旋轉增量值編碼器
旋轉增量值編碼器以轉動時輸出脈沖， 通過計數設備來計算其位置， 當編碼器不動或停電時， 依靠計數設備的內部記憶來記住位置。這樣，當停電后，編碼器不能有任何的移動，當來電工作時，編碼器輸出脈沖過程中，也不能有干擾而丟失脈沖，不然，計數設備計算並記憶的零點就會偏移， 而且這種偏移的量是無從知道的， 只有錯誤的生產結果出現后才能知道。
解決的方法是增加參考點， 編碼器每經過參考點， 將參考位置修正進計數設備的記憶位置。在參考點以前， 是不能保證位置的准確性的。為此，在工控中就有每次操作先找參考點，開機找零等方法。
這樣的方法對有些工控項目比較麻煩， 甚至不允許開機找零（開機后就要知道准確位置），於是就有了絕對編碼器的出現。絕對編碼器光碼盤上有許多道光通道刻線，每道刻線依次以2 線、4 線、8 線、16線。。。。。。編排，這樣，在編碼器的每一個位置，通過讀取每道刻線的通、暗，獲得一組從2 的零次方到2 的n-1 次方的唯一的2 進制編碼（格雷碼），這就稱為n 位絕對編碼器。這樣的編碼器是由光電碼盤的機械位置決定的，它不受停電、干擾的影響。絕對編碼器由機械位置決定的每個位置是唯一的， 它無需記憶， 無需找參考點， 而且不用一直計數， 什么時候需要知道位置， 什么時候就去讀取它的位置。這樣，編碼器的抗干擾特性、數據的可靠性大大提高了。
旋轉單圈絕對值編碼器， 以轉動中測量光電碼盤各道刻線， 以獲取唯一的編碼， 當轉動超過360 度時，編碼又回到原點， 這樣就不符合絕對編碼唯一的原則， 這樣的編碼只能用於旋轉范圍360 度以內的測量，稱為單圈絕對值編碼器。如果要測量旋轉超過360 度范圍，就要用到多圈絕對值編碼器。編碼器生產廠家運用鍾表齒輪機械的原理， 當中心碼盤旋轉時， 通過齒輪傳動另一組碼盤（或多組齒輪，多組碼盤） ，在單圈編碼的基礎上再增加圈數的編碼，以擴大編碼器的測量范圍， 這樣的絕對編碼器就稱為多圈式絕對編碼器， 它同樣是由機械位置確定編碼，每個位置編碼唯一不重復，而無需記憶。多圈編碼器另一個優點是由於測量范圍大，實際使用往往富裕較多， 這樣在安裝時不必要費勁找零點， 將某一中間位置作為起始點就可以了，而大大簡化了安裝調試難度。
絕對值編碼器長度測量的應用
一．絕對值旋轉編碼器的機械安裝：
絕對值旋轉編碼器的機械安裝有高速端安裝、低速端安裝、輔助機械裝置安裝等多種形式。
1.高速端安裝：
安裝於動力馬達轉軸端（或齒輪連接） ，此方法優點是分辨率高，由於多圈編碼器有４０９６圈， 馬達轉動圈數在此量程范圍內， 可充分用足量程而提高分辨率， 缺點是運動物體通過減速齒輪后， 來回程有齒輪間隙誤差， 一般用於單向控制定位。另外編碼器直接安裝於高速端， 馬達抖動須較小， 不然易損壞編碼器。
2.低速端安裝：
安裝於減速齒輪后， 如卷揚鋼絲繩卷筒的軸端或最后一節減速齒輪軸端， 此方法已無齒輪來回程間隙，測量較直接，精度較高。另外， GPMV0814 機械轉數為90 圈，用此方法較合理，如果卷筒轉數超過90 圈，可用1：3 或1：4 齒輪組調整至轉數測量范圍內。
3.輔助機械安裝，收繩機械安裝：
收繩機械有彈簧自收繩位移傳感器――柔性鋼絲繩連接運動物體， 鋼絲繩盤緊在一個測量輪上，依靠恆力彈簧回收鋼絲繩。編碼器連接於盤緊測量輪軸端， 測量鋼絲繩來回運動的旋轉角度。
重錘重力收繩：
重錘浮子水位測量示意圖
二．絕對值編碼器的信號輸出
絕對值編碼器信號輸出有並行輸出、串行輸出、總線型輸出、變送一體型輸出
1．並行輸出：
