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一，電機(jī)尾部的安裝

電機(jī)尾部的編碼器首先是為電機(jī)驅(qū)動(dòng)器反饋信號(hào)的。變頻電機(jī)尾部的編碼器對(duì)變頻器是速度閉環(huán)反饋。伺服電機(jī)尾部的編碼器對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器是位置閉環(huán)反饋。

變頻電機(jī)尾部安裝編碼器好處是直接反映電機(jī)的轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)性能，作為相位頻率、電流-力矩-加速度的電機(jī)驅(qū)動(dòng)的調(diào)速與矢量控制閉環(huán)。

變頻電機(jī)尾部的編碼器就是變頻器調(diào)速的速度閉環(huán),如果變頻器沒有PG卡，它僅僅是調(diào)速的閉環(huán)，而對(duì)于上位控制器（PLC等）的位置環(huán)是依賴于速度對(duì)時(shí)間軸上積分的。

變頻器如果增加了位置控制卡PG卡后，可以有變頻器上直接的電機(jī)位置閉環(huán)。但是變頻電機(jī)都是依賴于機(jī)械傳動(dòng)裝置帶動(dòng)負(fù)載端，這種電機(jī)位置閉環(huán)僅僅是反映在電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)中的位置值，而不是經(jīng)過傳動(dòng)減速后低速負(fù)載端的真實(shí)位置，這種位置閉環(huán)稱為半閉環(huán)。這種閉環(huán)因變頻電機(jī)減速傳動(dòng)裝置而誤差較大。

因此，變頻電機(jī)（包括具有伺服功能的異步伺服電機(jī)）尾部的編碼器，基本上是速度閉環(huán)為主,以增量編碼器為主。

伺服是天然的位置閉環(huán)。伺服電機(jī)設(shè)計(jì)的就是位置、速度、電流力矩的閉環(huán)。編碼器同步反饋電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，并在時(shí)間軸上微分到速度環(huán)。因此無論是控制中取速度環(huán)優(yōu)先還是位置環(huán)優(yōu)先的控制策略，其編碼器反饋給伺服控制器的原始信息就是位置環(huán)。

這種閉環(huán)是針對(duì)電機(jī)的閉環(huán)，在速度上真實(shí)反映電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電機(jī)相位，這有利于驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋快速調(diào)制驅(qū)動(dòng)，但是對(duì)于傳動(dòng)后終端的位置控制是半閉環(huán)的，中間隔了機(jī)械傳動(dòng)：

1， 多級(jí)機(jī)械傳動(dòng)間隙誤差的不確定性，負(fù)載變化帶來傳動(dòng)“彈性”的不確定性；
2， 傳動(dòng)機(jī)械磨損的調(diào)試磨合期長，傳動(dòng)可能發(fā)生的機(jī)械損壞沒有反饋，所帶來的安全性不確定。
因上述的不確定性無法避免的定位誤差，調(diào)試過程中的參數(shù)調(diào)試的不確定，使用磨合后的技術(shù)人員二次返回重新調(diào)整參數(shù)需再修正，這大大增加了調(diào)試人工成本。
3， 原點(diǎn)位置丟失。目前大部分的伺服電機(jī)尾部編碼器都是增量編碼器，或者是單圈值編碼器，機(jī)械式值式多圈編碼器的體積較大，并且量程圈數(shù)只有4096圈,往往不夠電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)數(shù)。目前值機(jī)械多圈編碼器還較少直接裝在伺服電機(jī)尾部。目前的伺服電機(jī)尾部增量編碼器依賴于機(jī)械終端加裝原點(diǎn)開關(guān)，而單圈值編碼器依賴于多圈計(jì)數(shù)器并保存累加數(shù)值，并用各種方法掉電保存數(shù)據(jù)。包括用電池、超級(jí)電容或者微弱自“發(fā)電”的韋根線圈。但其實(shí)這些都不是真實(shí)多圈值編碼，在計(jì)數(shù)累加圈數(shù)的過程中一旦被干擾，或者在停電后微弱的低功耗工作監(jiān)測(cè)圈數(shù)的變化時(shí)被干擾（編碼器停電低功耗工作時(shí)的信號(hào)很微弱，被干擾的幾率增加），一旦被干擾而圈數(shù)誤加錯(cuò)誤，是無法判斷的。這將發(fā)生原點(diǎn)丟失的錯(cuò)誤。所以這種拿單圈值當(dāng)多圈編碼器的用法，因仍然存在原點(diǎn)丟失的可能性而失去了“值”的意義。只是相對(duì)于增量編碼器而言，這種丟原點(diǎn)的概率降低了很多。

