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聊聊KUBLER編碼器8.5853系列信號連接方式
閱讀:382 發(fā)布時間:2023-11-1為您分享一下德國KUBLER編碼器8.5853系列信號的連接
1、信號的匹配形式
KUBLER增量編碼器的連接,首先最重要的是清楚庫伯勒編碼器的信號輸出形式與接收設(shè)備的匹配問題。選KUBLER編碼器或選接收設(shè)備一定要兩者信號形式的匹配。KUBLER增量編碼器的信號輸出從波形上看,分正余弦輸出(sin/cos)與方波輸出兩種。
?。?)正余弦輸出(sin/cos)的信號是模擬量變化的信號周期,又分電壓輸出Vpp和電流輸出uApp,這兩種輸出一般PLC都沒有接口,大部分是連接專用的運動控制卡,其內(nèi)部可做細(xì)分而獲得更高的分辨率和動態(tài)特性,也有連接專用的細(xì)分盒再細(xì)分后輸出方波的,選型時搞清楚是電壓輸出還是電流輸出(現(xiàn)在大部分是電壓輸出了)。
(2)方波輸出的也有分集電極開路輸出(Open Collector)、電壓輸出(Voltage)、差分長線驅(qū)動(Line Driver)、推挽式輸出(Totem Pole)等。
A、集電極開路輸出,這種輸出方式通過使用KUBLER編碼器輸出側(cè)的三極管,將三極管的發(fā)射極引出端子連接至0V,斷開集電極與+Vcc的端子并把集電極作為輸出端。在KUBLER編碼器供電電壓和信號接受裝置的電壓不一致的情況下,建議使用這種類型的輸出電路。三極管的極性分NPN與PNP,后接收設(shè)備選型要匹配不可選錯,這種輸出電路簡單經(jīng)濟(jì),但選型面窄,傳遞距離根據(jù)放大管有遠(yuǎn)有近,但總體傳遞距離不遠(yuǎn),且保護(hù)不夠,較易損壞,大部分用在單機(jī)設(shè)備上而不是工程項目中。這種輸出的電壓依據(jù)供電,有5-12V輸出和12-24V輸出,這也要搞清楚才能確保信號的連接。
B、電壓輸出,這種輸出方式通過使用編碼器輸出側(cè)的三極管,將三極管的發(fā)射極引出端子連接至0V,集電子與+Vcc和負(fù)載之間增加一個電阻相連,并作為輸出端。在編碼器供電電壓和信號接受裝置的電壓一致的情況下,建議使用這種類型的輸出電路。這是針對是PNP或NPN形式的接收設(shè)備的一種權(quán)宜,便于兩者都可以連接,但現(xiàn)在這種電壓接口往往已經(jīng)做在了經(jīng)濟(jì)型PLC上了,如果是那樣的PLC,還是應(yīng)該直接選集電極開路輸出的,或電壓型的極性相當(dāng)?shù)木幋a器,因為如果選電壓輸出型的編碼器PNP+電壓的,而連接的PLC是NPN+電壓的,就會有漏電流而產(chǎn)生錯誤。
C、差分長線驅(qū)動(有的歐洲的編碼器用TTL來表示,是相對于后面介紹的HTL的),這種輸出方式將線驅(qū)動專用IC芯片(差分放大電路)用于編碼器輸出電路,由于它具有高速響應(yīng)和良好的抗噪聲性能,使得線驅(qū)動輸出適宜長距離傳輸。大部分是5V,提供A+、B+、Z+及其180度反相的A-、B-、Z-,讀取時,以A+與A-的差分值讀取,對于共摸干擾有抑制作用,傳遞距離較遠(yuǎn),由于抗干擾能力較強(qiáng),一般傳輸距離是100米,在運動控制(數(shù)控機(jī)床)中用得較多。
D、推挽式放大(有的歐洲的編碼器用HTL表示),這種輸出方式由上下一組NPN+PNP型的三極管組成,當(dāng)其中一個三極管導(dǎo)通時,另外一個三極管則關(guān)斷。電流通過輸出側(cè)的兩個三極管向兩個方向流入,并始終輸出電流。因此它阻抗低,而且不太受噪聲和變形波的影響。根據(jù)供電,輸出有10-30V,對于接收設(shè)備的兼容性強(qiáng),信號強(qiáng)而穩(wěn)定,如果再有與差分長線驅(qū)動一樣有反相信號的話,因信號電壓高,傳遞最遠(yuǎn),差分傳遞及接收,抗干擾最好,工程項目或大型設(shè)備中,推挽式輸出,而在較遠(yuǎn)傳遞或大變頻電機(jī)工況下,又要選具有反相輸出的推挽式輸出編碼器,,傳輸距離可達(dá)300-400米(例如ABB變頻控制器,就有這樣的接口:A+/A-,B+/B-,Z+/Z-)。
其余的信號形式可能不在主流,不介紹了。
2、工作轉(zhuǎn)速與電子開關(guān)頻率和分辨率的關(guān)系
在KUBLER增量型編碼器的選型中,還有個重要的問題就是開關(guān)頻率問題,無論是編碼器還是接收設(shè)備,這都是一個重要的參數(shù)。
