西门子6ES7 212-1BE40-0XB0型号介绍
增量式光电编码器的特点是每产生一个输出脉冲信号就对应于一个增量位移，但是不能通过输出脉冲区别出在哪个位置上的增量。它能够产生与位移增量等值的脉冲信号，其作用是提供一种对连续位移量离散化或增量化以及位移变化（速度）的传感方法，它是相对于某个基准点的相对位置增量，不能够直接检测出轴的位置信息。一般来说，增量式光电编码器输出a、b 两相互差90°电度角的脉冲信号（即所谓的两组正交输出信号），从而可方便地判断出旋转方向。同时还有用作参考零位的z 相标志（指示）脉冲信号，码盘每旋转一周，只发出一个标志信号。标志脉冲通常用来指示机械位置或对积累量清零。增量式光电编码器主要由光源、码盘、检测光栅、光电检测器件和转换电路组成，如图1-1 所示。码盘上刻有节距相等的辐射状透光缝隙，相邻两个透光缝隙之间代表一个增量周期；检测光栅上刻有a、b 两组与码盘相对应的透光缝隙，用以通过或阻挡光源和光电检测器件之间的光线。它们的节距和码盘上的节距相等，并且两组透光缝隙错开1/4 节距，使得光电检测器件输出的信号在相位上相差90°电度角。当码盘随着被测转轴转动时，检测光栅不动，光线透过码盘和检测光栅上的透过缝隙照射到光电检测器件上，光电检测器件就输出两组相位相差90°电度角的近似于正弦波的电信号，电信号经过转换电路的信号处理，可以得到被测轴的转角或速度信息。增量式光电编码器输出信号波形如图1-2 所示。增量式光电编码器的优点是：原理构造简单、易于实现；机械平均寿命长，可达到几万小时以上；分辨率高；抗干扰能力较强，信号传输距离较长，可靠性较高。其缺点是它无法直接读出转动轴的位置信息。
图 1-2 增量式光电编码器的输出信号波形
基本技术规格
在增量式光电编码器的使用过程中，对于其技术规格通常会提出不同的要求，其中关键的就是它的分辨率、精度、输出信号的稳定性、响应频率、信号输出形式。
（1）分辨率
光电编码器的分辨率是以编码器轴转动一周所产生的输出信号基本周期数来表示的，即脉冲数/转（ppr）。码盘上的透光缝隙的数目就等于编码器的分辨率，码盘上刻的缝隙越多，编码器的分辨率就越高。在工业传动中，根据不同的应用对象，可选择分辨率通常在500~6000ppr 的增量式光电编码器，高可以达到几万ppr。交流控制系统中通常选用分辨率为2500ppr 的编码器。此外对光电转换信号进行逻辑处理，可以得到2 倍频或4 倍频的脉冲信号，从而进一步提高分辨率。
（2）精度
增量式光电编码器的精度与分辨率完全无关，这是两个不同的概念。精度是一种度量在所选定的分辨率范围内，确定任一脉冲相对另一脉冲位置的能力。精度通常用角度、角分或角秒来表示。编码器的精度与码盘透光缝隙的加工质量、码盘的机械旋转情况的制造精度因素有关，也与安装技术有关。
（3）输出信号的稳定性
编码器输出信号的稳定性是指在实际运行条件下，保持规定精度的能力。影响编码器输出信号稳定性的主要因素是温度对器件造成的漂移、外界加于编码器的变形力以及光源特性的变化。由于受到温度和变化的影响，编码器的电子电路不能保持规定的输出特性，在设计和使用中都要给予充分考虑。
（4）响应频率
编码器输出的响应频率取决于光电检测器件、电子处理线路的响应速度。当编码器高速旋转时，如果其分辨率很高，那么编码器输出的信号频率将会很高。如果光电检测器件和电子线路的工作速度与之不能相适应，就有可能使输出波形严重畸变，甚至产生丢失脉冲的现象。这样输出信号就不能准确反映轴的位置信息。所以，每一种编码器在其分辨率一定的情况下，它的高转速也是一定的，即它的响应频率是受限制的。编码器的大响应频率、分辨率和高转速之间的关系如公式（1-1）所示。
（5）信号输出形式
在大多数情况下，直接从编码器的光电检测器件获取的信号电平较低，波形也不规则，还不能适应于控制、信号处理和远距离传输的要求。所以，在编码器内还必须将此信号放大、整形。经过处理的输出信号一般近似于正弦波或矩形波。由于矩形波输出信号容易进行数字处理，所以这种输出信号在定位控制中得到广泛的应用。采用正弦波输出信号时基本消除了定位停止时的振荡现象，并且容易通过电子内插方法，以较低的成本得到较高的分辨率。增量式光电编码器的信号输出形式有：集电极开路输出（open collector）、电压输出（voltage output）、线驱动输出（line driver）、互补型输出（complemental output）和推挽式输出（totem pole）。
