在舞臺(tái)機(jī)械應(yīng)用中怎么選擇編碼器,？使用編碼器的安裝方法,！
在舞臺(tái)機(jī)械應(yīng)用中,，編碼器作為一個(gè)重要的傳感器,，日益占據(jù)著核心地位,。舞臺(tái)機(jī)械的正確運(yùn)動(dòng)在很大程度上依賴于編碼器的可靠性安裝、電信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性以及計(jì)數(shù)單元的精度,。編碼器有多種類型,，最常見的是增量編碼器和絕對(duì)值編碼器，后者又分為單圈絕對(duì)值編碼器和多圈絕對(duì)值編碼器,。根據(jù)編碼器的內(nèi)部工作原理,，它們可以分為磁性編碼器和光電編碼器,。
在舞臺(tái)機(jī)械應(yīng)用中,，經(jīng)常會(huì)面臨一些編碼器使用問題，例如多軸驅(qū)動(dòng)的升降舞臺(tái),。在選擇編碼器類型時(shí),，需要考慮增量編碼器和絕對(duì)編碼器的優(yōu)劣，并且還要在成本方面進(jìn)行權(quán)衡,。在面對(duì)這些實(shí)際問題時(shí),，本文將根據(jù)編碼器的技術(shù)特性，分析在舞臺(tái)機(jī)械應(yīng)用中選擇,、安裝和使用編碼器的方法,。
一、編碼器的技術(shù)特點(diǎn)
編碼器的工作原理
編碼器主要根據(jù)其內(nèi)部工作原理分為光電編碼器和磁性編碼器兩種類型,。
光電編碼器的工作原理是通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸的機(jī)械幾何位移轉(zhuǎn)換為脈沖或數(shù)字信號(hào),。光電編碼器由光柵盤和光電傳感器組成。在伺服系統(tǒng)中,，光柵盤與電機(jī)同軸,，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)光柵盤的旋轉(zhuǎn)，通過光電傳感器輸出若干脈沖信號(hào),，可以計(jì)算當(dāng)前電機(jī)的速度,。光電編碼器通常輸出A相、B相,、Z相信號(hào),，其中A相和B相是相位差90°的兩個(gè)脈沖信號(hào)。通過分析這兩個(gè)信號(hào)的狀態(tài)變化,，可以判斷電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向,。
磁性編碼器的結(jié)構(gòu)主要在編碼器的旋轉(zhuǎn)軸的一端設(shè)置產(chǎn)生磁場的永久磁鐵，將霍爾傳感器芯片放置在電路板上,，根據(jù)特定條件接近編碼器軸的一端,。通過分析通過電路板輸出的霍爾傳感器的電壓信號(hào)，可以識(shí)別編碼器轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置,。
編碼器的信號(hào)輸出方式
根據(jù)編碼器信號(hào)的輸出類型,，編碼器一般分為增量編碼器和絕對(duì)值編碼器。
增量編碼器廣泛應(yīng)用,，主要是脈沖輸出類型,。它將位移轉(zhuǎn)換為周期性電信號(hào)，再轉(zhuǎn)換為計(jì)數(shù)脈沖,，脈沖的數(shù)量表示位移的大小,。通常有A相,、B相、Z相的輸出,，其中A相和B相是延遲其他1/4周期的脈沖輸出,，可以通過這兩個(gè)相位的變化來區(qū)分正反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的速度控制,。Z相輸出一個(gè)單脈沖,，用于標(biāo)記電機(jī)的圈數(shù)。簡言之,，每轉(zhuǎn)一圈就發(fā)送一個(gè)脈沖,。
