德国HENGSTLER 亨士乐 编码器工作原理

编码器（encoder）是将信号（如比特流）或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。编码器把角位移或直线位移转换成电信号，前者称为码盘，后者称为码尺。按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种；按照工作原理编码器可分为增量式和式两类。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。式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。

编码器可按以下方式来分类。

1、按码盘的刻孔方式不同分类

（1）增量型：就是每转过单位的角度就发出一个脉冲信号(也有发正余弦信号，

编码器（图1）

编码器（图1）

然后对其进行细分，斩波出频率更高的脉冲)，通常为A相、B相、Z相输出，A相、B相为相互延迟1/4周期的脉冲输出，根据延迟关系可以区别正反转，而且通过取A相、B相的上升和下降沿可以进行2或4倍频；Z相为单圈脉冲，即每圈发出一个脉冲。

（2）值型：就是对应一圈，每个基准的角度发出一个唯Y与该角度对应二进制的数值，通过外部记圈器件可以进行多个位置的记录和测量。

2、按信号的输出类型分为：电压输出、集电极开路输出、推拉互补输出和长线驱动输出。

3、以编码器机械安装形式分类

（1）有轴型：有轴型又可分为夹紧法兰型、同步法兰型和伺服安装型等。

（2）轴套型：轴套型又可分为半空型、全空型和大口径型等。

4、以编码器工作原理可分为：光电式、磁电式和触点电刷式。

1、编码器本身故障：是指编码器本身元器件出现故障，

编码器（图2）

编码器（图2）

导致其不能产生和输出正确的波形。这种情况下需更换编码器或维修其内部器件。

2、编码器连接电缆故障：这种故障出现的几率 Z高，维修中经常遇到，应是优先考虑的因素。通常为编码器电缆断路、短路或接触不良，这时需更换电缆或接头。还应特别注意是否是由于电缆固定不紧，造成松动引起开焊或断路，这时需卡紧电缆。

3、编码器+5V电源下降：是指+5V电源过低， 通常不能低于4.75V，造成过低的原因是供电电源故障或电源传送电缆阻值偏大而引起损耗，这时需检修电源或更换电缆。

4、式编码器电池电压下降：这种故障通常有含义明确的报警，

编码器（图3）

编码器（图3）

这时需更换电池，如果参考点位置记忆丢失，还须执行重回参考点操作。

5、编码器电缆屏蔽线未接或脱落：这会引入干扰信号，使波形不稳定，影响通信的准确性，必须保证屏蔽线可靠的焊接及接地。

6、编码器安装松动：这种故障会影响位置控制 精度，造成停止和移动中位置偏差量超差，甚至刚一开机即产生伺服系统过载报警，请特别注意。

7、光栅污染 这会使信号输出幅度下降，必须用脱脂棉沾*轻轻擦除油污。

型旋转编码器的机械安装使用：

型旋转编码器的机械安装有高速端安装、低速端安装、

编码器（图4）

编码器（图4）

辅助机械装置安装等多种形式。

高速端安装：安装于动力马达转轴端（或齿轮连接），此方法优点是分辨率高，由于多圈编码器有4096圈，马达转动圈数在此量程范围内，可充分用足量程而提高分辨率，缺点是运动物体通过减速齿轮后，来回程有齿轮间隙误差，一般用于单向高精度控制定位，例如轧钢的辊缝控制。另外编码器直接安装于高速端，马达抖动须较小，不然易损坏编码器。

低速端安装：安装于减速齿轮后，如卷扬钢丝绳卷筒的轴端或Z后一节减速齿轮轴端，此方法已无齿轮来回程间隙，测量较直接，精度较高，此方法一般测量长距离定位，例如各种提升设备，送料小车定位等。

辅助机械安装：

常用的有齿轮齿条、链条皮带、摩擦转轮、收绳机械等。

旋转编码器是一种光电式旋转测量装置，它将被测的角位移直接转换成数字信号（高速脉冲信号）。

编码器如以信号原理来分，有增量型编码器，型编码器。

我们通常用的是增量型编码器，可将旋转编码器的输出脉冲信号直接输入给PLC，利用PLC的高速计数器对其脉冲信号进行计数，以获得测量结果。不同型号的旋转编码器，其输出脉冲的相数也不同，有的旋转编码器输出A、B、Z三相脉冲，有的只有A、B相两相，Z简单的只有A相。

