摘要：不少做自动化的朋友都问过我：“编码器的定位功能，到底怎么用 PLC 实现啊？” 其实刚开始我也琢磨了好久，后来拆解开原理，发现也没那么复杂。今天就用咱们都能听懂的话，一步步聊聊这件事 —— 毕竟干这行的，咱们讲究的就是把复杂事儿说透、把实操逻辑捋顺。

不少做自动化的朋友都问过我：“编码器的定位功能，到底怎么用 PLC 实现啊？” 其实刚开始我也琢磨了好久，后来拆解开原理，发现也没那么复杂。今天就用咱们都能听懂的话，一步步聊聊这件事 —— 毕竟干这行的，咱们讲究的就是把复杂事儿说透、把实操逻辑捋顺。

首先得明确一个关键点：编码器本身不 “干活”，它更像个 “眼睛”—— 告诉你电机或者负载现在在哪儿，但要让设备精准动到目标位置，还得靠 PLC 这类控制器，指挥伺服或步进电机去执行。咱们工业上常用的，大多是光电型编码器，下面我就掰开揉碎了讲给你听。

咱们先从最核心的编码原理说起。光电编码器里，藏着一个特别薄、特别轻的圆盘子，我之前拆开看过，那盘子上的缝特别细，是用精密仪器刻出来的 —— 这一步就像把一个 360 度的圆，切成了好多等份。比如常见的 1024 线编码器，就是切成了 1024 份，每份对应的角度就是 360÷1024，算下来大概 0.35 度，精度还是挺高的。

光有带缝的盘子还不够，它俩侧还装了 “发射器” 和 “接收器”：一边是精密的发光源，另一边是带光敏电阻的接收器，还连了放大和整形电路。你想啊，当码盘转起来的时候，有缝的地方会让光透过去，接收器一收到光，就会输出一个电脉冲；没缝的地方挡住光，脉冲就断了。这么一来，码盘转一圈，接收器就会输出 1024 个脉冲 —— 如果第一个脉冲的位置算 0，那第二个就是 0.35 度，第三个就是 0.7 度，顺着数下去，只要能读到脉冲个数，不就知道码盘现在在哪个位置了吗？

要是把这个编码器装在电机轴上，而且是刚性连接（就是转的时候不打滑），那电机轴转多少，码盘就转多少，读编码器的脉冲，不就等于知道电机轴的位置了？

但咱们用电机，最终是要带负载的呀 —— 比如电机通过同步带拉传送带，或者通过齿轮带丝杆。这时候就有个 “电子齿轮比” 的说法：比如电机转一圈，丝杆刚好前进 5 毫米。那咱们只要读到编码器输出了多少个脉冲（比如转一圈 1024 个），就能反推：现在收到 2048 个脉冲，就是电机转了 2 圈，丝杆前进了 10 毫米 —— 这样负载的位置就清楚了。

不过这里有个问题：编码器是圆的，要是一直转下去，角度不就无穷大了吗？总不能一直累加下去吧？所以工程师们设计了 “增量型编码器”，它转一圈会输出 ABZ 三组信号，咱们一个个说：

AB 相其实是一样的脉冲，比如一圈 1024 个，负责对应一圈内的角度。而且 AB 相是 “正交” 的 —— 简单说就是两个脉冲不是同时跳变的，有个时间差。咱们判断一下 AB 相脉冲的上升沿、下降沿谁先谁后，就能知道编码器是顺时针转，还是逆时针转 —— 比如我之前调试的时候，电机反转了，看 AB 相的顺序一调，方向就对了。

Z 相就更关键了，它是 “零位脉冲”。因为圆周转起来是重复的，Z 相就固定在圆周的一个点上，编码器每转一圈，只输出一个 Z 相脉冲。咱们就把这个 Z 相当成 “基准点”，每次读到 Z 相脉冲，系统就把之前的角度清零 —— 这样角度最大就不会超过 360 度，哪怕设备断电了，重新上电后只要找到这个 Z 相基准点，就能知道丝杆一开始在哪个位置，不用重新校准，特别方便。

用这种方式定位，叫 “增量坐标系”，增量型编码器也因为灵活、便宜，在咱们平时的生产线、包装机上用得特别多。

当然，不是所有场景都适合增量型。比如有些设备只需要转一圈（角度在 360 度内），还怕断电后零位丢了，这时候就用 “单圈绝对值编码器”。它的精度能做得更细，比如 13 位的，就是 2 的 13 次方（8192）个脉冲一圈，每个脉冲都对应一个固定角度，哪怕断电了，再次上电也能直接读到当前角度，不用找基准点。

还有更复杂的情况，比如负载要转好几圈，比如 5 圈（总共 1800 度），这时候就用 “多圈绝对值编码器”，它能把脉冲和 1800 度一一对应，常见于高档数控机床 —— 毕竟机床对位置精度要求高，还不能因为断电就重新调零，耽误生产。

除了光电编码器，还有种 “磁电编码器”，原理差不多，但码盘上不是缝，是很多个小磁铁，南北极间隔排列，用霍尔元件读磁铁的信号，再变成电脉冲。我之前在粉尘多的车间用过，它比光电的耐造，价格也便宜点，但精度会稍差一点 —— 如果对精度要求不高，比如传送带定位，用它就很划算。

咱们先明确一点：PLC 能处理的是 “开关量”，就是电平的高和低。而编码器输出的脉冲，其实就是在短时间内快速切换的开关量 —— 比如一秒钟输出几千个脉冲，速度特别快。

但这里有个坑：PLC 的普通 I/O 口读不了这么快的脉冲。因为 PLC 工作有 “扫描周期”，比如每隔 10 毫秒才刷新一次普通 I/O 口的数据，而编码器的脉冲可能 1 毫秒就有好几个，普通 I/O 口根本反应不过来，读出来的数肯定不准。

所以厂家在设计 PLC 的时候，都会专门加 “高速计数端口”。这个端口的原理不一样，它是用底层的单片机硬件逻辑来计数，直接绕开了 PLC 的扫描周期，哪怕一秒钟几万次脉冲，也能准确读出来。而且 PLC 里都有现成的 “高速计数指令”，咱们不用自己写复杂程序，直接调用指令，就能读到当前的脉冲数，特别方便。

不过有个细节要注意：虽然高速计数端口能准确读数，但 PLC 输出控制信号的时候，还是会受扫描周期影响，可能会有一点点滞后。比如我之前用 PLC 控制气缸裁切，要是完全按读到的脉冲位置发指令，裁切会有点偏差，后来加了个 “提前量补偿”—— 比如本该在 1000 个脉冲时裁切，提前 10 个脉冲发指令，就刚好能切准，这个小技巧大家可以记下来。

最后再提醒一句：如果咱们用 PLC 控制伺服或步进电机，其实不一定非要用编码器反馈。比如用 PLC 的 “PLS 指令”（脉冲输出指令）直接给伺服驱动器发脉冲，让伺服驱动器自己控制电机转多少圈 —— 这时候位置环是在伺服驱动器内部的，PLC 只是个 “发号施令的”，没构成闭环。但如果是用专门的定位模块，比如 PLC 的 NC 模块，那就可以构建闭环控制，精度会更高，适合对定位要求特别严的场景，比如精密机床。

其实把原理拆解开，编码器和 PLC 的配合也没那么复杂 —— 关键是先搞懂编码器怎么 “看位置”，再明白 PLC 怎么 “读位置”，最后结合实际场景选对设备、调对参数。如果大家在实操中遇到具体问题，也可以在评论区聊聊，咱们一起交流解决～

来源：走进科技生活