CN114859149A - 一种旋转编码器电参数的测试*** - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种旋转编码器电参数的测试***，涉及工业自动化控制领域，能够解决无法实时测试旋转编码器电参数的问题。该装置主要包括：可编程控制装置；与可编程控制装置连接的马达驱动器；与马达驱动器连接的旋转编码器；与旋转编码器连接的通用可编程模数转换装置，通用可编程模数转换装置用于输出旋转编码器对应的旋转数字信号；通用可编程模数转换装置与可编程控制装置连接，可编程控制装置根据旋转数字信号，获取旋转编码器的电参数。通过可编程控制装置控制旋转编码器并测试旋转编码器的电参数测试，可以定量化测量旋转编码器的产品指标，为旋转编码器的品质控制提供可靠依据，并能够实时监测旋转编码器电参数。

Description

一种旋转编码器电参数的测试***

技术领域

本申请涉及工业自动化控制领域，尤其涉及一种旋转编码器电参数的测试***。

背景技术

旋转编码器是通过A相和B相信号相位差数字编码输出来检测编码器旋转的方向和旋转角度(或脉冲数)的装置，被广泛应用在现代电子设备中。但旋转编码器在生产厂家的生产线测试中都还比较原始，典型为人工手动旋转旋钮，用示波器观看输出波形等方式进行检测。这种方式只测试了编码器的基本功能，对批量生产的品质管控没有很好的效果。

在相关技术中，可以采用通用数据采集卡，将采集到的波形数据传输至电脑，再通过电脑软件分析测试旋转编码器的电参数。上述测试方法能够为大部分旋转编码器进行电参数测试，无法做到实时解析测试，导致测试延时较大。

发明内容

本申请提供了一种旋转编码器电参数的测试***，以解决无法实时测试旋转编码器电参数的问题。

本申请提供了一种旋转编码器电参数的测试***，包括：可编程控制装置，可编程控制装置用于输出马达控制信号；与可编程控制装置连接的马达驱动器，马达驱动器响应于马达控制信号进行转动；与马达驱动器连接的旋转编码器，旋转编码器与马达驱动器联动；与旋转编码器连接的通用可编程模数转换装置，通用可编程模数转换装置用于获取旋转编码器输出的旋转模拟信号，并将电压模拟信号转换为旋转数字信号；通用可编程模数转换装置与可编程控制装置连接，可编程控制装置还用于接收旋转数字信号，并根据旋转数字信号，获取旋转编码器的电参数，电参数包括：信号方向、每圈脉冲数，相位差、滑动杂音和突跳噪音；其中，可编程控制装置、马达驱动器和通用可编程模数转换装置的供电电源为输出预置电压值的直流电源。

进一步地，通用可编程模数转换装置与触摸屏连接，以便于触摸屏显示电参数。

进一步地，可编程控制装置与触摸屏连接，以便于通过触摸屏控制可编程控制装置运行。

进一步地，通用可编程模数转换装置在检测到旋转编码器输出的旋转模拟信号的情况下，按照预置采样频率将旋转模拟信号转换为波形数据信号，并获取波形数据信号的上升沿抖动时间宽度、下降沿抖动时间宽度、高电平下馅噪音时间宽度和低电平的脉冲噪音时间宽度。

进一步地，触摸屏显示电参数，包括：可编程控制装置检测旋转数字信号中波形的上升沿抖动时间宽度，下降沿抖动时间宽度，高电平下限脉冲宽度，低电平尖峰脉冲宽度的最大值所在的波形周期记录为目标波形周期；或，可编程控制装置在旋转数字信号中波形的相位差不属于预置相位差范围的情况下，将与相位差最大的波形周期记录为目标波形周期；可编程控制装置将目标波形周期发送至触摸屏；触摸屏显示目标波形周期，以及目标波形周期对应的电参数。

