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     德國(guó)SICK施克伺服編碼器的主要分類及常見故障分析

SICK編碼器（encoder）是將信號(hào)（如比特流）或數(shù)據(jù)進(jìn)行編制、轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲(chǔ)的信號(hào)形式的設(shè)備。SICK編碼器把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，前者稱為碼盤，后者稱為碼尺。按照讀出方式SICK編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種；按照工作原理SICK編碼器可分為增量式和絕對(duì)式兩類。增量式SICK編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號(hào)，再把這個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移的大小。絕對(duì)式SICK編碼器的每一個(gè)位置對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測(cè)量的起始和終止位置有關(guān)，而與測(cè)量的中間過(guò)程無(wú)關(guān)。

SICK編碼器可按以下方式來(lái)分類。

1、按碼盤的刻孔方式不同分類

（1）增量型：就是每轉(zhuǎn)過(guò)單位的角度就發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)(也有發(fā)正余弦信號(hào)，然后對(duì)其進(jìn)行細(xì)分，斬波出頻率更高的脈沖)，通常為A相、B相、Z相輸出，A相、B相為相互延遲1/4周期的脈沖輸出，根據(jù)延遲關(guān)系可以區(qū)別正反轉(zhuǎn)，而且通過(guò)取A相、B相的上升和下降沿可以進(jìn)行2或4倍頻；Z相為單圈脈沖，即每圈發(fā)出一個(gè)脈沖。一般意義上的增量SICK編碼器內(nèi)部無(wú)存儲(chǔ)器件，故不具有斷電數(shù)據(jù)保持功能，數(shù)控機(jī)床必須通過(guò)“回參考點(diǎn)"操作來(lái)確定計(jì)數(shù)基準(zhǔn)與進(jìn)行實(shí)際位置“清零"。

（2）絕對(duì)值型：就是對(duì)應(yīng)一圈，每個(gè)基準(zhǔn)的角度發(fā)出一個(gè)與該角度對(duì)應(yīng)二進(jìn)制的數(shù)值，通過(guò)外部記圈器件可以進(jìn)行多個(gè)位置的記錄和測(cè)量。絕對(duì)值SICK編碼器的輸出可直接反映360°范圍內(nèi)的絕對(duì)角度，絕對(duì)位置可通過(guò)輸出信號(hào)的幅值或光柵的物理編碼刻度鑒別,前者稱旋轉(zhuǎn)變壓器(Rotating Transformer)；后者稱絕對(duì)值SICK編碼器(Absolute-value Encoder)。

2、按信號(hào)的輸出類型分為：電壓輸出、集電極開路輸出、推拉互補(bǔ)輸出和長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)輸出。

3、以SICK編碼器機(jī)械安裝形式分類

（1）有軸型：有軸型又可分為夾緊法蘭型、同步法蘭型和伺服安裝型等。 

（2）軸套型：軸套型又可分為半空型、全空型和大口徑型等。

4、以SICK編碼器工作原理可分為：光電式、磁電式和觸點(diǎn)電刷式。

1、SICK編碼器本身故障：是指SICK編碼器本身元器件出現(xiàn)故障，導(dǎo)致其不能產(chǎn)生和輸出正確的波形。這種情況下需更換SICK編碼器或維修其內(nèi)部器件。

2、SICK編碼器連接電纜故障：這種故障出現(xiàn)的幾率 最高，維修中經(jīng)常遇到，應(yīng)是優(yōu)先考慮的因素。通常為SICK編碼器電纜斷路、短路或接觸不良，這時(shí)需更換電纜或接頭。還應(yīng)特別注意是否是由于電纜固定不緊，造成松動(dòng)引起開焊或斷路，這時(shí)需卡緊電纜。

3、SICK編碼器+5V電源下降：是指+5V電源過(guò)低， 通常不能低于4.75V，造成過(guò)低的原因是供電電源故障或電源傳送電纜阻值偏大而引起損耗，這時(shí)需檢修電源或更換電纜。

4、絕對(duì)式SICK編碼器電池電壓下降：這種故障通常有含義明確的報(bào)警，這時(shí)需更換電池，如果參考點(diǎn)位置記憶丟失，還須執(zhí)行重回參考點(diǎn)操作。

