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增量型编码器输出为周期性重复的脉冲信号

来源:http://www.sh-hengxuan.com/浏览量:载入中...发布时间:2022.03.15


       增量型编码器为常见的编码器形式之一。它的输出为周期性重复的脉冲信号,控制器(PLC或变频器)利用脉冲信号计算速度、转速、长度、位置或者角度。

       方波增量型编码器

       方波增量型编码器是常用的编码器之一,有电压型输出:如TTL(也称长线驱动、线驱动或RS422)和HTL(也称推挽输出或推拉输出)等;和有开关型输出:如NPN开路集电极输出和PNP开路集电极输出。

       TTL/长线驱动

       TTL/RS422,即晶体管逻辑电路(transistor-transistorlogic),又称长线驱动或线驱动。

       编码器的电源电压Vcc通常为5V或24V。

       编码器的输出为在0到5V之间的电压:将小于0.4V的电压定义为低电平,将大于2.5V的电压定义为高电平。

       TTL接口由于其优异的抗干扰性能,常见于变频器的编码器输入接口。

       HTL/推挽

       HTL,即高压晶体管逻辑(high-transistor logic),又称推挽输出或推拉输出(push-pull)。

       编码器的电源电压Vcc为10-30V,常用24V。

       编码器的输出为在0V到Vcc之间的电压:将小于3V的电压定义为低电平,将大于Vcc-3.5V的电压定义为高电平。

       HTL常见于欧系PLC如西门子、倍福等输入接口。可用于替代NPN或PNP开路集电极。

       开路集电极

       Open Collector,即开路集电极,分为NPN和PNP两种。

       编码器相当于开关,需要外接电源和电阻。

       开路集电极接口常见于日系PLC如欧姆龙、三菱等的输入接口。其中以NPN开路集电极常见。

       开路集电极的输出只能主动地切换到一个方向。例如,NPN开路集电极输出主动切换到地(低电平)。切换到高是通过一个连接到电源和输出之间的上拉电阻或负载来实现。因此,开路集电极的输出信号的质量不如推挽。但由于市面上低端PLC大多都内置了开路集电极的输入接口,使得开路集电极接口的编码器仍有一定的市场。

       讲了这么多,那么问题来了。哪种接口的编码器有更强的抗干扰性能,更适用于长距离传输呢?这首先要从干扰的来源说起。

       干扰时怎么来的?

       在编码器的运行中,不免受到外界的干扰。外界大电流设备的启停,或者周围大型异步电机的运转,都是典型的干扰源。信号扰可能有多种原因:长电缆传输、屏蔽不好、接地不好、没有使用双绞线、布线不规范等都有可能。

       正常脉冲,在信号的传输过程中受到外界干扰的情况下,会产生丢脉冲等现象。为了解决这个问题,可以采用双通道(六通道)的差分接口。差分就是不把信号对地进行测量,而是把信号对反相信号进行测量。这种连接的好处是,不仅信号电平变化,而且信号极性也在变。信号电平为原来的两倍。因此,信号更稳定。

       因此,采用差分测量的TTL或HTL接口,更适应于干扰强的环境。

       那么哪种接口更适合长距离的传输呢?

       编码器的脉冲信号,在长距离的传输中,由于电压的升降,会产生锯齿效应。

       HTL接口的信号电平较高,电压上升高,锯齿效应明显,所以不太适合长距离传输。

       开路集电极由于输出只能主动朝一个方向切换,锯齿效应比HTL还要严重,在长距离有更多的问题,因此也不适合于长距离传输。

       而TTL接口信号电平较低,电压不上升像HTL那么高,锯齿效应没有HTL那么明显。并且,TTL还可以使用差分信号进行测量。

       因此TTL接口适用于更长的距离和更高的频率。

       传输距离与输出频率

       然而,编码器的传输距离还取决于输出的频率。编码器的输出频率可由以下公式计算。

       输出频率=分辨率*每秒圈数=分辨率*RPM/60

       传输距离决定于输出频率。例如3000线编码器在3000rpm时的输出频率为150KHz,则长的传输距离约300米。


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