冲，不必连接Z与ZN。注意事项1.编码器与编码器模板之间的连线需采用双绞屏蔽电缆,屏蔽层必须与模板的屏蔽端子相连.2.信号电缆必须与动力电缆分开布置.3.需要根据编码器类型正确设置拨码开关的位置.4.当单通道连接时，变频器不能辨别电机转向图10DIP开关设置5.编码器端子说明A&DService&SupportPage10-24图11编码器接线端子说明模板接线图举例:1.TTL联接:2.HTL联接3.外接电源图12编码器接线说明参数设置：P0400选择编码器类型（单端型或差动型）=0：禁止=1：单