需要提醒的是，有一些編碼器廠家用韋根計(jì)數(shù)的電子多圈偽值與機(jī)械多圈的真值編碼器混為一談，隱瞞了電子多圈計(jì)數(shù)一旦出錯(cuò)誤加無法識(shí)別的致命缺陷。

真值多圈編碼器在調(diào)試后保存原點(diǎn)位置，原點(diǎn)位置是性的。不應(yīng)再發(fā)生有時(shí)原點(diǎn)在，有時(shí)又丟原點(diǎn)位置又需要重新找原點(diǎn)的情況。如果發(fā)生這種丟原點(diǎn)位置，那是假值多圈編碼器。

半閉環(huán)上的不確定性，就意味著系統(tǒng)位置控制精度較低，降低了自動(dòng)化效率，現(xiàn)場(chǎng)不確定成本將會(huì)增加?；蛘邫C(jī)械損壞及原點(diǎn)丟失帶來的安全性問題，尤其是最終用戶生產(chǎn)中停機(jī)及故障檢修損失。

二，第二編碼器——全閉環(huán)編碼器

全閉環(huán)是指在伺服電機(jī)尾部的編碼器以外，在機(jī)械終端再加裝了第二編碼器，對(duì)應(yīng)控制要求的終端位置直接的編碼器位置反饋。例如安裝直線光柵尺與大孔徑編碼器。這樣伺服編碼器與全閉環(huán)編碼器兩個(gè)編碼器做了專業(yè)分工：伺服電機(jī)尾部的編碼器專管電機(jī)的速度反饋閉環(huán)和電機(jī)相位的反饋，信號(hào)連接伺服驅(qū)動(dòng)器，而機(jī)械終端的第二編碼器反映的是運(yùn)動(dòng)軸控制目標(biāo)的真實(shí)位置閉環(huán)，信號(hào)連接PLC或者同步控制器。

更重要的是在多運(yùn)動(dòng)軸做同步控制時(shí)，能夠更確定的反饋各軸位置控制目標(biāo)的相互位置關(guān)系，同步加工有更確定性。

從第二編碼器最初的任務(wù)位置閉環(huán)來看，全閉環(huán)編碼器就是用全行程值編碼器，不會(huì)發(fā)生原點(diǎn)丟失的問題。如果多軸運(yùn)動(dòng)中只要有一軸發(fā)生原點(diǎn)位置錯(cuò)誤，多軸系統(tǒng)就亂了而不得不停機(jī)，人工干預(yù)找出是哪一軸發(fā)生了錯(cuò)誤，并手動(dòng)回歸原點(diǎn)。所以多軸同步運(yùn)動(dòng)控制從使用效率和安全性而言，必須要有值編碼器做原點(diǎn)位置不丟失的保障。

但是全閉環(huán)的第二編碼器由于是與終端位置直接連接反饋的尺寸，編碼器的尺寸依據(jù)實(shí)際需求而需定制化，這限制了規(guī)?；a(chǎn)，而且如果再要求是值編碼器，它的成本很高。由于難以大批量化，其高品質(zhì)管理要求同樣帶來高成本，而機(jī)械安裝要求的高精度，維修停機(jī)時(shí)間長。全閉環(huán)，成本高，直接到機(jī)械剛性連接的對(duì)加工精度與安裝精度要求很高，達(dá)不到要求極易損壞。