絕對值編碼器輸出的是多位數碼（格雷碼或純二進制碼） ，並行輸出就是在接口上有多點高低電平輸出，以代表數碼的1 或0，對於位數不高的絕對編碼器，一般就直接以此形式輸出數碼，可直接進入PLC 或上位機的I/O 接口，輸出即時，連接簡單。但是並行輸出有如下問題：
a.必須是格雷碼， 因為如是純二進制碼， 在數據刷新時可能有多位變化， 讀數會在短時間里造成錯碼。
b.所有接口必須確保連接好，因為如有個別連接不良點，該點電位始終是0，造成錯碼而無法判斷。
c.傳輸距離不能遠，一般在一兩米，對於復雜環境，最好有隔離。
d.對於位數較多，要許多芯電纜，並要確保連接優良，由此帶來工程難度，同樣，對於編碼器，要同時有許多節點輸出，增加編碼器的故障損壞率。
2．串行SSI 輸出：
串行輸出就是通過約定， 在時間上有先后的數據輸出， 這種約定稱為通訊規約，其連接的物理形式有RS232、RS422(TTL)、RS485 等。由於絕對值編碼器好的廠家都是在德國， 所以串行輸出大部分是與德國的西門子配套的，如SSI 同步串行輸出。
3．現場總線型輸出
現場總線型編碼器是多個編碼器各以一對信號線連接在一起，通過設定地址，用通訊方式傳輸信號，信號的接收設備只需一個接口，就可以讀多個編碼器信號。總線型編碼器信號遵循RS485 的物理格式， 其信號的編排方式稱為通訊規約，目前全世界有多個通訊規約， 各有優點， 還未統一， 編碼器常用的通訊規約有如下幾種：PROFIBUS-DP； CAN； DeviceNet； Interbus 等總線型編碼器可以節省連接線纜、接收設備接口，傳輸距離遠，在多個編碼器集中控制的情況下還可以大大節省成本。
4．變送一體型輸出
我公司提供的GPMV0814、GPMV1016 絕對編碼器， 其信號已經在編碼器內換算后直接變送輸出，其有模擬量4—20mA 輸出、RS485數字輸出、14 位並行輸出。
三．連接絕對編碼器的電氣二次設備：
連接絕對值編碼器的設備可以是可編程控制器PLC、上位機，也可以是專用顯示信號轉換儀表，由儀表再輸出信號給PLC 或上位機。
1．直接進入PLC 或上位機：
編碼器如果是並行輸出的， 可以直接連接PLC 或上位機的輸入輸出接點I/O，其信號數學格式應該是格雷碼。編碼器有多少位就要占用PLC 的多少位接點， 如果是24 伏推挽式輸出，高電平有效為1，低電平為0；如果是集電極開路NPN 輸出，則連接的接點也必須是NPN 型的，其低電平有效，低電平為1。
2．編碼器如果是串行輸出的， 由於通訊協議的限制， 后接電氣設備必須有對應的接口。例如SSI 串行，可連接西門子的S7-300 系列的PLC，有SM338 等專用模塊， 或S7-400的FM451 等模塊，對於其他品牌的PLC，往往沒有專用模塊或有模塊也很貴。
3．編碼器如是總線型輸出，接受設備需配專用的總線模塊，例如PROFIBUS-DP。但是，如選擇總線型輸出編碼器，在編碼器與接收設備PLC 中間，就無法加入其他顯示儀表，如需現場顯示，就要從PLC 再轉出信號給與信號匹配的顯示儀表。有些協議自定義的RS485 輸出信號進PLC 的RS485 接口，需PLC 具有智能編程功能。
4．連接專用顯示轉換儀表：針對較多使用的SSI 串行輸出編碼器， 我公司提供專用的顯示、信號轉換儀表， 由儀表進行內部解碼、計算、顯示、信號轉換輸出，再連接PLC 或上位機。其優點如下：
a.現場可以有直觀的顯示，直接在儀表上設置參數。
b.專用程序讀碼解碼、容錯、內部計算，可以大大減少各個項目的編程工作量，提高穩定和可靠性。信號輸出是由內部數字量直接計算，快速、准確。
c.信號輸出有多種形式，靈活方便，后面可連接各種PLC 或上位機，通用性強。