编码器有5条引线，其中3条是脉冲输出线，1条是COM端线，1条是电源线（OC门输出型）。编码器的电源可以是外接电源，也可直接使用PLC的DC24V电源。电源“-”端要与编码器的COM端连接，“+ ”与编码器的电源端连接。编码器的COM端与PLC输入COM端连接，A、B、Z两相脉冲输出线直接与PLC的输入端连接，A、B为相差90度的脉冲，Z相信号在编码器旋转一圈只有一个脉冲，通常用来做零点的依据，连接时要注意PLC输入的响应时间。旋转编码器还有一条屏蔽线，使用时要将屏蔽线接地，提高抗干扰性。

编码器-----------PLC

A-----------------X0

B-----------------X1

Z------------------X2

+24V------------+24V

COM------------- -24V-----------COM

由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，

编码器（图5）

编码器（图5）

有光电发射和接收器件读取，获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差（相对于一个周波为360度），将C、D信号反向，叠加在A、B两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。

由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，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，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，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，但精度、热稳定性、寿命均要差一些。

分辨率—编码器以每旋转360度提供多少的通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。

它是一种将旋转位移转换成一串数字脉冲信号的旋转式传感器，

编码器（图6）

编码器（图6）

这些脉冲能用来控制角位移，如果编码器与齿轮条或螺旋丝杠结合在一起，也可用于测量直线位移。

编码器产生电信号后由数控制置CNC、可编程逻辑控制器PLC、控制系统等来处理。这些传感器主要应用在下列方面：机床、材料加工、电动机反馈系统以及测量和控制设备。在ELTRA编码器中角位移的转换采用了光电扫描原理。读数系统是基于径向分度盘的旋转，该分度由交替的透光窗口和不透光窗口构成的。此系统全部用一个红外光源垂直照射，这样光就把盘子上的图像投射到接收器表面上，该接收器覆盖着一层光栅，称为准直仪，它具有和光盘相同的窗口。接收器的工作是感受光盘转动所产生的光变化，然后将光变化转换成相应的电变化。一般地，旋转编码器也能得到一个速度信号，这个信号要反馈给变频器，从而调节变频器的输出数据。故障现象：1、旋转编码器坏（无输出）时，变频器不能正常工作，变得运行速度很慢，而且一会儿变频器保护，显示“PG断开”...联合动作才能起作用。要使电信号上升到较高电平，并产生没有任何干扰的方波脉冲，这就必须用电子电路来处理。编码器pg接线与参数矢量变频器与编码器pg之间的连接方式，必须与编码器pg的型号相对应。一般而言，编码器pg型号分差动输出、集电极开路输出和推挽输出三种，其信号的传递方式必须考虑到变频器pg卡的接口，因此选择合适的pg卡型号或者设置合理.

编码器一般分为增量型与型，它们存着Z大的区别：在增量编码器的情况下，

编码器（图7）

编码器（图7）

位置是从零位标记开始计算的脉冲数量确定的，而型编码器的位置是由输出代码的读数确定的。在一圈里，每个位置的输出代码的读数是唯Y的； 因此，当电源断开时，型编码器并不与实际的位置分离。如果电源再次接通，那么位置读数仍是当前的，有效的； 不像增量编码器那样，必须去寻找零位标记。

编码器的厂家生产的系列都很全，一般都是的，如电梯型编码器、机床编码器、伺服电机型编码器等，并且编码器都是智能型的，有各种并行接口可以与其它设备通讯。

编码器是把角位移或直线位移转换成电信号的一种装置。前者成为码盘，后者称码尺．按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种．接触式采用电刷输出，一电刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态是“1”还是“0”；非接触式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件时以透光区和不透光区来表示代码的状态是“1”还是“0”。

按照工作原理编码器可分为增量式和式两类。

编码器（图8）

编码器（图8）

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。式编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。

旋转增量式编码器以转动时输出脉冲，通过计数设备来知道其位置，当编码器不动或停电时，依靠计数设备的内部记忆来记住位置。这样，当停电后，编码器不能有任何的移动，当来电工作时，编码器输出脉冲过程中，也不能有干扰而丢失脉冲，不然，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，只有错误的生产结果出现后才能知道。解决的方法是增加参考点，编码器每经过参考点，将参考位置修正进计数设备的记忆位置。在参考点以前，是不能保证位置的准确性的。为此，在工控中就有每次操作先找参考点，开机找零等方法。这样的编码器是由码盘的机械位置决定的，它不受停电、干扰的影响。

