格雷码式旋转编码器在位移检测中的应用设计

1 前言

        在随动位置控制系统和位移量检测中,系统要控制的量有线位移或角位移。需要的检测装置较多,如自整角机、旋转变压器和感应同步器等。而对于旋转物体角位移的测量,旋转编码器的使用是必不可少的。旋转编码器是直接将角位移转换成数字信号,它分为增量式和绝对式两种。根据制作工艺的不同,绝对式编码器又分为二进制、二——十进制和格雷码盘等。现就格雷码盘式旋转编码器的特点介绍一下。

2 特点

        格雷码盘的特点是,在相邻两扇面之间只有一个码发生变化。当读数时,即使发生改变,也只能有一光电管处在交接面上,也只不过是最低一位的误差,不可能产生较大误差,因此此类编码器精度较高。其缺点是不能直接实现二进制的运算,在运算前必须通过逻辑电路转换成二进制码。旋转编码器的分辨率为360/N,绝对值码盘N=2n,n是输出字的位数。现就结合常用的16位数算一下轴的位置和对应的数码,见下表。

3 方法

3.1 逻辑电路
  通过格雷码和二进制码对照参数表,不难发现格雷码转换成二进制码的规律。格雷码的第n位和二进制码的第n位是一样的。二进制码的第n-1位、……、第0位,可由Gray2n-1(格雷码n-1位)逻辑“与”(二进制第n位)得出Bin2n-1(二进制n-1位)。因此逻辑电路如图1所示。

3.2 PLC输入点转换
  在实际应用中,如压力机滑块调整量、气垫调整量的检测,选用绝对式旋转编码器,不但机械安装简单,而且检测位移精度高。在电气控制中,如果按照逻辑电路设计,那么成本造价高,不经济。通过PLC模块输入点以及内部继电器,完全可以实现格雷码向二进制码的转换。在PLC中,通过运算指令换算成实际调整量值。因此通过PLC可以实现数据通信、数据显示等。下面以AB公司PLC5的IVN模块为格雷码的输入点,此模块设为0框架,第一组的第一模块。格雷码转换成二进制码的过程可以以子程序被调用。当PLC主程序运算处理调整量时,可以直接调用此子程序,这样整个程序的处理就简单得多。其程序如图2所示。内部继电器B4/960~B4/975,B4/976~B4/991转换为二进制文件为B4∶60和B4∶61。按照B4∶61对应的二进制数,通过算术运算指令,就可按规定的比例换算成实际值。

4 结论

     该编码器简单实用,在自动化程度控制比较高的地方,如机械手、机器人伺服控制系统中,对于自动回原点,记忆停车位置,此编码器的使用更是必不可少的。

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