进一步地，旋转编码器的数量与通用可编程模数转换装置的输入端的端口数量相适应。

进一步地，通用可编程模数转换装置与可编程控制装置，通过预置RS232通信接口连接。

本申请提供的一种旋转编码器电参数的测试***，通过可编程控制装置控制旋转编码器并测试旋转编码器的电参数测试，可以定量化测量旋转编码器的产品指标，为旋转编码器的品质控制提供可靠依据，并能够实时监测旋转编码器电参数。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种旋转编码器电参数的测试***的组成示意图；

图2为本申请实施例提供的一种旋转编码器的实物示意图；

图3为本申请实施例提供的两相波形数据测量相位差和选择方向原理图；

图4为本申请实施例提供的触摸屏显示电参数的示意图；

图5为本申请实施例提供的触摸屏设置测试参数的示意图；

附图说明：11-可编程控制装置、12-通用可编程模数转换装置、13-马达驱动器、14-旋转编码器、15-供电电源、16-触摸屏。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。本申请的说明书和权利要求书中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在相关技术中，为了测试旋转编码器电参数，采用定制开发特定型号编码器的测量板，针对编码器的特性，能够测试旋转编码器电参数中的部分主要参数，但是测量板开发成本高，很难批量应用。该测量板用量有限，项目开发周期比较短，在测量过程中会隐藏较多不稳定性和不可靠性。同时，也存在无法实时测试旋转编码器电参数的问题。

为了解决上述技术问题，参见图1，为本申请实施例提供的一种旋转编码器电参数的测试***的组成示意图，该测试***包括：

可编程控制装置，可编程控制装置用于输出马达控制信号；与可编程控制装置连接的马达驱动器，马达驱动器响应于马达控制信号进行转动；与马达驱动器连接的旋转编码器，旋转编码器与马达驱动器联动；与旋转编码器连接的通用可编程模数转换装置，通用可编程模数转换装置用于获取旋转编码器输出的旋转模拟信号，并将电压模拟信号转换为旋转数字信号；通用可编程模数转换装置与可编程控制装置连接，可编程控制装置还用于接收旋转数字信号，并根据旋转数字信号，获取旋转编码器的电参数，电参数包括：信号方向、每圈脉冲数，相位差、滑动杂音和突跳噪音；其中，可编程控制装置、马达驱动器和通用可编程模数转换装置的供电电源为输出预置电压值的直流电源。

其中，旋转编码器是用来测量转速并配合对模拟信号电平进行数字编码技术实现快速调速的装置，在自动控制领域被广泛应用。如图2所示，本申请实施例提供的一种旋转编码器的实物示意图。

示例性的，可编程控制装置可以包括16路隔离输入/16路NPN输出，每个可编程控制装置可以控制4个马达驱动器，分别控制4个马达驱动器正转或反转。通用可编程模数转换装置可以包括6路模数转换输入/ 8路隔离输入，每个通用可编程模数转换装置可以接收4路电压信号输入，可以测试两个旋转编码器电参数。

需要说明的是，需要测试的旋转编码器的数量大于2时，可以在测试***中增加通用可编程模数转换装置。其中多个通用可编程模数转换装置之间可以通过预置通信接口连接并传递数据信息。

在本申请实施例中，预置电压值可以为24V。将测试***中使用单一24V额定电压供电，能够节省测试***的能耗。

在本申请实施例中，如图3所示，为本申请实施例提供的一种两相波形数据测量相位差和选择方向原理图。当A相上升沿超前B相上升沿时判断为旋转方向正向，反之则为反向，同时可以测量A相上升沿和B相上升沿之间时间差与脉冲波形周期的比值(ΔT/T,即相位差)。

在本申请实施例中，根据通用可编程模数转换装置中的寄存器实现对旋转编码器的检测。示例性的，如表1所示，假设寄存器按位定义为：

表1

当寄存器数据设置为0x0001—0x0006的AD通道号时，寄存器D3100—D3619为只读数据并呈现对应AD通道原始数据的高电平或低电平段信号电平数据。每个通道最多可以检测256个电平波形数据。如表2所示电平数据定义如下：

表2

当寄存器数据设置为0x01xx时，寄存器D3100—D3889为只读数据并呈现对应模数转换AD通道方波/脉冲波周期检测数据。每个通道最多可以检测64个方波/脉冲波周期波形数据。

