绝对值编码器信号及与后续设备的连接.doc

绝对值编码器信号及与后续设备的连接：上篇说到绝对值编码器内部由于是多码道读数，数值是以2的0次方到2的n-1次方的编码，故它的输出不同于增量的脉冲输出，以物理器件分类来看，可分为并行输出、串行同步输出、串行异步总线式输出、转换模拟量输出等。一并行输出：多少位（码道）绝对值编码器就有多少根信号电缆，每根电缆代表一位数据，以电缆输出电平的高低代表1或0，物理器件与增量值编码器相似，有集电极开路NPN、PNP、差分驱动、推挽HTL等等，分高电平有效或低电平有效来针对PNP或NPN的物理器件格式。推挽式输出信号电压较高，电压范围宽，器件不易损坏，与PNP和NPN都兼容，并行输出的应尽量选用这种输出。并行输出一般以格雷码的数学形式输出，所以在过去就直接被称为格雷码编码器了。对于位数不高的绝对值编码器，一般就直接以此形式输出数码，可直接进入后续设备如PLC或上位机的I/O接口，有多少位就要连接多少个点，直接读取电平的高低，输出即时，连接简单。但是并行输出有如下问题：1。必须是格雷码，因为如是纯二进制码，在数据刷新时可能有多位变化，读数会在短时间里造成错码。2。占用多点接口，所有接口和电缆必须确保连接好，因为如有个别连接不良点，该点电位始终是0，造成错码而无法判断。3。传输距离不能远，对于不同物理器件传输的距离不同，一般在10米内使用，对于复杂环境，最好有隔离。4。对于位数较多，要许多芯电缆，并要确保连接优良，由此带来工程难度及可靠性隐患，同样，对于编码器，要同时有许多节点输出，尤其是高位或多圈编码器，器件集中在编码器内部，增加编码器器件的故障损坏率。推荐的并行绝对值编码器型号：GAS60 R13 E10 PB -13位单圈并行推挽式输出 GAS60 R16 E10 PB -16位单圈并行推挽式输出 GMS60 R12 E10 PB -12位单圈并行推挽式输出多圈绝对值编码器不推荐用此输出形式。二。同步串行界面（SSI）输出：串行输出就是数据集中在一组电缆上传输，通过约定，在时间上有先后时序的数据输出，这种约定称为通讯规约。串行输出连接线少，传输距离远，对于编码器的保护和可靠性就大大提高了，一般高位数的绝对编码器和绝对值多圈编码器都是用串行输出的。串行输出分同步与异步界面，同步就是发送指令与数据是同步的，这样就是指令走一对电缆，数据走一对电缆，同步工作，常常用SSI来表示。SSI的物理格式一般是5VTTL的或5V差分的，也有用推挽式的，其数学格式各家自行约定，指令一般有三部分组成，1是同步节拍，2是指令-数据输出的内容，3是数据的起始，这些往往以通讯规约集合在一起了。SSI只是同步串行界面的简称，国际上并没有统一的标准，以德国海德汉、STEGMANN为主的绝对值编码器厂商使用的5V差分、中断时钟同步的SSI标准作为绝对值编码器SSI输出的主流，一些厂家与其相似，但仍然有细微的差别，选购使用时需了解清楚。国内厂家往往不够了解，以为SSI都是一样的，等买来连接起来才发现不对，或者在家里连接的都好的，到了现场连接就不稳定，或工作一段时间之后不稳定（由于对其细小差别的不了解，或因现场因素、或一段时间之后器件的细小变化而产生了变化）。国外厂家出于商业目的，往往要求配置其推荐的后续设备，而对于自行选定或开发的后续设备，除非有很大的量，一般是不一定支持的。国内自行开发SSI信号传感器或SSI接收设备的厂家，应对各种SSI的细微差别充分的了解，如不了解，往往会在家连的好好的，到了现场就经常不稳定，此为在SSI信号的细节上没有处理好。我从1997年开始在国内推荐使用德国标准的SSI，是国内最早使用SSI的人之一，十年的积累，对于各种SSI的差别有较多的了解，故我公司开发的GP1312系列SSI仪表，能够很好地与各种SSI编码器连接，并稳定地工作，其中在广东飞来峡水利枢纽、上海张家塘水闸、济南钢厂从1999年使用至今，一直稳定工作，深得使用客户的好评。