编码器由机械位置决定的每个位置的唯Y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。这样，编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。

由于编码器在定位方面明显地优于增量式编码器，

编码器（图9）

编码器（图9）

已经越来越多地应用于工控定位中。型编码器因其高精度，输出位数较多，如仍用并行输出，其每一位输出信号必须确保连接很好，对于较复杂工况还要隔离，连接电缆芯数多，由此带来诸多不便和降低可靠性，因此，编码器在多位数输出型，一般均选用串行输出或总线型输出，德国生产的型编码器串行输出Z常用的是SSI（同步串行输出）。

多圈式编码器。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，这样的编码器就称为多圈式编码器，它同样是由机械位置确定编码，每个位置编码唯Y不重复，而无需记忆。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。多圈式编码器在长度定位方面的优势明显，已经越来越多地应用于工控定位中。

信号输出有正弦波（电流或电压），方波(TTL、HTL)，

编码器（图10）

编码器（图10）

集电极开路(PNP、NPN)，推拉式多种形式，其中TTL为长线差分驱动（对称A,A-;B,B-;Z,Z-）,HTL也称推拉式、推挽式输出，编码器的信号接收设备接口应与编码器对应。

信号连接—编码器的脉冲信号一般连接计数器、PLC、计算机,PLC和计算机连接的模块有低速模块与高速模块之分，开关频率有低有高。

如单相联接，用于单方向计数，单方向测速。

A.B两相联接，用于正反向计数、判断正反向和测速。

A、B、Z三相联接，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Z小，抗干扰Z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，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，信号传输距离可达300米。

应注意三方面的参数：

1、械安装尺寸：包括定位止口，轴径，安装孔位;电缆出线方式;安装空间体积;工作环境防护等级是否满足要求。

2、分辨率：即编码器工作时每圈输出的脉冲数，是否满足设计使用精度要求。

3、电气接口：编码器输出方式常见有推拉输出(F型HTL格式)，电压输出(E)，集电极开路(C，常见C为NPN型管输出，C2为PNP型管输出)，长线驱动器输出。其输出方式应和其控制系统的接口电路相匹配。

光电编码器

优点：体积小，精密，本身分辨度可以很高，无接触无磨损;同一品种既可检测角度位移，又可在机械转换装置帮助下检测直线位移;多圈光电编码器可以检测相当长量程的直线位移(如25位多圈)。寿命长，安装随意，接口形式丰富，价格合理。成熟技术，多年前已在国内外得到广泛应用。

缺点：精密但对户外及恶劣环境下使用提出较高的保护要求；量测直线位移需依赖机械装置转换，需消除机械间隙带来的误差；检测轨道运行物体难以克服滑差。

静磁栅编码器

优点：体积适中，直接测量直线位移，数字编码，理论量程没有限制；无接触无磨损，抗恶劣环境，可水下1000米使用；接口形式丰富，量测方式多样；价格尚能接受。

缺点：分辨度1mm不高；测量直线和角度要使用不同品种；不适于在精小处实施位移检测（大于260毫米）。

继电器产品展示(20张)

 为一种线圈传感装置。因此磁簧继电器之特征、小型尺寸、轻量、反应速度快、短跳动时间等特性。

当整块铁磁金属或者其它导磁物质与之靠近的时候，发生动作，开通或者闭合电路。由*磁铁和干簧管组成。*磁铁、干簧管固定在一个不导磁也不带有磁性的支架上。以*磁铁的南北极的连线为轴线，这个轴线应该与干簧管的轴线重合或者基本重合。由远及近的调整*磁铁与干簧管之间的距离，当干簧管刚好发生动作（对于常开的干簧管，变为闭合；对于常闭的干簧管，变为断开）时，将磁铁的位置固定下来。这时，当有整块导磁材料，例如铁板同时靠近磁铁和干簧管时，干簧管会再次发生动作，恢复到没有磁场作用时的状态；当该铁板离开时，干簧管即发生相反方向的动作。磁簧继电器结构坚固，触点为密封状态，耐用性高，可以作为机械设备的位置限制开关，也可以用以探测铁制门、窗等是否在位置。