寄存器D3100—D3489为D3040的bit3-0定义的模数转换通道A周期波形数据。寄存器D3500—D3889为D3040的bit7-4定义的AD通道B的周期波形数据。如表3所示，每个通道周期波形数据定义如下：

表3

当寄存器D3040数据设置为0x02xx时，寄存器D3100—D3889为只读数据并呈现对应AD通道方波/脉冲波所有周期信号的综合检测数据。寄存器D3100—D3124为D3040的bit3-0定义的AD通道A方波/脉冲波所有周期信号的综合检测数据。寄存器D3200—D3224为D3040的bit7-4定义的AD通道B方波/脉冲波所有周期信号的综合检测数据。寄存器D3300—D3305为D3040定义的AD通道A和通道B交叉检测结果数据。此时D3041定义方波/脉冲波所有周期信号的综合检测及交叉检测的数据时长(mS，缺省为1000mS)。寄存器D3100—D3124和寄存器D3200—D3224呈现的对应AD通道A和通道B方波/脉冲波所有周期信号的综合检测数据，如表4所示，定义如下：

表4

寄存器D3300—D3305为D3040定义的AD通道A和通道B交叉检测结果数据，如表5所示，如下：

表5

由于上述寄存器的定义，可编程控制装置即可获取旋转编码器电参数。在本申请实施例中，由于可编程控制装置和通用可编程模数转换装置，能够批量生产，生产成本较低，因此，整个测试***的实现成本也比较低。并且，由于可编程控制装置和通用可编程模数转换装置，可以开发出高可靠性和高稳定性的测试***，进而提高项目应用的成功率。并且，由于可编程控制装置和通用可编程模数转换装置都具有高速的数据处理能力以及可编程性，使得项目编程、项目设计、项目实施和调试所产生的人力成本较低，有利于缩短项目周期和提高项目的成功率。

本申请提供的一种旋转编码器电参数的测试***，通过可编程控制装置控制旋转编码器并测试旋转编码器的电参数测试，可以定量化测量旋转编码器的产品指标，为旋转编码器的品质控制提供可靠依据，并能够实时监测旋转编码器电参数。

进一步地，通用可编程模数转换装置与触摸屏连接，以便于触摸屏显示电参数。

进一步地，可编程控制装置与触摸屏连接，以便于通过触摸屏控制可编程控制装置运行。

由于可编程控制装置、通用可编程模数转换装置和触摸屏之间，能够通过通信接口进行数据交互，因此，如图4和5所示，上述两种方式都可以实现在触摸屏上显示结果值，分别为正向旋转和反向旋转编码器时输出波形检测的信号方向，分解能力(每圈脉冲数)，A/B相相位差的最大值和最小值，上升沿和下降沿的滑动杂音(t1,t3)，突跳噪音，及总测量结果值。并且，如图5所示，通过触摸屏可以设置旋转编码器的测试参数。

触摸屏用于显示测量结果，测量波形，及人机接口。触摸屏直接与模数转换模块连接，更有利于与触摸屏间测量数据的快速数据刷新。

由于触摸屏显示区域有限，如果将整个波形全部显示出来，将只会看到密密麻麻的线条，人眼无法识别波形好坏，没有显示的意义。如果使用滚动显示，因为波形一晃而过，人眼也看不到有问题的波形。为此我们在触摸屏上只显示每个编码器检测时最差数据结果的最差周期波形图。为识别最差周期波形，我们采取的规则为：

对编码器A相波形和B相波形检测的时间段内，搜索每个周期波形的上升沿抖动时间宽度，下降沿抖动时间宽度，高电平下限脉冲宽度，低电平尖峰脉冲宽度的最大值所在的波形周期记录为最差周期波形周期，并记录该周期的起始时间点。

如果A/B相相位差的最大值/最小值超出设置的允许相位差上下限，则优先选择超出设置门限最远值的波形周期记录为最差周期波形周期，并记录该周期的起始时间点。

进一步地，通用可编程模数转换装置在检测到旋转编码器输出的旋转模拟信号的情况下，按照预置采样频率将旋转模拟信号转换为波形数据信号，并获取波形数据信号的上升沿抖动时间宽度、下降沿抖动时间宽度、高电平下馅噪音时间宽度和低电平的脉冲噪音时间宽度。

