概述

本文介绍绝对值编码器的工作原理和分类，包括单圈和多圈绝对值编码器，并介绍绝对值编码器的分辨率和在Starter中的配置过程。

1 绝对值编码器原理

根据工作原理的不同，编码器可分为光电编码器(optical encoder)、磁性编码器(magnetic encoder)、电感式编码器(capacitive encoder)和电容式编码器(capacitive encoder)等等：本文以光电编码器为例，介绍绝对值编码器的相关知识。

根据编码器的刻度方法及信号输出形式，可分为增量式、绝对式以及混合式三种。增量式编码器可以输出编码器从预定义的起始位置发生的增量变化，而绝对式编码器可以记录编码器在一个绝对坐标系上的位置。

绝对式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个光敏元件，当码盘处在不同位置时，各光敏元件根据受光照与否转换出相应的电平信号，行程二进制数(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。

绝对式编码器由机械位置决定的每个位置时唯一的，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，同时克服了累计误差。在伺服控制应用中，系统重新上电后位置信息不回丢失，不用回参考点命令。因此，增量式编码器通常更适用于低性能的简单应用，而绝对式编码器则是更为复杂的关键应用的最佳选择，这些应用具有更高的速度和位置控制要求。

绝对式编码器由单圈和多圈规格，目前使用比较广泛的绝对式编码器多为混合式绝对值编码器。常用的混合式编码器包含两种信号：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，这种混合式编码器的结构中，除了绝对式编码器的单圈/多圈码盘外，还会有记录位置变化增量信息的码盘。事实上，伺服控制中应用的编码器，多为带增量信号的混合式绝对值编码器。

2 绝对值编码器分类

旋转单圈绝对值编码器，以转动中测量光电码盘各道刻线，获取唯一的编码，当转动超过360°时，编码又从零开始，这样就不符合绝对值编码唯一的原则，这样的编码智能用于旋转范围360°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°的范围，还可以用多圈绝对值编码器。

多圈绝对值编码器的原理和钟表齿轮机械的原理类似。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。

多圈编码器的另一个有点是由于测量范围大，实际使用往往富裕很多，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。

若绝对值编码器掉电后电机继续运行，编码器依然可以记录实际位置，但是有电机移动范围的限制，否则上电后位置和实际位置不一致。

单圈绝对值编码器掉电后，电机转动不能超过正负半圈；

多圈绝对值编码器掉电后，电机在正负方向转动不能超过总圈数的一半。

3 绝对值编码器分辨率

绝对值编码器分辨率是以位的形式定义，指是一转内的测量段或测量单位的数值。当绝对值编码器上码盘刻度轨道越多，分辨率越高，一个轨道位20，两个轨道21，三个轨道22，常见单圈分辨率为213、214.多圈绝对值编码器分辨率以213×212、213×214为常见，前一个数值代表单圈内的分辨率，第二个数值代表轴转动超过一圈后圈数的分辨率。(注：数字小字为次方)

在驱动调试软件Starter中可以通过参数p421(Absolute encoder rotary multiturn resolution , 绝对值编码器旋转单圈分辨率)分别读取绝对值编码器的单圈和多圈分辨率。以图3-1为例，编码器的单圈分辨率为222=4194304，多圈分辨率为212=4096.(注：数字小字为次方)

绝对值编码器分辨率的验证：设置转速为1200rpm，20rpm/s，即每100ms码盘转动两圈。编码器的单圈分辨率为222=4194304，两圈后编码器的位置变化值为2*222=8388608，与下图中Trace r482(编码器实际位置值Gn_XIST1)在100ms内的变化值一致。(注：数字小字为次方)

编码器增量实际值Gn_XIST1,数据类型是双字结构，存在SINAMICS.r482中，是控制器与驱动间报文通讯中重要的传输编码器位置的通讯字，各种类型的编码器，其不同电气形式的增量编码信号被解析后，统一按同一格式存储于驱动Gn_XIST 1参数中。其数据结构如图3-3所示。

编码器绝对实际值Gn_XIST2存在SINAMIC.r483中，类似于Gn_XIST1，也是控制器与驱动间报文通讯中重要的传输编码器位置的通讯字，相对于Gn_XIST1，增加了多圈信息，其也为双字结构，数据结构如图3-4所示。

当使用绝对值编码器时，在上电时，工艺对象会请求Gn_XIST2作为位置值，然后仅使用增量实际值Gn_XIST1来计算驱动轴的实际位置值。如图3-5所示，在13.8s时上电获取Gn_XIST2作为位置值，后续再点动轴时，会以使用增量实际值Gn_XIST1来计算驱动轴轴的实际位置值。

常用的SINAMICS驱动器V90，S200和S210使用的电机有3种编码器可以配置，分别为增量编码器、单圈绝对值和多圈绝对值。

V90、S200和S210驱动使用的电机有3种编码器可以配置，分别为增量编码器、单圈绝对值编码器及多圈绝对值编码器。

以V90为例，PLC通过工艺对象TO方式控制时，单圈绝对值编码器参数配置如图所示：

多圈绝对值编码器参数配置如图所示：

绝对值编码器配置时还可以在编码器类型中选择“循环绝对编码器”以增加单圈绝对值编码器的测量范围。

4. SINAMICS 绝对值编码器配置

和增量式编码器相同，Starter 调试软件中通过Drive-CLiQ接口自动识别，从预设编码器列表中选择和手动输入自动以编码器配置数据三种方式对绝对值编码器进行选择。配置绝对值编码器数据界面如下图所示，分通用General与细节Detail两部分，其中Detail界面的设置与上篇提到的增量式编码器设置方式一致。通用General界面设置如图所示：

配置过程：

1. 根据编码器铭牌选择编码器类型(Encoder type),包括旋转/线性、编码器协议、信号类型等：

2. 当勾选“Identify Encoder”选项时，编码器相关参数会由Endat协议读入至驱动器，类似Drive-CLiQ编码器读取信息一样，未勾选此选项时，可以根据编码器实际值进行设置。

3. Endat协议参数设置，可以选择编码器属性是单圈/多圈，以及对应的单/多全分辨率。

4. 选择增量参数，设置增量参数的线数。

End

下期预告

下期带来SSI协议和SSI绝对值编码器的介绍，敬请期待