三，直驅(qū)電機(jī)的全閉環(huán)編碼器

直驅(qū)電機(jī)是沒有機(jī)械傳動(dòng)的直接驅(qū)動(dòng)終端位置控制，這樣電機(jī)尾部的編碼器直接就是全閉環(huán)編碼器。它相當(dāng)于半閉環(huán)系統(tǒng)里的第二編碼器。直驅(qū)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)值得發(fā)展，也是必然的發(fā)展趨勢(shì)。但直驅(qū)電機(jī)的電流環(huán)控制的要求很高，因?yàn)闆]有了傳動(dòng)裝置的緩沖，電機(jī)的抖動(dòng)將直接反映在終端加工端。直驅(qū)電機(jī)要做好一致性難度較大，目前普及的路途有點(diǎn)遠(yuǎn)。而且與上述全閉環(huán)第二編碼器的情形一樣，目前直驅(qū)電機(jī)的專用尺寸的值編碼器還是成本較高，包括維護(hù)成本。

四，第二編碼器——輔助的值編碼器

在伺服電機(jī)上的編碼器我們稱之為伺服編碼器，它更多的是電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制傳感反饋。與系統(tǒng)定位配合的第二個(gè)編碼器成為了輔助編碼器---提供低速終端(或終端)的位置反饋。輔助編碼器應(yīng)該是用全行程值編碼的值多圈編碼器，提供與其它軸的對(duì)比做同步與聯(lián)動(dòng)的位置信息反饋，提供系統(tǒng)通電開機(jī)時(shí)的每個(gè)軸的值位置和初始相關(guān)位置關(guān)系，相當(dāng)于早期的開機(jī)找零，并隨時(shí)有每個(gè)軸的值位置和各個(gè)軸的相關(guān)關(guān)系。

伺服編碼器是單個(gè)運(yùn)動(dòng)軸給予驅(qū)動(dòng)器子系統(tǒng)內(nèi)的。而第二編碼器是開放給大系統(tǒng)（例如PLC或者同步控制器等上位機(jī)母系統(tǒng)），各個(gè)位置做同步對(duì)比協(xié)調(diào)的基準(zhǔn)，它的精度繞過了減速機(jī)的誤差與丟脈沖不可靠可能，是直接對(duì)應(yīng)電機(jī)傳動(dòng)后的位置測(cè)量反饋的。而另一個(gè)重要的是在時(shí)鐘坐標(biāo)上到上位系統(tǒng)控制器的延遲損失最小。
第二編碼器——PLC（或多軸同步控制器）的連接

伺服輔助編碼器適合用總線式編碼器或者以太網(wǎng)編碼器，從較慢速的modbus RTU,到Canopen、powerlink、EtherCat和profinet的值編碼器，這些編碼器的信號(hào)更適合進(jìn)PLC或者其他上位機(jī)控制器。

低速負(fù)載端第二編碼器，裝在機(jī)械傳動(dòng)的段低速端，它仍然是有可能有一級(jí)機(jī)械傳動(dòng)，所以精度不如全閉環(huán)編碼器（直驅(qū)電機(jī)編碼器），但是由于只有一級(jí)傳動(dòng)，傳動(dòng)誤差尚可掌控。機(jī)械誤差與機(jī)械磨損、損壞安全性的確定性。

輔助值編碼器的作用：
1， 原點(diǎn)位置性。在低速負(fù)載端較易安裝比較經(jīng)濟(jì)的值多圈編碼器，可實(shí)現(xiàn)全行程值位置反饋，可保持原點(diǎn)位置性，在設(shè)備中可以大大提高自動(dòng)化生產(chǎn)效率及安全性，節(jié)省人工干預(yù)及停機(jī)時(shí)間。這種用較經(jīng)濟(jì)的modbusRTU值編碼器的經(jīng)濟(jì)附加值明顯。

