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增量式編碼器的接口、傳輸距離和抗干擾性能之間的關(guān)系

編輯:Hengstler(亨士樂(lè))編碼器    發(fā)布時(shí)間:2022/4/26 9:15:58

摘要:增量編碼器是Hengstler編碼器非常重要的一個(gè)類型,也是旋轉(zhuǎn)編碼器最常見(jiàn)的形式之一。其輸出是一個(gè)周期性重復(fù)的脈沖信號(hào),控制器(PLC或逆變器)使用該脈沖信號(hào)來(lái)計(jì)算速度、速度、長(zhǎng)度、位置或角度。
增量式編碼器的接口、傳輸距離和抗干擾性能之間的關(guān)系

增量式編碼器的接口、傳輸距離和抗干擾性能之間的關(guān)系

增量編碼器是Hengstler編碼器非常重要的一個(gè)類型,也是旋轉(zhuǎn)編碼器最常見(jiàn)的形式之一。其輸出是一個(gè)周期性重復(fù)的脈沖信號(hào),控制器(PLC或逆變器)使用該脈沖信號(hào)來(lái)計(jì)算速度、速度、長(zhǎng)度、位置或角度。

增量編碼器的脈沖
圖:增量編碼器的脈沖

應(yīng)用示例:通過(guò)計(jì)算(上升沿)脈沖數(shù)來(lái)轉(zhuǎn)換長(zhǎng)度或角度。

脈沖數(shù)
圖:脈沖數(shù)

應(yīng)用示例:通過(guò)計(jì)算(上升沿)脈沖的(時(shí)間間隔)頻率來(lái)轉(zhuǎn)換速度或速度。

脈搏率
圖:脈搏率

應(yīng)用示例:編碼器的旋轉(zhuǎn)方向由A和B脈沖序列評(píng)估,編碼器的零位置由Z脈沖評(píng)估。

三通道輸出A、B、Z
圖:三通道輸出A、B、Z

應(yīng)用示例:帶反轉(zhuǎn)信號(hào)的差動(dòng)操作。

六通道輸出A、A、B、B、Z、Z-

圖:六通道輸出A、A、B、B、Z、Z-


增量方波編碼器

方波增量編碼器是最常用的電壓輸出編碼器之一:如TTL(也稱為長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)、線驅(qū)動(dòng)或RS422)和HTL(也稱為推挽輸出或推挽輸出)等。;還有開(kāi)關(guān)輸出:例如NPN集電極開(kāi)路輸出和PNP集電極開(kāi)路輸出。

TTL/線路驅(qū)動(dòng)器

TTL/RS422,即晶體管-晶體管邏輯,也稱為長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)或線驅(qū)動(dòng)。

Hengstler編碼器的電源電壓Vcc通常為5V或24V。

編碼器的輸出為0至5 V之間的電壓:低于0.4 V的電壓定義為低電平,高于2.5 V的電壓定義為高電平。

TTL接口由于其優(yōu)良的抗干擾性能,被廣泛應(yīng)用于逆變器編碼器輸入接口中。

TTL電路示例
圖:TTL電路示例

HTL/推挽

HTL代表高晶體管邏輯,也稱為推挽輸出或推挽輸出。

編碼器的電源電壓Vcc為10-30V,通常使用24V。

編碼器的輸出是0V和Vcc之間的電壓:低于3V的電壓定義為低電平,高于Vcc-3.5V的電壓定義為高電平。

HTL通常用于西門子、貝克霍夫等歐洲PLC和其他輸入接口。可用作NPN或PNP開(kāi)路集電極的替代品。

HTL電路示例
圖:HTL電路示例

開(kāi)路集電極

開(kāi)放收集器,即開(kāi)放收集器,分為兩種類型:NPN和PNP。

Hengstler編碼器相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān),需要外部電源和電阻器。