絕對(duì)值編碼器分為單圈絕對(duì)值編碼器和多圈絕對(duì)值編碼器。它們通常采用通信方式與驅(qū)動(dòng)器單元（如PLC,、SSI,、PROFINET或CANOPEN）交換數(shù)據(jù)。單圈絕對(duì)值編碼器通常只能記錄編碼器單圈的絕對(duì)位置,，適用于執(zhí)行單圈旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的場景,。多圈編碼器有廣泛的用途，可以記錄編碼器實(shí)際旋轉(zhuǎn)的圈數(shù),。
實(shí)現(xiàn)多圈數(shù)檢測的多圈絕對(duì)值編碼器方式主要有電池計(jì)數(shù)寄存器和機(jī)械齒輪旋轉(zhuǎn)編碼等,。
電池計(jì)數(shù)寄存器的原理很簡單,，即使用安裝在編碼器中的微處理器記錄,、計(jì)算和保存編碼器的圈數(shù)。電池的作用是讓編碼器能夠繼續(xù)儲(chǔ)存和記錄圈數(shù),。
機(jī)械齒輪多渦輪編碼器的結(jié)構(gòu)類似于時(shí)鐘齒輪,，即一系列減速齒輪組與主機(jī)械軸分階段嚙合，每個(gè)級(jí)齒輪包括前齒輪和主機(jī)械軸,，它們之間有整數(shù)倍的減速比關(guān)系,。通過確定各齒輪的旋轉(zhuǎn)角位置，可以檢測編碼器主機(jī)械軸的圈數(shù),。機(jī)械齒輪多渦輪編碼器的絕對(duì)位置反饋輸出不是根據(jù)過去的記錄計(jì)算的,，而是根據(jù)當(dāng)前的機(jī)械物理傳遞機(jī)制直接測量的。它不需要電池,，不受線路干擾等外部環(huán)境的影響,，也能從位置檢測源獲取程序錯(cuò)誤信號(hào)的安全位置反饋。
二,、編碼器的安裝和使用
編碼器的選型
與傳統(tǒng)的光學(xué)編碼器相比,，磁性編碼器不需要復(fù)雜的碼盤或光源，結(jié)構(gòu)簡單,、部件少,，傳感器的穩(wěn)定性更高,。同時(shí)，磁性編碼器具有堅(jiān)固的結(jié)構(gòu),、小巧輕便,、長壽命、抗振動(dòng)性好以及不受灰塵,、油,、水蒸氣和鹽水噴霧等污染和腐蝕的影響。
然而,，磁性編碼器也存在一些缺點(diǎn),，例如容易受到電磁干擾的影響。為了避免溫度漂移,，還需要采取補(bǔ)償和保護(hù)措施,。另一個(gè)難以解決的問題是位置反饋。為了實(shí)現(xiàn)絕對(duì)位置反饋,，磁性編碼器需要在內(nèi)部添加信息處理單元和位置存儲(chǔ)器單元,。尤其是對(duì)于多圈絕對(duì)值編碼器，通常需要添加電池來持續(xù)儲(chǔ)存和記錄圈數(shù),。然而,，這種方式也存在一些缺點(diǎn)，比如如果電池放電,，位置信息將會(huì)丟失,。
在舞臺(tái)機(jī)械領(lǐng)域，穩(wěn)定性往往是最主要的要求,，因此一般選擇光電編碼器作為傳感器,。
編碼器的安裝位置
編碼器的安裝方式有幾種，包括安裝在電機(jī)軸上,、安裝在齒輪箱軸上,、以及拉索等安裝方法。
通常,，編碼器主要安裝在電機(jī)尾軸上,，以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)速度控制。通過編碼器,，逆變器可以實(shí)時(shí)計(jì)算并獲取電機(jī)的當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài),，并相應(yīng)調(diào)整速度。例如,，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器希望電機(jī)輸出穩(wěn)定在1200rpm的速度,，但當(dāng)前實(shí)際電機(jī)速度為1150rpm時(shí)，驅(qū)動(dòng)器可以通過獲取電機(jī)輸出軸編碼器值來了解實(shí)際速度偏差,，并調(diào)整控制策略使速度達(dá)到1200rpm,。在這個(gè)過程中,，如果由于其他原因無法提高速度，逆變器將發(fā)出相應(yīng)的警報(bào),。使用速度閉環(huán)控制有許多優(yōu)點(diǎn),，例如可以在不同負(fù)載條件下以相同的特性運(yùn)行電機(jī)，有利于調(diào)整位置環(huán),。