5、SICK編碼器電纜屏蔽線未接或脫落：這會(huì)引入干擾信號(hào)，使波形不穩(wěn)定，影響通信的準(zhǔn)確性，必須保證屏蔽線可靠的焊接及接地。

6、SICK編碼器安裝松動(dòng)：這種故障會(huì)影響位置控制 精度，造成停止和移動(dòng)中位置偏差量超差，甚至剛一開機(jī)即產(chǎn)生伺服系統(tǒng)過(guò)載報(bào)警，請(qǐng)?zhí)貏e注意。

7、光柵污染 這會(huì)使信號(hào)輸出幅度下降，必須用脫脂棉沾*輕輕擦除油污。

8、SICK編碼器高速端未對(duì)中或安裝過(guò)緊：這會(huì)導(dǎo)致SICK編碼器的滾珠軸承磨損發(fā)熱，軸承內(nèi)潤(rùn)滑油泄漏污染碼盤，進(jìn)而影響信號(hào)采集。

絕對(duì)型旋轉(zhuǎn)SICK編碼器的機(jī)械安裝使用：

絕對(duì)型旋轉(zhuǎn)SICK編碼器的機(jī)械安裝有高速端安裝、低速端安裝、輔助機(jī)械裝置安裝等多種形式。

高速端安裝：安裝于動(dòng)力馬達(dá)轉(zhuǎn)軸端（或齒輪連接），此方法優(yōu)點(diǎn)是分辨率高，由于多圈SICK編碼器有4096圈，馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)在此量程范圍內(nèi)，可充分用足量程而提高分辨率，缺點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)物體通過(guò)減速齒輪后，來(lái)回程有齒輪間隙誤差，一般用于單向高精度控制定位，例如軋鋼的輥縫控制。另外SICK編碼器直接安裝于高速端，馬達(dá)抖動(dòng)須較小，不然易損壞SICK編碼器。

低速端安裝：安裝于減速齒輪后，如卷?yè)P(yáng)鋼絲繩卷筒的軸端或最后一節(jié)減速齒輪軸端，此方法已無(wú)齒輪來(lái)回程間隙，測(cè)量較直接，精度較高，此方法一般測(cè)量長(zhǎng)距離定位，例如各種提升設(shè)備，送料小車定位等。

輔助機(jī)械安裝：

常用的有齒輪齒條、鏈條皮帶、摩擦轉(zhuǎn)輪、收繩機(jī)械等。

旋轉(zhuǎn)SICK編碼器是一種光電式旋轉(zhuǎn)測(cè)量裝置，它將被測(cè)的角位移直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)（高速脈沖信號(hào)）。

SICK編碼器如以信號(hào)原理來(lái)分，有增量型SICK編碼器，絕對(duì)型SICK編碼器。

我們通常用的是增量型SICK編碼器，可將旋轉(zhuǎn)SICK編碼器的輸出脈沖信號(hào)直接輸入給PLC，利用PLC的高速計(jì)數(shù)器對(duì)其脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，以獲得測(cè)量結(jié)果。不同型號(hào)的旋轉(zhuǎn)SICK編碼器，其輸出脈沖的相數(shù)也不同，有的旋轉(zhuǎn)SICK編碼器輸出A、B、Z三相脈沖，有的只有A、B相兩相，的只有A相。

SICK編碼器有5條引線，其中3條是脈沖輸出線，1條是COM端線，1條是電源線（OC門輸出型）。SICK編碼器的電源可以是外接電源，也可直接使用PLC的DC24V電源。電源“-"端要與SICK編碼器的COM端連接，“+ "與SICK編碼器的電源端連接。SICK編碼器的COM端與PLC輸入COM端連接，A、B、Z兩相脈沖輸出線直接與PLC的輸入端連接，A、B為相差90度的脈沖，Z相信號(hào)在SICK編碼器旋轉(zhuǎn)一圈只有一個(gè)脈沖，通常用來(lái)做零點(diǎn)的依據(jù)，連接時(shí)要注意PLC輸入的響應(yīng)時(shí)間。旋轉(zhuǎn)SICK編碼器還有一條屏蔽線，使用時(shí)要將屏蔽線接地，提高抗干擾性。

