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1問(wèn)題的提出

1.1 如何擴(kuò)展值編碼器的測(cè)量范圍
在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，經(jīng)常使用值旋轉(zhuǎn)編碼器作為位置反饋，值編碼器具有返回值與實(shí)際位置一一對(duì)應(yīng)、斷電后位置信息不丟失等優(yōu)點(diǎn)，在使用時(shí)給用戶帶來(lái)了很多方便，比如在設(shè)備重新上電時(shí)，不需要重新尋找參考點(diǎn)（回零）。
不過(guò)值旋轉(zhuǎn)編碼器也有缺點(diǎn)，不管是單圈值編碼器，還是多圈值編碼器，它的測(cè)量范圍都是有限的。如果負(fù)載不停地單方向運(yùn)行，那么一定會(huì)造成編碼器返回值溢出，此時(shí)編碼器的值又重新返回零，周而復(fù)始。此時(shí)如果設(shè)備重新上電，編碼器返回值是不包含溢出次數(shù)信息的，所得到的位置值也是不可用的。

圖1 值旋轉(zhuǎn)編碼器的返回值與負(fù)載位置的關(guān)系

問(wèn)題1：在使用SINAMICS S120進(jìn)行位置控制時(shí)，在采用值編碼器作為位置反饋時(shí)，如果負(fù)載行程較長(zhǎng)，超出了值編碼器的測(cè)量范圍，那么在設(shè)備重新上電時(shí)，編碼器的返回位置r0483與負(fù)載實(shí)際位置是不匹配的。此時(shí)應(yīng)該如何擴(kuò)展值編碼器的測(cè)量范圍，正確地讀取負(fù)載的位置？

1.2 如何正確使用測(cè)量齒輪
在一些場(chǎng)合會(huì)使用測(cè)量齒輪改變電機(jī)或負(fù)載的轉(zhuǎn)速特性，以便于速度或位置的測(cè)量，如圖2所示為一個(gè)齒輪比為1：3的測(cè)量齒輪。如果所用的編碼器為值編碼器，那么在發(fā)生溢出時(shí)，編碼器返回值的零點(diǎn)與電機(jī)/負(fù)載的零點(diǎn)就出現(xiàn)偏移，偏移量的大小取決于齒輪比。一旦編碼器返回值發(fā)生溢出，負(fù)載的實(shí)際位置值就不可用了。

圖2 測(cè)量齒輪示意圖

舉一個(gè)例子，在使用圖2的測(cè)量齒輪時(shí)，假設(shè)所用的編碼器是一個(gè)8圈的值編碼器，那么默認(rèn)情況下，編碼器返回位置、電機(jī)/負(fù)載的角度、編碼器的角度隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖3所示。

圖3 編碼器返回位置、電機(jī)/負(fù)載角度、編碼器角度的關(guān)系

從圖3可以看出，在編碼器旋轉(zhuǎn)8圈以后發(fā)生溢出，每次溢出后編碼器返回值的零點(diǎn)與電機(jī)/負(fù)載的零點(diǎn)會(huì)有1/3圈的偏移，在發(fā)生溢出以后編碼器返回的位置值就不可用了。在溢出3次以后，編碼器返回值零點(diǎn)與電機(jī)/負(fù)載零點(diǎn)又重合了。

問(wèn)題2：在使用SINAMICS S120進(jìn)行位置控制時(shí)，在采用值編碼器作為位置反饋時(shí)，如果使用了測(cè)量齒輪，那么如何在編碼器溢出時(shí)，也能正確讀取電機(jī)/負(fù)載的實(shí)際位置？

2 SINAMICS S120位置跟蹤功能的使用

2.1 SINAMICS S120位置跟蹤功能概述
SINAMICS S120位置跟蹤（Position Tracking）可用于：

? 擴(kuò)展值編碼器的測(cè)量范圍
? 在使用測(cè)量齒輪時(shí)，正確計(jì)算負(fù)載的位置

該功能可通過(guò)參數(shù)P0411.0來(lái)激活，激活以后，編碼器溢出的次數(shù)信息會(huì)被保存在斷電保持?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)中，這樣即使編碼器返回值發(fā)生溢出，即使設(shè)備重新上電，也可以重新根據(jù)編碼器溢出次數(shù)和當(dāng)前返回值計(jì)算出負(fù)載的當(dāng)前位置。

圖4 測(cè)量齒輪和編碼器的示意圖

值編碼器位置實(shí)際值保存在參數(shù)r0483中，r0483是一個(gè)無(wú)符號(hào)32位數(shù)，需要激活編碼器的控制字中第13位（GnSTW.13）才會(huì)將編碼器的實(shí)際值顯示在r0483中。如果P0411.0＝0，那么位置跟蹤功能未被激活，此時(shí)r0483中的位置值由以下數(shù)據(jù)構(gòu)成：

? 編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)P0408
? 編碼器信號(hào)細(xì)分位數(shù)P0419
? 編碼器圈數(shù)P0421

如果P0411.0＝1，那么位置跟蹤功能被激活，此時(shí)r0483中的位置由以下數(shù)據(jù)構(gòu)成：

? 編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)P0408
? 編碼器信號(hào)細(xì)分位數(shù)P0419
? 值旋轉(zhuǎn)編碼器虛擬圈數(shù)P0412
如果沒(méi)有測(cè)量齒輪，編碼器的圈數(shù)即為P0421的值，如果P0421太小，不滿足負(fù)載行程要求，那么可以通過(guò)放大P0412來(lái)擴(kuò)展值編碼器的位置測(cè)量范圍。
? 測(cè)量齒輪比P0433/P0432

2.2 擴(kuò)展值編碼器測(cè)量范圍的參數(shù)設(shè)置
要擴(kuò)展值編碼器的測(cè)量范圍，可以在配置向?qū)е芯幋a器配置畫面上進(jìn)行設(shè)置。使用STARTER軟件打開(kāi)項(xiàng)目，在Config DDS的配置向?qū)е?，在配置編碼器數(shù)據(jù)時(shí)，點(diǎn)擊Details按鈕，如圖5所示。

圖5 編碼器配置畫面

在彈出的對(duì)話框中Details選項(xiàng)卡中，選擇激活位置跟蹤功能，并在虛擬圈數(shù)P0412中輸入需要的值，如圖6所示。配置完畢后，下載數(shù)據(jù)并保存。