嚴格來(lái)講，編碼器隻會告訴你如何定位，要如何執行，是需要靠PLC之類控制器或者步進電機來(lái)實現定位的(de)，編碼器好比人(rén)的(de)眼睛，知道電機軸或者負載處于當前某個(gè)位置，工業上用(yòng)的(de)一般是光(guāng)電類型編碼器，下(xià)邊簡單說明(míng)一下(xià)。

編碼原理(lǐ)和(hé)位置測量

光(guāng)電編碼器是在一個(gè)很薄很輕的(de)圓盤子上，通(tōng)過緊密儀器來(lái)腐蝕雕刻了(le)很多(duō)條細小的(de)縫，相當于把一個(gè)360度，細分(fēn)成很多(duō)等分(fēn)，比如成1024組，這(zhè)樣每組之間的(de)角度差是360/1024度=0.3515625度。

然後有個(gè)精密的(de)發光(guāng)源，安裝在碼盤的(de)一面，碼盤的(de)另外一面，會有個(gè)接收器之類的(de)，使用(yòng)了(le)光(guāng)敏電阻這(zhè)些元件加放大(dà)和(hé)整形電路組成，這(zhè)樣碼盤轉動時(shí)候，有縫隙的(de)地方會透光(guāng)過去。

接收器會瞬間收到光(guāng)脈沖，經過電路處理(lǐ)後，輸出一個(gè)電脈沖信号，這(zhè)樣碼盤旋轉了(le)一周，會對(duì)應輸出1024個(gè)脈沖，第一個(gè)脈沖位置如果是0，第二個(gè)脈沖位置就是0.3515625°，第三個(gè)脈沖位置是0.3515625°*2。

以此類推，這(zhè)樣隻要有儀器能讀到脈沖個(gè)數，就可(kě)以知道碼盤對(duì)應在什(shén)麽位置了(le)，如果把編碼器安裝到電機的(de)軸上，電機軸和(hé)碼盤是剛性連接，兩者的(de)位置關系會一一對(duì)應，通(tōng)過讀編碼器脈沖，就可(kě)以知道電機的(de)軸位置。

而電機軸，比如會通(tōng)過同步帶，齒輪，鏈條等帶動一些負載，比如控制絲杆，這(zhè)樣會有個(gè)所謂電子齒輪比的(de)關系，電機轉一圈，絲杆會前進多(duō)少毫米，這(zhè)樣讀到了(le)對(duì)應編碼器上輸出多(duō)少給脈沖，通(tōng)過脈沖數就可(kě)以反推出當前絲杆的(de)位置。

但是編碼器是圓的(de)，如果無限制旋轉下(xià)去，角度會無窮大(dà)，所以設計了(le)一種增量型的(de)編碼器，轉一圈，會輸出三組信号ABZ，其中AB是一樣的(de)脈沖。

比如上邊說的(de)一圈有1024個(gè)脈沖，AB相脈沖對(duì)應一圈内的(de)圓周角度，而且兩種脈沖是處于正交狀态的(de)，如果是正反轉，通(tōng)過判斷AB相脈沖的(de)上升沿和(hé)下(xià)降沿的(de)先後順序，就可(kě)以知道編碼器當前是順時(shí)針還(hái)是逆時(shí)針方向旋轉的(de)。

另外有個(gè)Z相脈沖，是因爲圓周雖然會不停轉下(xià)去，角度會無窮無盡，但是都是一周一周的(de)重複而已，零相脈沖固定在圓周某個(gè)位置，編碼器每轉一圈，隻輸出一個(gè)零相脈沖。

這(zhè)樣如果以Z相脈沖爲基準點，這(zhè)樣每次讀到這(zhè)個(gè)脈沖時(shí)候，系統就清零一次，就可(kě)以讓角度最大(dà)值控制在360°以内，相當于一個(gè)零基準點了(le)。

這(zhè)樣即使系統斷掉了(le)，重新上電，隻要能找到這(zhè)個(gè)基準點，就可(kě)以知道絲杆的(de)初始位置在什(shén)麽地方了(le)。