前面介紹了,增量編碼器碼盤是由很多光柵刻線組成的,有兩個(或4個的)光眼讀取A,B信號的,刻線的密度決定了這個增量型編碼器的分辨率,而編碼器讀取并輸出這個刻線的頻率稱為電子開關(guān)頻率,由于受光學(xué)器件與電子放大器件的限制,對于每個增量型編碼器,這個頻率fmax是有上限的。就好比火車,啟動時慢慢開,我們還能辨別車窗內(nèi)的旅客,開得快了,我們只能看到一節(jié)節(jié)車皮了。
顯然,這個限制同時與分辨率(刻線的密度)、轉(zhuǎn)速(刻線的變化速度)有關(guān)。
KUBLER編碼器參數(shù)給出的最大電子開關(guān)頻率,由此可以計算出在選不同的分辨率下,可以得到的最大工作轉(zhuǎn)速,注意,一般編碼器也有一個最大機(jī)械轉(zhuǎn)速參數(shù),那是指編碼器的軸承等機(jī)械可以承受的轉(zhuǎn)速。
在接收設(shè)備端,同樣由于受電子器件的限制,有一個頻率上限問題,這就是大家經(jīng)常提到的普通計數(shù)模塊與高速計數(shù)模塊問題,以提供的公式,計算出接收設(shè)備所需要的電子頻率,正確選型,以確保信號讀取的準(zhǔn)確。特別需要說明的是,并不是接收設(shè)備的開關(guān)頻率越高越好,頻率越高,接收設(shè)備對信號的頻寬開的門就越大,抗干擾問題就越嚴(yán)重了,我曾經(jīng)接到一個用戶的電話,在汽車廠的運動控制系統(tǒng)中,接收的運動控制卡的接收頻率是1MHz,其現(xiàn)場的抗干擾問題就困惑了他很長時間。
絕對值編碼器的開關(guān)頻率與增量值編碼器的開關(guān)頻率的不同:
絕對值編碼器也有開關(guān)頻率參數(shù)(或稱響應(yīng)頻率),包括其接收設(shè)備,絕對值編碼器也有工作轉(zhuǎn)速參數(shù),但是,絕對值編碼器的開關(guān)頻率與增量型編碼器的開關(guān)頻率在理解的概念上有根本的不同!增量值編碼器轉(zhuǎn)速高于最高工作轉(zhuǎn)速,超出頻率,信號就會丟失,而產(chǎn)生不可恢復(fù)的錯誤,須重新找參考點。而絕對值編碼器的轉(zhuǎn)速如高于可讀取的最高轉(zhuǎn)速,信號讀取只是當(dāng)前的精度性錯誤,(編碼器低位的分辨率最高的碼道幾位不準(zhǔn)確,其高位的碼道刻線密度不高,讀取不受影響),等轉(zhuǎn)速下來,其自動恢復(fù),不需要再找參考點;同時絕對值編碼器的信號輸出頻率是其固有的刷新頻率,與轉(zhuǎn)速的快慢無關(guān),這是與增量值編碼器有根本不同的,這是絕對值編碼器又一個突出的優(yōu)點。所以,絕對值編碼器可用于短時間的高速狀態(tài)。
3、庫伯勒編碼器增量信號A,B,Z,R,C,D,U,V,W
大部分的接收設(shè)備只接收AB信號,而沒有接收Z信號的口,很多人不熟悉這個Z怎么用。Z信號是增量編碼器上除了A,B信號以外,另外的一個信號,每轉(zhuǎn)就一個,脈沖寬度相當(dāng)于AB相信號的脈沖寬度,(各廠家有不同的)有規(guī)定其上升沿對齊A相一個脈沖周期的哪個位置。這樣,Z信號在一個轉(zhuǎn)圈內(nèi)位置是“絕對"的零位,通過讀取Z信號,可以在一個轉(zhuǎn)圈內(nèi)修正增量信號因丟脈沖而產(chǎn)生的計數(shù)誤差,如果是很多圈工作,可以在每圈作為參考信號修正。
這種方法在光柵尺與角度編碼器中更加重要,在光柵尺和角度編碼器上,這種信號叫參考信號“R"(有的為I),光柵尺有每隔一段位置一個R信號,而角度編碼器是每隔幾十度一個R信號(如20度),每隔一段距離(角度)的位置就可以修正參考。
除了Z信號與R信號,還有C,D信號,(歐系)有的增量編碼器提供了CD信號,這種信號是每轉(zhuǎn)輸出一個周期的SinCos正余弦信號,這是單圈的絕對位置模擬量相位輸出,因其位置絕對,不受停電影響,可以判別交流伺服電機(jī)啟動時的磁極位置,或通過電路作為單圈絕對值編碼器使用,與增量的AB信號配合,稱為混合式絕對編碼器,如德國海德漢的就有這種編碼器,目前在國內(nèi)電梯上用的最多了。
系的增量編碼器用于交流電機(jī)啟動時磁極位置判斷的,是用了另外一種方法,就是U,V,W信號,每個信號位置相差120度,一圈一個(或兩個)方波脈沖周期,這種信號盡管分辨率低,但也是“絕對"的,不受停電影響,其有時也稱為“混合式絕對值",這種混合式接收電路要比歐系的簡單,但顯然其絕對的分辨率和作用要遠(yuǎn)比歐系的差了。