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編碼器

絕對值編碼器信號輸出及與外部讀取設備的連接

發布日期:2022-10-09 點擊率:370

絕對值編碼器由于內部是多碼道讀數,數值是以2的0次方到2的n-1次方的編碼,因此它的輸出不同于增量型編碼器的脈沖輸出,以物理器件形式分類來看,可分為并行輸出、串行同步輸出、異步串行信號(總線接口)、模擬量轉換輸出等。

 

一、并行輸出:

 

多少位的絕對值編碼器就有多少根信號電纜,每根信號電纜代表一位數據,以電纜輸出電平的高低代表1或0,物理器件與增量型編碼器相類似,有集電極開路NPN、集電極開路PNP、差分驅動、推挽HTL輸出等等。分高電平有效或低電平有效來區分PNP或NPN物理器件格式。推挽式輸出信號電壓較高,電壓范圍寬,器件不易損壞,與PNP和NPN都兼容,并行輸出的應盡量選用這種輸出。

并行輸出一般以格雷碼的數學形式輸出,所以在過去就直接被稱為格雷碼編碼器了。對于位數不高的絕對值編碼器,一般就直接以此形式輸出數碼,可直接進入后續設備如PLC或上位機的I/O接口,有多少位就要連接多少個IO點,直接讀取電平的高低,輸出即時,連接簡單。但是并行輸出有如下問題:
  1、必須是格雷碼,因為如果是純二進制碼,在數據刷新時可能有多位變化,讀數會在短時間里造成錯碼。
  2、占用多點IO接口,所有接口和電纜必須確保連接好,因為如有個別連接不良點,該點電位始終是0,造成錯碼而無法判斷。
  3、傳輸距離不能遠,對于不同物理器件傳輸的距離不同,一般在10米內使用,對于復雜環境,最好有隔離。
  4、對于位數較多,要采用多芯電纜,并要確保連接優良,由此帶來工程難度及造成可靠性低的隱患。同樣,編碼器要同時有許多節點輸出,尤其是高位或多圈編碼器,器件集中在編碼器內部,增加編碼器器件的故障損壞率。多圈絕對值編碼器不推薦用此輸出形式。


二、同步串行(SSI)輸出

 

串行輸出就是數據集中在一組電纜上傳輸,通過約定,在時間上按先后時序的數據輸出,這種約定稱為通訊規約。串行輸出連接線少,傳輸距離遠,對于編碼器的保護和可靠性就大大提高了,一般高位數的絕對編碼器和絕對值多圈編碼器都是用串行輸出的。

串行輸出分同步與異步界面,同步就是發送指令與數據是同步的,這樣就是指令走一對電纜,數據走一對電纜,同步工作,常常用SSI來表示。SSI的物理格式一般是5V TTL的或5V差動的,也有用推挽式的,其數學格式各廠家自行約定,指令一般有三部分組成,1是同步節拍,2是指令-數據輸出的內容,3是數據的起始,這些往往以通訊規約集合在一起了。

SSI只是同步串行輸出的簡稱,國際上并沒有統一的標準,以德國海德漢、STEGMANN為主的絕對值編碼器廠商使用的5 V差分、中斷時鐘同步的SSI標準作為絕對值編碼器SSI輸出的主流,一些廠家與其相似,但仍然有細微的差別,選購使用時需了解清楚。國內廠家往往不夠了解,以為SSI都是一樣的,等買來連接起來才發現不對,或者在家里連接的都好的,到了現場連接就不穩定,或工作一段時間之后不穩定(由于對其細小差別的不了解,或因現場因素、或一段時間之后器件的細小變化而產生了變化)。國外廠家出于商業目的,往往要求配置其推薦的后續設備,而對于自行選定或開發的后續設備,除非有很大的量,一般是不一定支持的。國內自行開發SSI信號傳感器或SSI接收設備的廠家,應對各種SSI的細微差別充分的了解,如不了解,往往會在家連的好好的,到了現場就經常不穩定,此為在SSI信號的細節上沒有處理好。

同步串行信號的發展:SSI信號是最簡單的串行信號,同時,其信號的可靠性就較低,需要在發送-接收做相應的可靠性處理,隨著運動控制速度要求越來越高,或數據可靠性要求越來越高,同步串行信號增加了很多新的內容,如海德漢的EnDat, STEGMANN的hiperface,以及寶馬集團的Biss,這些信號特點都是傳輸速度快,為避免傳輸速度快而產生的錯碼概率,而增加了循環校驗碼CRC,并可以讀取編碼器內部的工作壽命、工作溫度、光學讀頭可靠性等信息,這類編碼器目前都是連接其專用的接口,成本較高,主要在高速運動控制中使用。

 

三、異步串行信號(總線接口方式):

 

指令與數據分時間問和答,接口是雙工的。典型的有RS485接口,只需兩根線,傳輸距離遠,數據內容即可以是編碼器的位置值,也可以是根據指令要求的其他內容,如加上每個編碼器不同的地址,可以多個編碼器共用傳輸電纜和后續接收,這種形式稱為現場總線型。

常用的異步串行接口有RS485(自由協議)、Profibus-DP(西門子)、Can open、modbus、DeviceNet等,其連接的后續設備接口應選對應的物理接口,而數據形式往往會有一個文件包(軟件),如Profibus-DP有一個GSD文件。

這類編碼器的特點是可多點連接控制,雖然編碼器的成本與SSI比略高,但連接電纜后續設備接口可以大大節省而成本較低了,但這類編碼器相比較而言,其數據傳輸的速度就很難提高了。

 

四、4—20mA模擬信號轉換輸出:

 

絕對值編碼器內置智能化嵌入技術和模擬后端電路,將內部的數字化信號計算轉換為模擬電流4—20mA或電壓0—5V輸出。絕對值編碼器的輸出形式多樣,對應的后續設備選擇帶來了困難,而且采集的信號還要再次解碼換算,相比較而言,傳統的傳感器模擬信號輸出更加普及使用方便,為滿足不熟悉絕對值編碼器輸出信號的新手,使用直接模擬信號輸出的絕對值編碼器,也是最方便的選擇。

Easypro技術—內置的智能化嵌入技術,可將編碼器的旋轉方向,每轉對應角度或長度,編碼器安裝置位零點,編碼器工作輸出的起始點與終點(4mA對應值、20mA對應值),在編碼器初始化時設定,這樣,4—20mA或0—5V的輸出,可以直接對應工作量程起始至終點的輸出,而無需另外解碼換算,特別適合絕對值編碼器初用者,同時,絕大部分的后續設備都可以找到這樣的接口,可以大大節省器件成本和調試維護成本。

 

五、絕對值編碼器的信號轉換器

 

對于各種絕對值編碼器的信號,由于用戶的不熟悉,或手上的后續設備不匹配,可以選用絕對值編碼器的信號轉換器(轉換儀表),將編碼器信號轉換連接,一般的轉換如下:

并行格雷碼—RS485

SSI—并行格雷碼

SSI—RS485

SSI—4—20mA

SSI—Profibus-DP

SSI—Can open

EnDat—RS485

 

絕對值編碼器在選用時,與增量編碼器最大的不同就是其輸出信號完全不同,一定要很好地了解清楚再使用,如無把握,購買絕對值編碼器時,就要選擇專業的有經驗的供應商,而避免選型使用的不當,而沒有發揮出絕對值編碼器可靠的特點。

 

 

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