SICK編碼器-----------PLC

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

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

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

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

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

由一個(gè)中心有軸的光電碼盤，其上有環(huán)形通、暗的刻線，有光電發(fā)射和接收器件讀取，獲得四組正弦波信號(hào)組合成A、B、C、D,每個(gè)正弦波相差90度相位差（相對(duì)于一個(gè)周波為360度），將C、D信號(hào)反向，疊加在A、B兩相上，可增強(qiáng)穩(wěn)定信號(hào)；另每轉(zhuǎn)輸出一個(gè)Z相脈沖以代表零位參考位。

由于A、B兩相相差90度，可通過(guò)比較A相在前還是B相在前，以判別SICK編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，通過(guò)零位脈沖，可獲得SICK編碼器的零位參考位。SICK編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料，玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線，其熱穩(wěn)定性好，精度高，金屬碼盤直接以通和不通刻線，不易碎，但由于金屬有一定的厚度，精度就有限制，其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個(gè)數(shù)量級(jí)，塑料碼盤是經(jīng)濟(jì)型的，其成本低，但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。

分辨率—SICK編碼器以每旋轉(zhuǎn)360度提供多少的通或暗刻線稱為分辨率，也稱解析分度、或直接稱多少線，一般在每轉(zhuǎn)分度5~10000線。

它是一種將旋轉(zhuǎn)位移轉(zhuǎn)換成一串?dāng)?shù)字脈沖信號(hào)的旋轉(zhuǎn)式傳感器，這些脈沖能用來(lái)控制角位移，如果SICK編碼器與齒輪條或螺旋絲杠結(jié)合在一起，也可用于測(cè)量直線位移。

SICK編碼器產(chǎn)生電信號(hào)后由數(shù)控制置CNC、可編程邏輯控制器PLC、控制系統(tǒng)等來(lái)處理。這些傳感器主要應(yīng)用在下列方面：機(jī)床、材料加工、電動(dòng)機(jī)反饋系統(tǒng)以及測(cè)量和控制設(shè)備。在ELTRASICK編碼器中角位移的轉(zhuǎn)換采用了光電掃描原理。讀數(shù)系統(tǒng)是基于徑向分度盤的旋轉(zhuǎn)，該分度由交替的透光窗口和不透光窗口構(gòu)成的。此系統(tǒng)全部用一個(gè)紅外光源垂直照射，這樣光就把盤子上的圖像投射到接收器表面上，該接收器覆蓋著一層光柵，稱為準(zhǔn)直儀，它具有和光盤相同的窗口。接收器的工作是感受光盤轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的光變化，然后將光變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電變化。一般地，旋轉(zhuǎn)SICK編碼器也能得到一個(gè)速度信號(hào)，這個(gè)信號(hào)要反饋給變頻器，從而調(diào)節(jié)變頻器的輸出數(shù)據(jù)。故障現(xiàn)象：1、旋轉(zhuǎn)SICK編碼器壞（無(wú)輸出）時(shí)，變頻器不能正常工作，變得運(yùn)行速度很慢，而且一會(huì)兒變頻器保護(hù)，顯示“PG斷開"...聯(lián)合動(dòng)作才能起作用。要使電信號(hào)上升到較高電平，并產(chǎn)生沒(méi)有任何干擾的方波脈沖，這就必須用電子電路來(lái)處理。SICK編碼器pg接線與參數(shù)矢量變頻器與SICK編碼器pg之間的連接方式，必須與SICK編碼器pg的型號(hào)相對(duì)應(yīng)。一般而言，SICK編碼器pg型號(hào)分差動(dòng)輸出、集電極開路輸出和推挽輸出三種，其信號(hào)的傳遞方式必須考慮到變頻器pg卡的接口，因此選擇合適的pg卡型號(hào)或者設(shè)置合理.

SICK編碼器一般分為增量型與絕對(duì)型，它們存著最大的區(qū)別：在增量SICK編碼器的情況下，位置是從零位標(biāo)記開始計(jì)算的脈沖數(shù)量確定的，而絕對(duì)型SICK編碼器的位置是由輸出代碼的讀數(shù)確定的。在一圈里，每個(gè)位置的輸出代碼的讀數(shù)是的；　因此，當(dāng)電源斷開時(shí)，絕對(duì)型SICK編碼器并不與實(shí)際的位置分離。如果電源再次接通，那么位置讀數(shù)仍是當(dāng)前的，有效的；　不像增量SICK編碼器那樣，必須去尋找零位標(biāo)記。