開(kāi)放式采集器接口常用于歐姆龍和三菱等日本PLC的輸入接口。其中,NPN開(kāi)路集電極應(yīng)用最為廣泛。

PNP開(kāi)路集電極
圖:PNP開(kāi)路集電極

NPN開(kāi)路收集器
圖:NPN開(kāi)路收集器

開(kāi)路集電極的輸出只能在一個(gè)方向上激活。例如,NPN開(kāi)路集電極輸出主動(dòng)切換至接地(低)。升檔通過(guò)連接在電源和輸出之間的上拉電阻器或負(fù)載完成。因此,集電極開(kāi)路輸出信號(hào)的質(zhì)量不如推挽輸出信號(hào)的質(zhì)量好。然而,由于市場(chǎng)上的大多數(shù)低端PLC都有內(nèi)置的開(kāi)放式采集器輸入接口,因此具有開(kāi)放式采集器接口的編碼器仍有一些市場(chǎng)。

NPN開(kāi)路集電器的外部連接
圖:NPN開(kāi)路集電器的外部連接

說(shuō)了這么多,問(wèn)題來(lái)了。哪種接口編碼器具有更強(qiáng)的抗干擾性能和更好的遠(yuǎn)程傳輸?它從干擾源開(kāi)始。

中斷是怎么發(fā)生的?

在Hengstler編碼器的工作過(guò)程中,不可避免地會(huì)受到外界的干擾。啟動(dòng)和停止外部大電流設(shè)備或附近大型異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行是典型的干擾源。信號(hào)干擾的原因有很多:電纜傳輸過(guò)長(zhǎng)、屏蔽不良、接地不良、不使用雙絞線、布線不規(guī)則等。

正常脈搏
正常脈搏
圖:正常脈搏

小故障
圖:小故障

干擾后的替代脈沖

圖:干擾后的替代脈沖


如圖所示,如果在信號(hào)傳輸過(guò)程中受到外部干擾,正常脈沖將導(dǎo)致脈沖缺失現(xiàn)象。為了解決這個(gè)問(wèn)題,可以使用兩通道(六通道)差分接口。差速器不測(cè)量接地信號(hào),而是測(cè)量反向信號(hào)處的信號(hào)。這種連接的優(yōu)點(diǎn)是,不僅信號(hào)電平會(huì)發(fā)生變化,而且信號(hào)極性也會(huì)發(fā)生變化。信號(hào)電平大約增加了一倍。因此,信號(hào)更加穩(wěn)定。

因此,使用TTL或HTL接口進(jìn)行差分測(cè)量更適合高干擾環(huán)境。

差分信號(hào)
圖:差分信號(hào)

通過(guò)帶屏蔽層的雙絞線傳輸

圖:通過(guò)帶屏蔽層的雙絞線傳輸


通過(guò)差分放大器
圖:通過(guò)差分放大器

過(guò)濾掉分心
圖:過(guò)濾掉分心

那么,哪種接口更適合遠(yuǎn)程傳輸呢?

由于電壓的上升和下降,來(lái)自編碼器的脈沖信號(hào)在長(zhǎng)距離傳輸期間產(chǎn)生鋸齒效應(yīng)。

HTL接口信號(hào)電平高,電壓升高,鋸齒效應(yīng)明顯,不適合遠(yuǎn)距離傳輸。

由于開(kāi)路集電極輸出只能在一個(gè)方向上進(jìn)行主動(dòng)切換,因此鋸齒效應(yīng)比HTL更嚴(yán)重,并且在長(zhǎng)距離傳輸時(shí)存在更多問(wèn)題,因此不適合長(zhǎng)距離傳輸。

TTL接口信號(hào)電平較低,電壓上升沒(méi)有HTL高,鋸齒效應(yīng)沒(méi)有HTL明顯。還可以使用差分信號(hào)測(cè)量TTL。

這使得TTL接口適用于更長(zhǎng)的距離和更高的頻率。

鋸齒效應(yīng)

圖:鋸齒效應(yīng)


傳輸距離和輸出頻率

然而,Hengstler編碼器的最終傳輸距離也取決于輸出頻率。編碼器輸出頻率可使用以下公式計(jì)算。

輸出頻率=分辨率*每秒轉(zhuǎn)數(shù)=分辨率*RPM/60

傳輸距離取決于輸出頻率。例如,3000線編碼器在3000 rpm下的輸出頻率為150kHz,最長(zhǎng)傳輸距離約為300米。

傳輸距離和頻率

<50米<400赫茲

<100米<300赫茲

<200米<200赫茲

<400米<100赫茲

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