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常見的編碼器形式增量型編碼器

來源:/瀏覽量:載入中...發布時間:2018.09.19


      增量型編碼器為常見的編碼器形式之一。它的輸出為周期性重複的脈衝信號,控製器(PLC或變頻器)利用脈衝信號計算速度、轉速、長度、位置或者角度。

      應用示例:通過計算(上升沿)脈衝的數量換算出長度或角度。

      應用示例:通過計算(上升沿)脈衝的(時間間隔)頻率換算出速度或轉速。

      應用示例:通過A、B脈衝的先後順序判斷編碼器的旋轉方向,通過Z脈衝判斷編碼器的零點位置。

      應用示例:通過反相信號進行差分運算。

方波增量型編碼器

      方波增量型編碼器是常用的編碼器之一,有電壓型輸出:如TTL(也稱長線驅動、線驅動或RS422)和HTL(也稱推挽輸出或推拉輸出)等;和有開關型輸出:如NPN開路集電極輸出和PNP開路集電極輸出。

TTL/長線驅動

      TTL/RS422,即晶體管邏輯電路(transistor-transistorlogic),又稱長線驅動或線驅動。

      編碼器的電源電壓Vcc通常為5V或24V。

      編碼器的輸出為在0到5V之間的電壓:將小於0.4V的電壓定義為低電平,將大於2.5V的電壓定義為高電平。

      TTL接口由於其優異的抗幹擾性能,常見於變頻器的編碼器輸入接口。

HTL/推挽

      HTL,即高壓晶體管邏輯(high-transistor logic),又稱推挽輸出或推拉輸出(push-pull)。

      編碼器的電源電壓Vcc為10-30V,常用24V。

      編碼器的輸出為在0V到Vcc之間的電壓:將小於3V的電壓定義為低電平,將大於Vcc-3.5V的電壓定義為高電平。

      HTL常見於歐係PLC如西門子、倍福等輸入接口。可用於替代NPN或PNP開路集電極。

開路集電極

      Open Collector,即開路集電極,分為NPN和PNP兩種。

      編碼器相當於開關,需要外接電源和電阻。

      開路集電極接口常見於日係PLC如歐姆龍、三菱等的輸入接口。其中以NPN開路集電極常見。

      開路集電極的輸出隻能主動地切換到一個方向。例如,NPN開路集電極輸出主動切換到地(低電平)。切換到高是通過一個連接到電源和輸出之間的上拉電阻或負載來實現。因此,開路集電極的輸出信號的質量不如推挽。但由於市麵上低端PLC大多都內置了開路集電極的輸入接口,使得開路集電極接口的編碼器仍有一定的市場。


      講了這麽多,那麽問題來了。哪種接口的編碼器有更強的抗幹擾性能,更適用於長距離傳輸呢?這首先要從幹擾的來源說起。

幹擾時怎麽來的?

      在編碼器的運行中,不免受到外界的幹擾。外界大電流設備的啟停,或者周圍大型異步電機的運轉,都是典型的幹擾源。信號被幹擾可能有多種原因:長電纜傳輸、屏蔽不好、接地不好、沒有使用雙絞線、布線不規範等都有可能。

      正常脈衝,在信號的傳輸過程中受到外界幹擾的情況下,會產生丟脈衝等現象。為了解決這個問題,可以采用雙通道(六通道)的差分接口。差分就是不把信號對地進行測量,而是把信號對反相信號進行測量。這種連接的好處是,不僅信號電平變化,而且信號極性也在變。信號電平為原來的兩倍。因此,信號更穩定。

      因此,采用差分測量的TTL或HTL接口,更適應於幹擾強的環境。

      那麽哪種接口更適合長距離的傳輸呢?

      編碼器的脈衝信號,在長距離的傳輸中,由於電壓的升降,會產生鋸齒效應。

      HTL接口的信號電平較高,電壓上升高,鋸齒效應明顯,所以不太適合長距離傳輸。

      開路集電極由於輸出隻能主動朝一個方向切換,鋸齒效應比HTL還要嚴重,在長距離有更多的問題,因此也不適合於長距離傳輸。

      而TTL接口信號電平較低,電壓不上升像HTL那麽高,鋸齒效應沒有HTL那麽明顯。並且,TTL還可以使用差分信號進行測量。

      因此TTL接口適用於更長的距離和更高的頻率。

傳輸距離與輸出頻率

      然而,編碼傳輸距離還取決於輸出的頻率。編碼器的輸出頻率可由以下公式計算。

      輸出頻率=分辨率*每秒圈數=分辨率*RPM/60

      傳輸距離決定於輸出頻率。例如3000線編碼器在3000rpm時的輸出頻率為150KHz,則傳輸距離約300米。

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