光继电器

光继电器为AC/DC并用的半导体继电器，指发光器件和受光器件一体化的器件。输入侧和输出侧电气性绝缘，但信号可以通过光信号传输。

其特点为寿命为半*性、微小电流驱动信号、高阻抗绝缘耐压、超小型、光传输、无接点…等。

主要应用于量测设备、通信设备、保全设备、医疗设备…等。

时间继电器

时间继电器是一种利用电磁原理或机械原理实现延时控制的控制电器。

继电器（图2）

继电器（图2）

它的种类很多，有空气阻尼型、电动型和电子型等。

在交流电路中常采用空气阻尼型时间继电器，它是利用空气通过小孔节流的原理来获得延时动作的。它由电磁系统、延时机构和触点三部分组成。

时间继电器可分为通电延时型和断电延时型两种类型。

空气阻尼型时间继电器的延时范围大（有0.4～60s和0.4～180s两种） ，它结构简单，但准确度较低。

当线圈通电（电压规格有ac380v、ac220v或dc220v、dc24v等）时，衔铁及托板被铁心吸引而瞬时下移，使瞬时动作触点接通或断开。但是活塞杆和杠杆不能同时跟着衔铁一起下落，因为活塞杆的上端连着气室中的橡皮膜，当活塞杆在释放弹簧的作用下开始向下运动时，橡皮膜随之向下凹，上面空气室的空气变得稀薄而使活塞杆受到阻尼作用而缓慢下降。经过一定时间，活塞杆下降到一定位置，便通过杠杆推动延时触点动作，使动断触点断开，动合触点闭合。从线圈通电到延时触点完成动作，这段时间就是继电器的延时时间。延时时间的长短可以用螺钉调节空气室进气孔的大小来改变。

吸引线圈断电后，继电器依靠恢复弹簧的作用而复原。空气经出气孔被迅速排出。

中间继电器

中间继电器的特点：

继电器采用线圈电压较低的多个优质密封小型继电器组合而成，防潮、防尘、不断线，可靠性高，克服了电

中间继电器样本图

中间继电器样本图

磁型中间继电器导线过细易断线的缺点；功耗小，温升低，不需外附大功率电阻，可任意安装及接线方便；继电器触点容量大，工作寿命长；继电器动作后有发光管指示，便于现场观察；延时只需用面板上的拨码开关整定，延时精度高，延时范围可在0.02-5.00S任意整定。

中间继电器的用途：

中间继电器用于各种保护和自动控制线路中，以增加保护和控制回路的触点数量和触点容量。

中间继电器的分类：

低电流启动中间继电器

静态中间继电器

延时中间继电器

电磁型中间继电器

电梯用中间继电器

导轨式中间继电器

中间继电器原理

线圈通电，动铁芯在电磁力作用下动作吸合，带动动触点动作，使常闭触点分开，常开触点闭合；线圈断电，动铁芯在弹簧的作用下带动动触点复位，继电器的工作原理是当某一输入量(如电压、电流、温度、速度、压力等)达到预定数值时，使它动作，以改变控制电路的工作状态，从而实现既定的控制或保护的目的。在此过程中，继电器主要起了传递信号的作用 。

中间继电器的作用

一般的电路常分成主电路和控制电路两部分，继电器主要用于控制电路，接触器主要用于主电路；通过继电器可实现用一路控制信号控制另一路或几路信号的功能，完成启动、停止、联动等控制，主要控制对象是接触器；接触器的触头比较大，承载能力强，通过它来实现弱电到强电的控制，控制对象是电器。

1.代替小型接触器

中间继电器的触点具有一定的带负荷能力，当负载容量比较小时，可以用来替代小型接触器使用，比如电动卷闸门和一些小家电的控制。这样的优点是不仅可以起到控制的目的，而且可以节省空间，使电器的控制部分做得比较精致。

2．增加接点数量

这是中间继电器较常见的用法，例如，在电路控制系统中一个接触器的接点需要控制多个接触器或其他元件时而是在线路中增加一个中间继电器。

3．增加接点容量

我们知道，中间继电器的接点容量虽然不是很大，但也具有一定的带负载能力，同时其驱动所需要的电流又很小，因此可以用中间继电器来扩大接点容量。比如一般不能直接用感应开关、三极管的输出去控制负载比较大的电器元件。而是在控制线路中使用中间继电器，通过中间继电器来控制其他负载，达到扩大控制容量的目的。

4．转换接点类型

在工业控制线路中，常常会出现这样的情况，控制要求需要使用接触器的常闭接点才能达到控制目的，但是接触器本身所带的常闭接点已经用完，无法完成控制任务。这时可以将一个中间继电器与原来的接触器线圈并联，用中间继电器的常闭接点去控制相应的元件，转换一下接点类型，达到所需要的控制目的。

