本文介紹格雷碼，這是絕對編碼器與控制器通信所必需的一種特殊二進制排列。

運行幾乎所有現(xiàn)代控制系統(tǒng)的計算機處理器都使用一種獨特的語言。開/關值與“二進制”系統(tǒng)相關，通常表示為1和0。該系統(tǒng)適用于大多數(shù)工業(yè)傳感器，但一個常見的設備——編碼器——提出了一些不尋常的挑戰(zhàn)，需要相當專門的二進制安排來通信帶控制器。這被稱為格雷碼。

編碼器在系統(tǒng)中的作用

運動可能是制造、加工和分銷的所有領域之間最常見的連接因素。很難找到任何不包括傳送帶、機器人或某種自動運動過程的工業(yè)設施。控制運動需要一定程度的反饋來驗證所需的運動是否在正確的時間發(fā)生。對于旋轉(zhuǎn)運動（電機），這種反饋通常采用編碼器的形式。

有兩種編碼器：增量式和絕對式。

作為一個簡單的比較，增量編碼器跟蹤旋轉(zhuǎn)磁盤邊緣周圍的明暗標記之間的轉(zhuǎn)換。

它們非常精確和快速，但由于它們在磁盤周圍的所有路徑都是相同的，所以唯一可以獲得的信息是磁盤移動的速度以及在給定時間內(nèi)它走了多遠，就像看柵欄一樣開車時的車窗。

絕對編碼器盤具有從中心向盤邊緣輻射的由明暗標記組成的復雜圖案。該模式因磁盤旋轉(zhuǎn)的位置而異。該信息不僅可以告訴磁盤旋轉(zhuǎn)的速度和距離，還可以隨時準確地告知磁盤的位置，即使電源循環(huán)。

這些絕對編碼器具有一系列傳感器以讀取整個圖案，并且由于有多個傳感器，因此連接的控制器必須同時讀取它們以獲得當前位置數(shù)據(jù)。

絕對編碼器時序問題

大多數(shù)這些絕對編碼器有8到10個成排排列的傳感器，以讀取從中心輻射的暗/亮標記圖案。這將與8位或10位輸出有關。在任何時候，該模式都將包含00000000和11111111之間的某種組合，至少對于8位輸出而言。如果模式遵循真正的二進制組合，這將分別是磁盤上的最低和最高模式。在磁盤上的某個點，它會立即從最高模式回落到最低模式，并再次開始增加。

如果讀取這些傳感器的控制器不能同時讀取它們，則會出現(xiàn)時序問題。它從第一個傳感器開始，當它到達第八個或第十個傳感器時，我們最好的希望是模式自第一個傳感器讀數(shù)以來沒有改變。如果多個傳感器同時從亮變?yōu)榘担瑒t控制器將開始讀取舊模式上的傳感器但完成新模式上的讀取的可能性很小但可能。所以，二進制序列是一半舊一半新但完全不正確。這將被解釋為從一個位置到另一個很遠的位置的瘋狂運動。

如果運動很慢并且控制器可以非常快速地讀取傳感器模式，那么問題可能不會很嚴重。不正確的讀數(shù)可能仍然會出現(xiàn)，但只會在很長一段時間內(nèi)出現(xiàn)一次。然而，編碼器旋轉(zhuǎn)得如此之快，以至于我們通常不得不選擇專業(yè)的高速計數(shù)器模塊來檢查和跟蹤讀數(shù)。即使是典型數(shù)字輸入模塊的速度也不足以跟上。這意味著那些錯誤的讀數(shù)預計會更頻繁地發(fā)生。結果可能是液壓閥瞬間打開以補償感知到的“錯誤”（實際上并未發(fā)生）。此動作對設備造成的損壞可能是災難性的，因此即使是罕見的情況也是不可接受的。

格雷碼：傳感器布置解決方案

減慢所有運動可能是一種可能的解決方案，但顯然您不能只減慢整個系統(tǒng)的速度來獲得更好的結果——這會降低優(yōu)化和效率。

實際的解決方案要簡單得多，但需要一點創(chuàng)造力才能理解。該解決方案是格雷碼的實現(xiàn)，它涉及脫離標準二進制計數(shù)序列，以消除多個位同時更改的機會。

標準的二進制序列給每個位一個權重，就像我們的十進制系統(tǒng)有1、10和100的位置等。每次達到每個位置的最大值時，在下一次計數(shù)時所有位置都重置為0，所以只需就像如果你達到999，下一個值是1000，它將所有這些位置重置為0。

在二進制中，111可能是一個計數(shù)，然后在下一個計數(shù)1000中，這些位置都重置為0。請注意，有幾個數(shù)字同時發(fā)生變化——這是使用二進制輸出的編碼器的問題。

格雷碼以計數(shù)系統(tǒng)的創(chuàng)新者弗蘭克格雷的名字命名。它并不表示編碼盤上的黑/白圖案有任何修改。對于8位格雷碼，系統(tǒng)確實從000000開始，但每次下一次計數(shù)時，任何時候只有一個位可能發(fā)生變化。這樣，控制器只能有兩種可能的讀數(shù)：

傳感器陣列將在一位發(fā)生變化之前被讀取，它將指示沒有變化。

該數(shù)組將在該位更改后的片刻被讀取，并且控制器將了解發(fā)生了小幅度的運動。

由于只有一位可以更改，因此不可能在某些位已正確更改而其他位未正確更改的更改中間讀取數(shù)組。

格雷碼實現(xiàn)

要在控制器中使用此格雷碼系統(tǒng)，首先必須了解只有絕對編碼器使用此排序系統(tǒng)。在增量編碼器中，磁盤上只有一個明暗模式，因此沒有模式，只有轉(zhuǎn)換。

格雷碼不是計數(shù)序列，因此如果您直接將其作為二進制數(shù)讀取，它似乎不會在循環(huán)中進行，因此不會為您提供有關速度或位置的任何有用信息。

使用此格雷碼輸入的PLC或其他控制器必須設置高速計數(shù)器和將格雷碼輸入轉(zhuǎn)換為二進制等效數(shù)的跟蹤公式，以準確發(fā)送位置數(shù)據(jù)。一些PLC具有現(xiàn)成的此功能，但對于其他PLC，它必須由用戶創(chuàng)建。