以海德汉、STEGMANN为主流的SSI信号后续设备，西门子S7-300以上PLC都有相关的模块接口，德系的各种PLC和运动控制卡也都有匹配的接口，而法国的（如施耐德）或美国的，虽说也有这样的接口，但还是有细微差别的，一定要了解清楚，试用时，应带着较长电缆（100米）、较高时钟频率读取信号，以判断读数的稳定性。我公司的GP1312系列SSI仪表，对于各种细小差别都可以调整，既可以直接连接使用，也可以作为转换器，转换为420mA、RS485或并行信号，再连接后续设备，如与工控机连接，较多的是用GP1312RL/EH转换成RS485信号连接工控机的。同步串行信号的发展：SSI信号是最简单的串行信号，同时，其信号的可靠性就较低，需要在发送-接收做相应的可靠性处理，随着运动控制速度要求越来越高，或数据可靠性要求越来越高，同步串行信号增加了很多新的内容，如海德汉的EnDat， STEGMANN的hiperface，以及宝马集团的Biss，这些信号特点都是传输速度快，为避免传输速度快而产生的错码概率，而增加了循环校验码CRC，并可以读取编码器内部的工作寿命、工作温度、光学读头可靠性等信息，这类编码器目前都是连接其专用的接口，成本较高，主要在高速运动控制中使用。推荐的SSI绝对值编码器型号：GAS60 R13 E10 SGB-13位单圈SSI输出 GAX60 R13/12 E10 SGB-25位多圈（13+12）SSI输出推荐的SSI信号转换器型号：GP1312SP-25位SSI转换并行推挽式输出 GP1312RL/EH-SSI信号转换420mA并RS485信号输出三异步串行信号：指令与数据分时间问和答，接口是双工的。典型的有RS485接口，只需两个线，传输距离远，数据内容即可以是编码器的位置值，也可以是根据指令要求的其他内容，如加上每个编码器不同的地址，可以多个编码器共用传输电缆和后续接收，这种形式称为现场总线型。常用的异步串行接口有RS485（自由协议）、Profibus-DP（西门子）、Can open、modbus、DeviceNet等，其连接的后续设备接口应选对应的物理接口，而数据形式往往会有一个文件包（软件），如Profibus-DP有一个GSD文件。这类编码器的特点是可多点连接控制，虽然编码器的成本与SSI比略高，但连接电缆后续设备接口可以大大节省而成本较低了，但这类编码器相比较而言，其数据传输的速度就很难提高了。推荐的绝对值编码器：GAM60 R13 E10 R4B-RS485输出 GAS60 R13 E10 RCA-Can open输出 GAX60 R13/12 E10 RMB-绝对值真多圈modbus输出四420mA模拟信号转换输出：绝对值编码器内置智能化嵌入技术和模拟后端电路，将内部的数字化信号计算转换为模拟电流420mA或模拟电压05V输出。绝对值编码器的输出形式多样，对应的后续设备选择带来了困难，而且采集的信号还要再次解码换算，相比较而言，传统的传感器模拟信号输出更加普及使用方便，为满足不熟悉绝对值编码器输出信号的新手，使用直接模拟信号输出的绝对值编码器，也是最方便的选择。Easypro技术内置的智能化嵌入技术，可将编码器的旋转方向，每转对应角度或长度，编码器安装置位零点，编码器工作输出的起始点与终点（4mA对应值、20mA对应值），在编码器初始化时设定，这样，420mA或05V的输出，可以直接对应工作量程起始至终点的输出，而无需另外解码换算，特别适合绝对值编码器初用者，同时，绝大部分的后续设备都可以找到这样的接口，可以大大节省器件成本和调试维护成本。推荐的绝对值编码器：GAM60 R13 E10 LB 直接4-20mA模拟电流输出，Easypro功能。 GAX60 R13/12 E10 LB 绝对值真多圈420mA输出，工作量程1圈4096圈可设定。绝对值编码器在选用时，与增量编码器最大的不同就是其输出信号完全不同，一定要很好地了解清楚再使用，如无把握，购买绝对值编码器时，就要选择专业的有经验的供应商，而避免选型使用的不当，而没有发挥出绝对值编码器可靠的特点。