2， 安全監(jiān)控。第二編碼器選用的是全行程編碼的值多圈編碼器，繞過了減速機(jī)或者其他機(jī)械傳動(dòng)（例如卷筒鋼絲繩等）后端，因此可協(xié)助伺服編碼器的同步比較，反饋傳動(dòng)系統(tǒng)的安全監(jiān)控。這類應(yīng)用可以根據(jù)大部分PLC上位機(jī)的信號(hào)接口選型，例如經(jīng)濟(jì)型PLC對(duì)接modbus RTU，或者西門子PLC對(duì)接profinet等。

3，多軸同步。在多軸同步控制系統(tǒng)中至少要有一個(gè)全行程的值編碼器作為主軸編碼器。在多軸同步控制中調(diào)試與維護(hù)監(jiān)測(cè)時(shí)比單純的半閉環(huán)更有確定性。多軸原點(diǎn)位置值的多軸坐標(biāo)對(duì)應(yīng)，可保證各軸值位置同步的確定性。

包括變頻電機(jī)通過第二編碼器——值多圈編碼器的安裝也可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)多軸同步。（例如 架橋機(jī)預(yù)制梁多吊點(diǎn)同步）液壓油缸通過值多圈編碼器的安裝，可以實(shí)現(xiàn)多油缸位置同步（例如三峽水閘大門的雙油缸同步提升）?！巴健笔侵该恳粋€(gè)時(shí)間與位置的“同步”比較的閉環(huán)控制。是時(shí)間同步和位置同步。這是“同步控制”題目的原理。

但不是速度同步。速度同步是時(shí)間同步位置把時(shí)間劃分得有多細(xì)的二次變量。每一個(gè)時(shí)間小段與位置小段的計(jì)算，是不是就是一段段速度？那同步簡單一點(diǎn)就是一段段速度相同？這就讓很多人誤入歧途的把同步當(dāng)成了同速。但是所有做不好同步題目的大約都是起源于這個(gè)錯(cuò)誤，因?yàn)殚]環(huán)的偏差量的錯(cuò)誤，我們已知伺服是時(shí)間偏差量（響應(yīng)）與位置偏差量（精度）的閉環(huán)。伺服是一個(gè)自檢閉環(huán)的系統(tǒng)，對(duì)于速度自檢的誤差在位置上，是把時(shí)鐘給扔掉的，在時(shí)間上是速度偏差量映射到位置偏差量是會(huì)累加的，而如果僅僅是同速閉環(huán)，會(huì)失去了位置自檢閉環(huán)，這樣的位置偏差會(huì)累加失控，而無法達(dá)到什么時(shí)候，各自在什么位置的同步要求了。做同步一定要有時(shí)間坐標(biāo)的同步與位置坐標(biāo)的同步。速度同速無法精確實(shí)現(xiàn)位置上的同步。

在位置環(huán)上，伺服編碼器反饋的位置角度，有可能并不是最后做同步的位置，中間隔了一套傳動(dòng)減速裝置，而減速裝置的機(jī)械間隙與彈性振蕩，在時(shí)間延遲上，系統(tǒng)是通過伺服驅(qū)動(dòng)器獲得的伺服編碼器位置，再到做同步的母系統(tǒng)，這就帶來位置的很大的在機(jī)械上偏差和機(jī)械彈性的時(shí)差。于是這樣做的同步會(huì)發(fā)現(xiàn)電機(jī)會(huì)有可能發(fā)生很大的位置調(diào)整振蕩。

在多軸同步控制中，無論是伺服電機(jī)還是變頻電機(jī)或者異步伺服都可以安裝低速負(fù)載端的第二編碼器，可以輕松實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)與變頻電機(jī)、變頻電機(jī)與變頻電機(jī)之間的角位置值同步。