SICK編碼器的廠家生產(chǎn)的系列都很全，一般都是專用的，如電梯專用型SICK編碼器、機(jī)床專用SICK編碼器、伺服電機(jī)專用型SICK編碼器等，并且SICK編碼器都是智能型的，有各種并行接口可以與其它設(shè)備通訊。

SICK編碼器是把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種裝置。前者成為碼盤，后者稱碼尺．按照讀出方式SICK編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種．接觸式采用電刷輸出，一電刷接觸導(dǎo)電區(qū)或絕緣區(qū)來(lái)表示代碼的狀態(tài)是“1"還是“0"；非接觸式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件時(shí)以透光區(qū)和不透光區(qū)來(lái)表示代碼的狀態(tài)是“1"還是“0"。

旋轉(zhuǎn)增量式SICK編碼器以轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)輸出脈沖，通過(guò)計(jì)數(shù)設(shè)備來(lái)知道其位置，當(dāng)SICK編碼器不動(dòng)或停電時(shí)，依靠計(jì)數(shù)設(shè)備的內(nèi)部記憶來(lái)記住位置。這樣，當(dāng)停電后，SICK編碼器不能有任何的移動(dòng)，當(dāng)來(lái)電工作時(shí)，SICK編碼器輸出脈沖過(guò)程中，也不能有干擾而丟失脈沖，不然，計(jì)數(shù)設(shè)備記憶的零點(diǎn)就會(huì)偏移，而且這種偏移的量是無(wú)從知道的，只有錯(cuò)誤的生產(chǎn)結(jié)果出現(xiàn)后才能知道。解決的方法是增加參考點(diǎn)，SICK編碼器每經(jīng)過(guò)參考點(diǎn)，將參考位置修正進(jìn)計(jì)數(shù)設(shè)備的記憶位置。在參考點(diǎn)以前，是不能保證位置的準(zhǔn)確性的。為此，在工控中就有每次操作先找參考點(diǎn)，開機(jī)找零等方法。這樣的SICK編碼器是由碼盤的機(jī)械位置決定的，它不受停電、干擾的影響。

絕對(duì)SICK編碼器由機(jī)械位置決定的每個(gè)位置的性，它無(wú)需記憶，無(wú)需找參考點(diǎn)，而且不用一直計(jì)數(shù)，什么時(shí)候需要知道位置，什么時(shí)候就去讀取它的位置。這樣，SICK編碼器的抗干擾特性、數(shù)據(jù)的可靠性大大提高了。

由于絕對(duì)SICK編碼器在定位方面明顯地優(yōu)于增量式SICK編碼器，已經(jīng)越來(lái)越多地應(yīng)用于工控定位中。絕對(duì)型SICK編碼器因其高精度，輸出位數(shù)較多，如仍用并行輸出，其每一位輸出信號(hào)必須確保連接很好，對(duì)于較復(fù)雜工況還要隔離，連接電纜芯數(shù)多，由此帶來(lái)諸多不便和降低可靠性，因此，絕對(duì)SICK編碼器在多位數(shù)輸出型，一般均選用串行輸出或總線型輸出，德國(guó)生產(chǎn)的絕對(duì)型SICK編碼器串行輸出的是SSI（同步串行輸出）。

多圈絕對(duì)式SICK編碼器。SICK編碼器生產(chǎn)廠家運(yùn)用鐘表齒輪機(jī)械的原理，當(dāng)中心碼盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)齒輪傳動(dòng)另一組碼盤（或多組齒輪，多組碼盤），在單圈編碼的基礎(chǔ)上再增加圈數(shù)的編碼，以擴(kuò)大SICK編碼器的測(cè)量范圍，這樣的絕對(duì)SICK編碼器就稱為多圈式絕對(duì)SICK編碼器，它同樣是由機(jī)械位置確定編碼，每個(gè)位置編碼不重復(fù)，而無(wú)需記憶。多圈SICK編碼器另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是由于測(cè)量范圍大，實(shí)際使用往往富裕較多，這樣在安裝時(shí)不必要費(fèi)勁找零點(diǎn)，將某一中間位置作為起始點(diǎn)就可以了，而大大簡(jiǎn)化了安裝調(diào)試難度。多圈式絕對(duì)SICK編碼器在長(zhǎng)度定位方面的優(yōu)勢(shì)明顯，已經(jīng)越來(lái)越多地應(yīng)用于工控定位中。