分享Kubler增量型编码器信号连接方式 1、信号的匹配形式 增量编码器的连接，首先最重要的是清楚编码器的信号输出形式与接收设备的匹配问题。选编码器或选接收设备一定要两者信号形式的匹配。增量编码器的信号输出从波形上看，分正余弦输出（sin/cos）与方波输出两种。 （1）正余弦输出（sin/cos）的信号是模拟量变化的信号周期，又分电压输出Vpp和电流输出uApp，这两种输出一般PLC都没有接口，大部分是连接专用的运动控制卡，其内部可做细分而获得更高的分辨率和动态特性，也有连接专用的细分盒再细分后输出方波的，选型时搞清楚是电压输出还是电流输出（现在大部分是电压输出了）。 （2）方波输出的也有分集电极开路输出（Open Collector）、电压输出（Voltage）、差分长线驱动（Line Driver）、推挽式输出（Totem Pole）等。 A、集电极开路输出，这种输出方式通过使用Kubler编码器输出侧的三极管，将三极管的发射极引出端子连接至0V，断开集电极与+Vcc的端子并把集电极作为输出端。在编码器供电电压和信号接受装置的电压不一致的情况下，建议使用这种类型的输出电路。三极管的极性分NPN与PNP，后接收设备选型要匹配不可选错，这种输出电路简单经济，但选型面窄，传递距离根据放大管有远有近，但总体传递距离不远，且保护不够，较易损坏，大部分用在单机设备上而不是工程项目中。这种输出的电压依据供电，有5-12V输出和12-24V输出，这也要搞清楚才能确保信号的连接。 B、库伯勒编码器电压输出，这种输出方式通过使用编码器输出侧的三极管，将三极管的发射极引出端子连接至0V，集电与+Vcc和负载之间增加一个电阻相连，并作为输出端。在编码器供电电压和信号接受装置的电压一致的情况下，建议使用这种类型的输出电路。这是针对是PNP或NPN形式的接收设备的一种权宜，便于两者都可以连接，但现在这种电压接口往往已经做在了经济型PLC上了，如果是那样的PLC，还是应该直接选集电极开路输出的，或电压型的极性相当的编码器，因为如果选电压输出型的编码器PNP+电压的，而连接的PLC是NPN+电压的，就会有漏电流而产生错误。 C、差分长线驱动（有的欧洲的编码器用TTL来表示，是相对于后面介绍的HTL的），这种输出方式将线驱动专用IC芯片（差分放大电路）用于编码器输出电路，由于它具有高速响应和良好的抗噪声性能，使得线驱动输出适宜长距离传输。大部分是5V，提供A+、B+、Z+及其180度反相的A-、B-、Z-，读取时，以A+与A-的差分值读取，对于共摸干扰有抑制作用，传递距离较远，由于抗干扰能力较强，一般传输距离是100米，在运动控制（数控机床）中用得较多。 D、推挽式放大（有的欧洲的编码器用HTL表示），这种输出方式由上下一组NPN+PNP型的三极管组成，当其中一个三极管导通时，另外一个三极管则关断。电流通过输出侧的两个三极管向两个方向流入，并始终输出电流。因此它阻抗低，而且不太受噪声和变形波的影响。根据供电，输出有10-30V，对于接收设备的兼容性强，信号强而稳定，如果再有与差分长线驱动一样有反相信号的话，因信号电压高，传递最远，差分传递及接收，抗干扰最好，工程项目或大型设备中，推挽式输出，而在较远传递或大变频电机工况下，又要选具有反相输出的推挽式输出编码器，，传输距离可达300-400米（例如ABB变频控制器，就有这样的接口：A+/A-,B+/B-,Z+/Z-）。 其余的信号形式可能不在主流，不介绍了。 2、工作转速与电子开关频率和分辨率的关系 在Kubler增量型编码器的选型中，还有个重要的问题就是开关频率问题，无论是编码器还是接收设备，这都是一个重要的参数。 前面介绍了，Kubler增量编码器码盘是由很多光栅刻线组成的，有两个（或4个的）光眼读取A,B信号的，刻线的密度决定了这个增量型编码器的分辨率，而编码器读取并输出这个刻线的频率称为电子开关频率，由于受光学器件与电子放大器件的限制，对于每个增量型编码器，这个频率fmax是有上限的。就好比火车，启动时慢慢开，我们还能辨别车窗内的旅客，开得快了，我们只能看到一节节车皮了。 显然，这个限制同时与分辨率（刻线的密度）、转速（刻线的变化速度）有关。 fmax就是编码器参数给出的最大电子开关频率，由此可以计算出在选不同的分辨率下，可以得到的最大工作转速，注意，一般编码器也有一个最大机械转速参数，那是指编码器的轴承等机械可以承受的转速。 在接收设备端，同样由于受电子器件的限制，有一个频率上限问题，这就是大家经常提到的普通计数模块与高速计数模块问题，以提供的公式，计算出接收设备所需要的电子频率，正确选型，以确保信号读取的准确。特别需要说明的是，并不是接收设备的开关频率越高越好，频率越高，接收设备对信号的频宽开的门就越大，抗干扰问题就越严重了，我曾经接到一个用户的电话，在汽车厂的运动控制系统中，接收的运动控制卡的接收频率是1MHz，其现场的抗干扰问题就困惑了他很长时间。 |