GPMV0814、GPMV1016 三位一體型GPMV0814 絕對多圈編碼器，其光電碼盤讀碼解碼、顯示設定、信號轉換三位一體，輸出4—20mA 模擬量、並行數字量RS485 通訊可同時輸出， 連接各類PLC 和上位機。一般的應用，可選同時兩組輸出型，一組信號連接PLC，另一組連接顯示儀表，如需要增加開關輸出，可從顯示儀表設定輸出。
S7-300沒有現成的轉換功能塊， 我使用了富士的SPH 編寫了一個功能塊，由於富士的和西門子都支持IEC61131-3 編程規范，那么應該很簡單的轉換為西門子的功能塊。在精確定位控制系統中，為了提高控制精度，准確測量控制對象的位置是十分重要的。目前， 測量位置的方法主要有2 種，其一是使用位置傳感器，此方法精度高，但是在多路，長距離位置監控系統中，由於成本昂貴且安裝困難，因此並不實用。其二是采用光電軸角編碼器進行精確位置控制，光電軸角編碼器根據其刻度方法及信號輸出形式，可分為增量式、絕對式以及混合式三種。而絕對式編碼器是直接輸出數字量的傳感器，它是利用自然二進制或循環二進制（格雷碼）方式進行光電轉換的，編碼的設計一般是采用自然二進制碼、循環二進制碼、二進制補碼等。特點是不要計數器，在轉軸的任意位置都可讀出一個固定的與位置相對應的數字碼；抗干擾能力強，沒用累積誤差；電源切斷后位置信息不會丟失， 但分辨率是由二進制的位數決定的， 根據不同的精度要求，可以選擇不同的分辨率即位數。目前有10 位、11 位、12 位、13 位、14 位或更高位等多種。其中采用循環二進制編碼（即格雷碼） 的絕對式編碼器，其輸出信號是一種數字排序,不是權重碼，每一位沒有確定的大小，不能直接進行比較大小和算術運算，也不能直接轉換成其他信號，要經過一次碼變換，變成自然二進制碼，在由上位機讀取以實現相應的控制。而在碼制變換中有不同的處理方式，本文着重介紹富士SX 系列中使用編程的方法對二進制格雷碼與自然二進制碼的互換。
A、格雷碼（又叫循環二進制碼或反射二進制碼）
介紹在數字系統中只能識別0 和1，各種數據要轉換為二進制代碼才能進行處理，格雷碼是一種無權碼，采用絕對編碼方式，典型格雷碼是一種具有反射特性和循環特性的單步自補碼，它的循環、單步特性消除了隨機取數時出現重大誤差的可能，它的反射、自補特性使得求反非常方便。格雷碼屬於可靠性編碼，是一種錯誤最小化的編碼方式，因為，自然二進制碼可以直接由數/模轉換器轉換成模擬信號，但某些情況，例如從十進制的3 轉換成4 時二進制碼的每一位都要變，使數字電路產生很大的尖峰電流脈沖。而格雷碼則沒有這一缺點，它是一種數字排序系統，其中的所有相鄰整數在它們的數字表示中只有一個數字不同。它在任意兩個相鄰的數之間轉換時，只有一個數位發生變化。它大大地減少了由一個狀態到下一個狀態時邏輯的混淆。另外由於最大數與最小數之間也僅一個數不同，故通常又叫格雷反射碼或循環碼。下表為幾種自然二進制碼與格雷碼的對照表：
B、二進制格雷碼與自然二進制碼的互換
1、自然二進制碼轉換成二進制格雷碼
自然二進制碼轉換成二進制格雷碼，其法則是保留自然二進制碼的最高位作為格雷碼的最高位， 而次高位格雷碼為二進制碼的高位與次高位相異或，而格雷碼其余各位與次高位的求法相類似。
例如：
自然二進制編碼如下：
1
0
0
1
那么轉換為格雷碼的方法是：保留最高位1，然后將第二位0 與第一位1做異或操作，第三位的0 與第二位的0 做異或操作，第四位的1 與第三位的0 做異或操作，得到結果如下：
1 1 0 1 Gray
2、二進制格雷碼轉換成自然二進制碼