的方法，是在多軸同步系統(tǒng)，選擇負(fù)載慣量的一個(gè)電機(jī)安裝負(fù)載終端低速端的第二編碼器，提供值位置反饋給整條控制系統(tǒng)做同步位置參考指令，其他較小慣量的電機(jī)追蹤這個(gè)慣量的電機(jī)，較小慣量的電機(jī)控制響應(yīng)更快，更易實(shí)現(xiàn)同步追蹤。因此這個(gè)慣量電機(jī)運(yùn)動(dòng)軸上的第二編碼器，有時(shí)也稱為“主軸編碼器”。做同步控制猶如閱兵方陣，主軸編碼器是提供系統(tǒng)同步對(duì)齊指令的同步方陣中最靠譜的“”。
這種推薦用Powerlink或者Ethercat值編碼器實(shí)現(xiàn)主軸編碼器。

4，工業(yè)以太網(wǎng)的系統(tǒng)大閉環(huán)。工業(yè)以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)是可以連接更多的運(yùn)動(dòng)軸做同步，而很多個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的位置確定性與時(shí)間差確定性就顯得很突出，而伺服電機(jī)尾部的編碼器體積空間小，以太網(wǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換的專用電路體積較大很難與編碼器一體化，這就需要加裝第二編碼器——以太網(wǎng)值編碼器，用工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)。例如POWERLINK、Ethercat、profinet值多圈編碼器。

如果沒有傳感器（編碼器）直接在以太網(wǎng)反饋實(shí)現(xiàn)閉環(huán)反饋，工業(yè)以太網(wǎng)就不能實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的自動(dòng)化控制閉環(huán)，也就難以顯現(xiàn)出工業(yè)以太網(wǎng)快速、安全的優(yōu)勢(shì)。用工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)多軸同步控制，至少需要有一個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)主軸值編碼器建立同步基準(zhǔn)的參考反饋。例如Ethercat和profinet.

以太網(wǎng)編碼器的數(shù)據(jù)直接上傳，還可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄與管理，機(jī)械傳動(dòng)監(jiān)控與機(jī)械使用壽命延長，全生命周期服務(wù)等等。這就是向工業(yè)4.0靠攏重要的一步。

5， 機(jī)械軟剎車。延長機(jī)械使用壽命。裝在低速負(fù)載端的第二編碼器的位置反饋更直接，可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)軟剎車柔性停車，這可以大大延長機(jī)械傳動(dòng)的使用壽命，并實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。

相比較輔助編碼器它比全閉環(huán)編碼器更經(jīng)濟(jì)，共容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)組網(wǎng)，更容易實(shí)現(xiàn)輕松的多運(yùn)動(dòng)軸同步控制。

安裝有全行程的值多圈編碼器更安全。目前的機(jī)械齒輪箱值多圈編碼器已經(jīng)有較低的市場(chǎng)價(jià)格（例如modbusRTU機(jī)械式值多圈編碼器的價(jià)格已低于1000元），雖然增加了這樣一個(gè)第二編碼器的成本，但是它節(jié)省了原點(diǎn)開關(guān)與機(jī)械找原點(diǎn)的時(shí)間，大大提高了設(shè)備自動(dòng)化效率與安全性。同時(shí)也增加的系統(tǒng)在調(diào)試中的確定性與安全性，節(jié)省現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間與二次返場(chǎng)重新修正參數(shù)時(shí)間，在系統(tǒng)定位精度的保證、同步控制的保證，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人工的減少，維修停機(jī)的減少等多個(gè)方面，都向最終用戶顯示出這種方案更加的靠譜可信度，而為用戶創(chuàng)造出附加值。
這樣一個(gè)第二編碼器——全行程值多圈編碼器上的投入增加了運(yùn)控產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，還是很有經(jīng)濟(jì)附加值的。