以上這(zhè)種定位叫增量坐(zuò)标系，所以編碼器就是增量型編碼器，應用(yòng)比較廣泛，因爲靈活而且價格便宜。如果隻設備隻需要轉一圈的(de)，也(yě)就是角度在360°内的(de)，編碼器可(kě)以細分(fēn)精密一點，比如有13位，相當于2^13次方個(gè)脈沖一圈，對(duì)應著(zhe)360°，這(zhè)種脈沖數和(hé)角度一一對(duì)應，不怕系統斷電需要重新調整零位，這(zhè)種編碼器叫單圈絕對(duì)值編碼器。

如果負載需要轉多(duō)圈的(de)，但是這(zhè)個(gè)圈數也(yě)不能非常多(duō)，比如5圈，相當于5*360°=1800°，這(zhè)樣脈沖和(hé)1800°一一對(duì)應，這(zhè)些在一些高(gāo)檔的(de)數控機床上應用(yòng)比較多(duō)，可(kě)以知道絲杆或者一些旋轉工作的(de)當前精密位置，而且不用(yòng)擔心系統斷電歸零問題。

此外，編碼器還(hái)有磁電方式的(de)，比如在碼盤上加工了(le)很多(duō)個(gè)南(nán)北(běi)間隔的(de)小磁鐵，通(tōng)過霍爾去讀小磁鐵信号，輸出信号，同樣經過放大(dà)和(hé)整形變成了(le)電脈沖，這(zhè)點和(hé)光(guāng)電編碼器是類似的(de)，而且價格會便宜點，可(kě)靠性會高(gāo)，但是精度就比光(guāng)電要差點。

PLC如何通(tōng)過編碼器判斷位置

PLC能輸入開關量，也(yě)就是一高(gāo)一低的(de)電平電壓，而編碼器脈沖信号，可(kě)以理(lǐ)解一定時(shí)間内，用(yòng)極快(kuài)的(de)速度完成的(de)一組開關量。

但是因爲這(zhè)種開關量的(de)頻(pín)率太高(gāo)了(le)，所以PLC的(de)普通(tōng)I/O口是無法準确讀到這(zhè)些脈沖的(de)個(gè)數的(de)，因爲PLC工作過程中存在掃描周期，需要每個(gè)一段時(shí)間才去刷新一下(xià)普通(tōng)I/O口的(de)數據，而編碼器的(de)精度太高(gāo)了(le)，單位時(shí)間内輸出的(de)脈沖個(gè)數太多(duō)，普通(tōng)I/O是無法勝任的(de)。

一般PLC會設計有高(gāo)速計數端口，本質是利用(yòng)了(le)底層單片機的(de)硬件邏輯來(lái)完成這(zhè)些編碼器計數的(de)，避開了(le)掃描周期問題，PLC都設計有專門的(de)高(gāo)速計數指令，使用(yòng)的(de)時(shí)候，直接調用(yòng)這(zhè)些指令就可(kě)以讀到當前的(de)脈沖值了(le)。

但是脈沖的(de)計算(suàn)和(hé)輸出上，由于掃描周期存在，往往也(yě)會存在著(zhe)滞後影(yǐng)響，如果用(yòng)來(lái)控制一些執行機構，比如氣缸來(lái)動作裁切動作，這(zhè)樣要考慮提前量的(de)補償問題。

提醒一下(xià)，如果想用(yòng)PLC來(lái)控制伺服或者步進系統，往往并不需要通(tōng)過編碼器反饋來(lái)判斷位置，通(tōng)過一些PLS指令之類的(de)來(lái)發出位置脈沖給伺服驅動器，位置環在伺服驅動器内部構成就好。

而PLC這(zhè)邊隻是一個(gè)指令機構，并沒有構成位置閉環，當然如果是專門定位模塊控制，使用(yòng)了(le)NC之類的(de)控制方式，是可(kě)以在裏邊構建位置閉環的(de)。