二進制格雷碼轉換成自然二進制碼,其法則是保留格雷碼的最高位作為自然二進制碼的最高位，而次高位自然二進制碼為高位自然二進制碼與次高位格雷碼相異或，而自然二進制碼的其余各位與次高位自然二進制碼的求法相類似。
例如將格雷碼1000 轉換為自然二進制碼：
1
0
0
0
1
1
1
1
上排為格雷碼，下排為自然二進制，從左到右分別為1~4 位將上排的第一位高位作為自然二進制的最高位，因此在下排的第一位填入1，然后以上排第二位與下排第一位做異或操作， 得到下排第二位結果為1，將上排第三位與下排第二位做異或操作，得到下排第三位的結果為1，同理，下排第四位的結果為1，因此，我們得到了轉換結果如下：1 1 1 1 Bin
C、自然二進制碼與格雷碼互換在富士SX 系列PLC 中的實現方法：
1． 自然二進制碼轉換為格雷碼：
根據自然二進制碼轉換為格雷碼的轉換規則，實際上就是將轉換數右移一位后與轉換數做異或操作。程序流程圖如下：
保存輸入數 TEMP;將TEMP 右移一位，保存SHILETEMP;將移位后的數據與原數據作異或;返回異或后的數據
功能塊中的程序如下：
INPUT 輸入變量類型為DWORD
TEMP 局部變量類型為DWORD
SHILETEMP 局部變量類型為DWORD
BIN_TO_GRAY 功能塊返回變量返回類型為DWORD
BIN_TO_GRAY:
TEMP:=INPUT;
SHILETEMP:=SHR_DWORD(TEMP,UNIT#1);
BIN_TO_GRAY:=SHILETEMP XOR INPUT;
2. 格雷碼轉換為自然二進制碼
根據格雷碼轉換為自然二進制碼的轉換規則，實際上就是不斷的將格雷碼與二進制數做異或操作， 也就是說， 不斷的和本身的不同位數做異或操作，如原數據為32 位的A，那么先將A 向右移動一位，與本身進行異或，然后保留值為B,那么繼續將A 向右移動一位，與B 進行異或，保留為C,依次類推，直到A=1 為止。程序流程圖如下：
保存輸入數 TEMP,INPUT1;如果輸入數為0，那么直接返回數據0 后退出;如果TEMP 不等於1，那么循環，否則返回數據;TEMP 右移1 位，與輸入值作不斷異或
功能塊中的程序如下：
INPUT 輸入變量類型為DWORD
TEMP 局部變量類型為DWORD
INPUT1 局部變量類型為DWORD
GRAY_TO_BIN 功能塊返回變量返回類型為DWORD
GRAY_TO_BIN:
TEMP:=INPUT;
INPUT1:=INPUT;
IF TEMP=DWORD#0 THEN
INPUT1:=DWORD#0;
GRAY_TO_BIN:=INPUT1;
RETURN;
END_IF;
WHILE TEMP<>DWORD#1 DO
TEMP:=SHR_DWORD(TEMP,UINT#1);
INPUT1:=TEMP XOR INPUT1;
END_WHILE;
GRAY_TO_BIN:=INPUT1;
上述代碼在富士的SX 系列PLC 中試驗沒有問題，由於富士的SX 系列PLC
完全支持ST 代碼方式的編程，因此基本上可以不做修改的應用在西門子
的S7 系列的PLC 中。
由於三菱的PLC 中已經包含了自然二進制碼轉換為格雷碼指令GRY 以及
格雷碼轉換為自然二進制碼指令GBIN ，因此上述代碼應用於三菱系列的
PLC 已經沒有意義， 請使用三菱PLC 本身附帶的指令， 因為西門子以及富
士的SX 系列PLC 並沒有附帶轉換指令，因此本人書寫了上述代碼用於補
充SX 系列的指令不足。
摘自百度文庫：https://wenku.baidu.com/view/80f5b701b52acfc789ebc936.html?sxts=1589357025172