进一步地，触摸屏显示电参数，包括：可编程控制装置检测旋转数字信号中波形的上升沿抖动时间宽度，下降沿抖动时间宽度，高电平下限脉冲宽度，低电平尖峰脉冲宽度的最大值所在的波形周期记录为目标波形周期；或，可编程控制装置在旋转数字信号中波形的相位差不属于预置相位差范围的情况下，将与相位差最大的波形周期记录为目标波形周期；可编程控制装置将目标波形周期发送至触摸屏；触摸屏显示目标波形周期，以及目标波形周期对应的电参数。

示例性的，直接连接触摸屏的通用可编程模数转换装置的PLC程序就可以根据读回的数据，在触摸屏上显示该通用可编程模数转换装置连接的2个编码器测量结果及输出最差周期的波形图。没有直接连接触摸屏的通用可编程模数转换装置就不能直接输出到触摸屏，需要通过装置间自动数据交换功能，进行数据传输最后在触摸屏上显示通用可编程模数转换装置连接的2个编码器测量结果及输出最差周期的波形图。

进一步地，旋转编码器的数量与通用可编程模数转换装置的输入端的端口数量相适应。如果需要测试的旋转编码器数据较多，可以在测试***中设置多个通用可编程模数转换装置，并将多个通用可编程模数转换装置级联即可。

进一步地，通用可编程模数转换装置与可编程控制装置，通过预置RS232通信接口连接。

还需要说明的是，对于可编程控制装置，具体包括：主控制器；与主控制器连接的第一通信模块，第一通信模块用于与上一级可编程控制器PLC接口连接；与主控制器连接的第二通信模块，第二通信模块用于与下一级PLC接口连接；与主控制器连接的信号输入电路；与主控制器连接的信号输出电路。

在本申请提供的可编程控制装置中，既包括主控制器又包括信号输入电路和信号输出电路，所以既可以作为主机，也可以作为扩展模块，具有较高的兼容性。在此基础上，可以减少可编程控制装置的型号及类型，因此，同样的硬件电路即可实现多种单元功能，进而降低生产可编程控制装置的成本。

可选地，可编程控制装置的主控制器可以为使用ARM Cortex的处理器(基于功能可能使用不同型号处理器)。处理器实现输入信号检测，输出控制，与上下级PLC接口通信及自动数据交换，以及实现可编程功能的底层代码支持及执行环境。

可选地，可编程控制装置设计实现的功能控制单元，为了实现与上层模块、下层模块的自动数据交换，第一通信模块可以包括至少一个第一通信接口，通过第一通信接口可以与其他功能控制单元、工控机、触控屏和终端连接；第二通信模块可以包括至少一个第二通信接口，通过第二通信接口可以与其他功能控制单元、工控机、触控屏和终端连接。需要说明的是，第一通信接口和第二通信接口，可以为工业标准的RS232，RS485，或其它通信方式(如网络通信，无线通信等)。

需要说明的是，在本申请实施例中，通用可编程模数转换装置，具体包括：

主控制器；与主控制器连接的第一通信模块，第一通信模块用于与上一级可编程控制器PLC接口连接；与主控制器连接的第二通信模块，第二通信模块用于与下一级PLC接口连接；与主控制器连接的模拟信号输入电路和数字信号输入电路，模拟信号输入电路包括电流信号测量子电路和电压信号测量子电路；与主控制器连接的模拟信号输出电路和数字信号输出电路，模拟信号输出电路包括电流信号输出子电路和电压信号输出子电路。

在本申请提供的可编程模数转换装置中，既包括主控制器又包括模拟信号输入电路、数字信号输入电路、模拟信号输出电路和数字信号输出电路，所以既可以作为主机，也可以作为扩展模块，具有较高的兼容性。在此基础上，可以减少可编程控制装置的型号及类型，因此，同样的硬件电路即可实现多种单元功能，进而降低生产可编程控制装置的成本。