在舞臺(tái)機(jī)械應(yīng)用中,，通常需要在電機(jī)尾軸上單獨(dú)安裝增量編碼器進(jìn)行速度調(diào)整，該編碼器通常用于位置調(diào)整,。對(duì)于僅安裝一個(gè)編碼器的低速驅(qū)動(dòng)軸（例如減速器輸出軸的位置）,，通常無法實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)，只能進(jìn)行大致位置的閉環(huán)控制,。此時(shí)精度和響應(yīng)速度都不如閉環(huán)控制好,。因此，選擇編碼器的方式應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場景而定,。在飛輪安裝到電機(jī)尾軸的應(yīng)用中,，只能選擇通孔式編碼器。
雙編碼器的安裝方法
在一些特殊應(yīng)用中,，采用雙編碼器的方式,，通常是將增量編碼器與絕對(duì)值編碼器組合使用。另外,，也有兩種增量編碼器的配置方式,。通常情況下，設(shè)備的兩個(gè)編碼器具有不同的功能,。其中,，增量編碼器主要用于速度閉環(huán)控制，多數(shù)逆變器只支持使用增量編碼器進(jìn)行速度閉環(huán)控制,，而有些逆變器也支持使用編碼器多圈絕對(duì)值進(jìn)行速度閉環(huán)控制；第二個(gè)編碼器用于定位,。
為了達(dá)到SIL3（Safety Integrity Level 3）的安全水平,，有些系統(tǒng)中配置了兩個(gè)編碼器來比較編碼器輸出。當(dāng)一個(gè)編碼器發(fā)生故障時(shí),，可以快速檢測到異常情況,，防止特定編碼器故障引發(fā)危險(xiǎn)事件的發(fā)生。
對(duì)于某些應(yīng)用場景,，比如多個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)同一個(gè)剛性設(shè)備時(shí)，可以采用增量絕對(duì)值多圈式編碼器的配置方式，多圈絕對(duì)值編碼器通常安裝在運(yùn)動(dòng)端,，使用電纜傳感器等測量最終位置，實(shí)現(xiàn)多設(shè)備之間的位置精確對(duì)比,。在這種情況下，如果沒有安裝多圈絕對(duì)值編碼器,，增量編碼器將持續(xù)累積誤差,，導(dǎo)致多個(gè)驅(qū)動(dòng)器之間的最終位置偏移，從而引發(fā)設(shè)備傾斜或力分布不均等危險(xiǎn)情況,。
目前已經(jīng)有一些雙輸出編碼器的解決方案,，即一個(gè)編碼器可以輸出增量信號(hào)和多圈絕對(duì)值信號(hào)。這樣可以將兩個(gè)編碼器安裝在同一位置上,，安裝過程簡單方便,。但這種方式可能存在增量輸出信號(hào)和多圈絕對(duì)值輸出信號(hào)同時(shí)出現(xiàn)異常的問題。例如,，由于軸松動(dòng),，兩個(gè)編碼器信號(hào)同時(shí)產(chǎn)生異常，造成異常結(jié)束時(shí)間,。為了避免這些問題,，可以使用單獨(dú)的編碼器將兩個(gè)編碼器安裝在不同的位置上，特別是在電機(jī)尾軸和減速器軸等安裝多圈絕對(duì)值編碼器,。
三,、結(jié)論
在舞臺(tái)機(jī)械應(yīng)用中，對(duì)于編碼器的選擇并沒有一種通用的解決方案,，而是根據(jù)具體應(yīng)用情況來決定,。在選擇編碼器時(shí)，不僅要考慮其性能指標(biāo),，還要考慮價(jià)格和使用環(huán)境等因素,。由于安全要求的不斷提高，雙編碼器的使用