集电极开路输出这种输出方式通过使用编码器输出侧的npn 晶体管，将晶体管的发射极引出端子连接至0v，断开集电极与+vcc 的端子并把集电极作为输出端。在编码器供电电压和信号接受装置的电压不一致的情况下，建议使用这种类型的输出电路。输出电路如图1-3 所示。主要应用领域有、纺织机械、注油机、自动化设备、切割机械、印刷机械、包装机械和针织机械等。
图 1-3 集电极开路输出电路
电压输出 这种输出方式通过使用编码器输出侧的 npn 晶体管，将晶体管的发射极引出端子连接至0v，集电极端子与+vcc 和负载电阻相连，并作为输出端。在编码器供电电压和信号接受装置的电压一致的情况下，建议使用这种类型的输出电路。输出电路如图1-4 所示。主要应用领域有电梯、纺织机械、注油机、自动化设备、切割机械、印刷机械、包装机械和针织机械等。
图 1-4 电压输出电路
线驱动输出这种输出方式将线驱动专用ic 芯片（26ls31）用于编码器输出电路，由于它具有高速响应和良好的抗噪声性能，使得线驱动输出适宜长距离传输。输出电路如图1-5 所示。主要应用领域有伺服电机、机器人、数控加工机械等。
图 1-5 线驱动输出电路
互补型输出这种输出方式由上下两个分别为pnp 型和npn 型的组成，当其中一个三极管导通时，另外一个三极管则关断。这种输出形式具有高输入阻抗和低输出阻抗，因此在低阻抗情况下它也可以提供大范围的电源。由于输入、输出信号相位相同且频率范围宽，因此它适合长距离传输。输出电路如图1-6 所示。主要应用于电梯领域或专用领域。
图 1-6 互补型输出电路
推挽式输出这种输出方式由上下两个 npn 型的三极管组成，当其中一个三极管导通时，另外一个三极管则关断。电流通过输出侧的两个晶体管向两个方向流入，并始终输出电流。因此它阻抗低，而且不太受噪声和变形波的影响。输出电路如图1-7 所示。主要应用领域有电梯、纺织机械、注油机、自动化设备、切割机械、印刷机械、包装机械和针织机械等。
图 1-7 推挽式输出电路
在具体应用场合，当终端负载稳定、动作简单、基本为低速运转时，选用成本低且容易控制的为合适；但当终端负载波动范围较大、动作简单、基本为低速运转时，如果选择了步进电机，则会面临一系列烦恼，因为采用方波驱动的步进电机难以消除振动和噪音，并会因为力矩波动而产生失步或过冲。实际上，当终端负载波动范围较大时，即便基本为低速运转状态，也应该选用，因为考虑了功效提高因素、节能因素、控制精度提高因素、系统稳定性增加等因素之后，会发现选用价格较高的伺服电机反而提高了综合成本。
用伺服电机替代步进电机时应注意哪些问题呢？
1、为了保证控制系统改变不大，应选用数字式伺服系统，可仍采用原来的脉冲控制方式；
2、由于伺服电机的过载能力强，可以参照原步进电机额定输出扭矩的1/3来确定伺服电机的额定扭矩；
3、因为伺服电机的额定转速比步进电机要高得多，好增加减速装置，让伺服电机工作在接近额定转速下， 这样也可以选择功率更小的电机，以降低成本。
当前伺服电机趋向步进化的具体表现：
1、小体积高功效：采用新永磁材料及优化电机设计，使体积较小的电机也能产生很大的扭矩。同一型号电机与不同的驱动器匹配时，大输出扭矩不同；相同体积电机采用不同绕组形式、不同磁极数时，输出功率也不相同；
2、抗冲击扭矩：大扭矩能达到额定扭矩的若干倍；
3、采用高性能的磁性材料，高磁能积；
4、电机和驱动器上均可带有温度监视器。
伺服电机控制是否可以替代步进电机控制
1.步进电机、伺服电机都是控制电机，主要用于精密定位控制用途。特别是伺服电机，数控系统常用电机。一般使用控制器+驱动器+伺服（步进）电机+联轴器+丝杠副+导轨不需要减速器的，因为伺服和步进速度根据脉冲频率可以大范围调节速度。2.伺服电机是闭环控制，步进一般开环控制。伺服精密，比步进贵。3.伺服，步进都是用于定位使用情况下，比如，从原点以一定的速度运动到10mm再到25mm停止返回。4.二者都是特种电机，都能**控制速度。但是二者控制速度的原理不同：伺服电机是闭环控制（通过编码器反馈等完成），即会实时测定电机的速度；步进电机是开环控制，输入一个脉冲步进电机就会转过一固定的角度，但是不对速度进行测定。