可选地，可编程控制装置的主控制器可以为使用ARM Cortex的处理器(基于功能可能使用不同型号处理器)。处理器实现输入信号检测，输出控制，与上下级PLC接口通信及自动数据交换，以及实现可编程功能的底层代码支持及执行环境。

在本申请实施例中，每个通用可编程模数转换装置测量4路电压信号，每2路电压信号测量1个旋转编码器的A相和B相信号；每个可编程模数转换装置可以测量2个编码器电参数。测量4个编码器使用2个可编程模数转换装置，并将其通信口串联连接即可。

进一步地，以目标拓扑架构连接所述上一级PLC、下一级PLC和通用可编程模数转换装置，以便于拓扑架构中的各个节点之间进行数据交换和数据共享，目标拓扑架构为线性或树形拓扑架构。

需要说明的是，在拓扑结构中的节点，包括可编程控制装置、通用可编程模数转换装置、触控屏、工控机和传感器等等。如此，将各节点以线型或树型拓扑架构连接，融为一体，实现节点间自动数据交换和数据共享。将各个节点融为一体，为设备自动控制节省大量的硬件，减低成本，提高效率。

本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。以上所述的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。

Claims (7)

1.一种旋转编码器电参数的测试***，其特征在于，包括：

可编程控制装置，所述可编程控制装置用于输出马达控制信号；

与所述可编程控制装置连接的马达驱动器，所述马达驱动器响应于所述马达控制信号进行转动；

与所述马达驱动器连接的旋转编码器，所述旋转编码器与所述马达驱动器联动；

与所述旋转编码器连接的通用可编程模数转换装置，所述通用可编程模数转换装置用于获取所述旋转编码器输出的旋转模拟信号，并将所述电压模拟信号转换为旋转数字信号；

所述通用可编程模数转换装置与所述可编程控制装置连接，所述可编程控制装置还用于接收所述旋转数字信号，并根据所述旋转数字信号，获取所述旋转编码器的电参数，所述电参数包括：信号方向、每圈脉冲数，相位差、滑动杂音和突跳噪音；

其中，所述可编程控制装置、所述马达驱动器和所述通用可编程模数转换装置的供电电源为输出预置电压值的直流电源。

2.如权利要求1所述的旋转编码器电参数的测试***，其特征在于，所述通用可编程模数转换装置与触摸屏连接，以便于所述触摸屏显示所述电参数。

3.如权利要求1所述的旋转编码器电参数的测试***，其特征在于，所述可编程控制装置与触摸屏连接，以便于通过所述触摸屏控制所述可编程控制装置。

4.如权利要求2或3所述的旋转编码器电参数的测试***，其特征在于，所述通用可编程模数转换装置在检测到所述旋转编码器输出的旋转模拟信号的情况下，按照预置采样频率将所述旋转模拟信号转换为波形数据信号，并获取所述波形数据信号的上升沿抖动时间宽度、下降沿抖动时间宽度、高电平下馅噪音时间宽度和低电平的脉冲噪音时间宽度。

5.如权利要求4所述的旋转编码器电参数的测试***，其特征在于，所述可编程控制装置检测所述旋转数字信号中波形的上升沿抖动时间宽度，下降沿抖动时间宽度，高电平下限脉冲宽度，低电平尖峰脉冲宽度的最大值所在的波形周期记录为目标波形周期；或，

所述可编程控制装置在所述旋转数字信号中波形的相位差不属于预置相位差范围的情况下，将与所述相位差最大的波形周期记录为所述目标波形周期；

所述可编程控制装置将所述目标波形周期发送至所述触摸屏；

所述触摸屏显示所述目标波形周期，以及所述目标波形周期对应的电参数。

6.如权利要求1所述的旋转编码器电参数的测试***，其特征在于，所述旋转编码器的数量与所述通用可编程模数转换装置的输入端的端口数量相适应。

7.如权利要求1所述的旋转编码器电参数的测试***，其特征在于，所述通用可编程模数转换装置与所述可编程控制装置，通过预置RS232通信接口连接。

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