5．用作开关

在一些控制线路中，一些电器元件的通断常常使用中间继电器，用其接点的开闭来控制，例如如彩电或显示器中常见的自动消磁电路，三极管控制中间继电器的通断，从而达到控制消磁线圈通断的作用。

6．转换电压

7．消除电路中的干扰

功率方向继电器

当输入量（如电压、电流、温度等）达到规定值时，使被控制的输出电路导通或断开的电器。可分为电气量（如电流、电压、频率、功率等）继电器及非电气量（如温度、压力、速度等）继电器两大类。具有动作快、工作稳定、使用寿命长、体积小等优点。广泛应用于电力保护、自动化、运动、遥控、测量和通信等装置中。

测试方法

1、测线圈电阻：可用万能表R×10Ω档测量继电器线圈的阻值，从而判断该线圈是否存在着开路现象。继电器线圈的阻值和它的工作电压及工作电流有非常密切的关系，通过线圈的阻值可以计算出它的使用电压及工作电流。

2、测触点电阻：用万能表的电阻档，测量常闭触点与动点电阻，其阻值应为0；而常开触点与动点的阻值就为无穷大。由此可以区别出那个是常闭触点，那个是常开触点。

3、测量吸合电压和吸合电流：找来可调稳压电源和电流表，给继电器输入一组电压，且在供电回路中串入电流表进行监测。慢慢调高电源电压，听到继电器吸合声时，记下该吸合电压和吸合电流。为求准确，可以试多几次而求平均值。测量释放电压和释放电流：也是像上述那样连接测试，当继电器发生吸合后，再逐渐降低供电电压，当听到继电器再次发生释放声音时，记下此时的电压和电流，亦可尝试多几次而取得平均的释放电压和释放电流。一般情况下，继电器的释放电压约在吸合电压的10～50%，如果释放电压太小（小于1/10的吸合电压）时则不能正常使用了，这样会对电路的稳定性造成威胁使工作不可靠。

常见类型

1、过电流继电器

过电流继电器，简称CO，是从电流超过其设定值而动作的继电器，可做系统线路及过载的保护用，较常用的是感应型过电流继电器，是利用电磁铁与铝或铜制的旋转盘相对，依靠电磁感应原理使旋转圆盘转动，以达到保护作用。

动作原理：

感应型过电流继电器是利用电流互感器二次侧电流，在继电器内产生磁场，以促使圆盘转动，但流过的电流必须大于电流标置板的电流值才能转动。

2、过电压继电器

过电压继电器，简称OV，它的主要用途在于当系统的异常电压上升至120%额定值以上时，过电压继电器动作而使断路器跳脱保护电力设备免遭损坏，感应式过电压继电器的构造及动作原理和过电流继电器相似，只有主线圈不同。

3、欠电压继电器

欠电压继电器，简称UV，其构造与过电压继电器相同，所不同的是内部触头及当外加电压时转盘会立即转动。

4、接地过电压继电器

接地过电压继电器，简称OVG，或称接地报警继电器简称GR，其构造与过电压继电器相同，使用与三相三线非接地系统，接于开口三角形接地的接地互感器上，用以检知零相电压。

5、接地过电流继电器

接地过电流继电器，简称GCR，是一种高压线路接地保护继电器。

主要用途：

1） 高电阻接地系统的接地过电流保护；

2）发电机定子绕组的接地保护；

3）分相发电机的层间短路保护；

4）接地变压器的过热保护。

6、 选择性接地继电器

选择性接地继电器，简称SG，又称方向性接地继电器，简称DG，使用于非接地系统作配电线路保护作用，架空线及电缆系统也能使用。

选择性接地继电器：由接地电压互感器检出零相序电流如遇线路接地时，选择性接地继电器能确实地表示故障线路而发生警报，并按照其需要选择故障线路将其断开，而继续向正常线路送电。

7、 缺相继电器

缺相继电器，简称OPR，或缺相保护继电器，简称PHR，在三相线路中，当电源端有一线断路而造成单相时，若未有立即将线路切断，将使电动机单相运转而烧毁。

8、比率差动继电器

比率差动继电器，简称RDR，被应用做变压器交流电动机，交流发电机的差动保护，以往使用过的过电流保护继电器，是外部故障所产生的异常电流流过保护设备时，若变压器，一、二次侧电流发生不平衡或对电流互感器特性发生不*，在这些情况下，此现象会扩延数倍，而使继电器误动作。