格雷码式旋转编码器在位移检测中的应用

　　摘要　介绍格雷码式旋转编码器的特点，通过PLC转换成二进制式运算的方法，以及在位移检测中的应用。
　　关键词：旋转编码器　位移检测　逻辑电路

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。

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Gray2^n－1(格雷码n-1位)逻辑“与”(二进制第n位)得出Bin2^n－1(二进制n-1位)。因此逻辑电路如图1所示。

图1　逻辑电路

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。

图2　格雷码向二进制码的转换程序

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。