绝对值编码器简介默认分类 2009-03-31 14:41:51 阅读1140 评论4 字号：大中小订阅 绝对是相对于增量而言的，顾名思义，所谓绝对就是编码器的输出信号在一周或多周运转的过程中，其每一位置和角度所对应的输出编码值都是唯一对应的，如此，便具备掉电记忆之功能也。 绝对式编码器是依据计算机原理中的位码来设计的，比如：8位码（0000 0011），16位码，32位码等。把这些位码信息反映在编码器的码盘上，就是多道光通道刻线，每道刻线依次以2线、4线、8线、16线。编排。如此编排的结果，比如对一个单圈绝对式而言，便是把一周360分为2的4次方，2的8次方，2的16次方，位数越高，则精度越高，量程亦越大。这样，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码（格雷码），这就称为n位绝对编码器。这样的编码器是由光电码盘的机械位置决定的，它不受停电、干扰的影响。绝对编码器由机械位置决定的每个位置是唯一的，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置。这样，编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。单圈绝对值编码器到多圈绝对值编码器旋转单圈绝对值编码器，以转动中测量光电码盘各道刻线，以获取唯一的编码，当转动超过360度时，编码又回到原点，这样就不符合绝对编码唯一的原则，这样的编码只能用于旋转范围360度以内的测量，称之为单圈绝对值编码器。如果要测量旋转超过360度范围，就要用到多圈绝对值编码器。编码器生产厂家运用钟表齿轮机械的原理，当中心码盘旋转时，通过齿轮传动另一组码盘（或多组齿轮，多组码盘），在单圈编码的基础上再增加圈数的编码，以扩大编码器的测量范围，这样的绝对编码器就称为多圈式绝对编码器，它同样是由机械位置确定编码，每个位置编码唯一不重复，而无需记忆。多圈编码器另一个优点是由于测量范围大，实际使用往往富裕较多，这样在安装时不必要费劲找零点，将某一中间位置作为起始点就可以了，而大大简化了安装调试难度。绝对值编码器的信号输出（Signal Output）绝对值编码器信号输出有并行输出、串行输出、总线型输出、变送一体型输出1并行输出（Parallel）：绝对值编码器输出的是多位数码（格雷码或纯二进制码），并行输出就是所有信号各占一信号线同时输出，以代表数码的1或0，对于位数不高的绝对编码器，一般就直接以此形式输出数码，可直接进入PLC或上位机的I/O接口，输出即时，连接简单。但是并行输出有如下问题：1。最好为格雷码，因为如是纯二进制码，在数据刷新时可能有多位同时变化，读数会在短时间里造成错码。而格雷码每次只有一位发生变化，减少错码的可能。2。所有接口必须确保连接好，因为如有个别连接不良点，该点电位始终是0，造成错码而无法判断。3。传输距离不能远，一般在一两米左右，对于复杂环境的现场，最好有隔离。4。对于位数较多，要许多芯电缆，并要确保连接优良，由此带来工程难度，同样，对于编码器，要同时有许多节点输出，增加编码器的故障损坏率。串行SSI输出（Serial Synchronous Interface）：串行输出就是通过一定的协议，在时间上有先后的数据输出，这种约定称为通讯规约，其连接的物理形式有RS232、RS422(TTL)、RS485等。由于绝对值编码器好的厂家都是在德国，所以串行输出大部分是与德国的西门子配套的，如SSI同步串行输出。串行输出连接线少，传输距离远，对于编码器的保护和可靠性就大大提高了。一般高位数的绝对编码器都是用串行输出的。1现场总线型输出（BUS）现场总线型编码器是多个编码器各以一对信号线连接在一起，通过设定地址，用通讯方式传输信号，信号的接收设备只需一个接口，就可以读多个编码器信号。总线型编码器信号遵循RS485的物理格式，其信号的编排方式称为通讯规约，目前全世界有多个通讯规约，各有优点，还未统一，编码器常用的通讯规约有如下几种：PROFIBUS-DP； CAN； DeviceNet； Interbus等总线型编码器可以节省连接线缆、接收设备接口，传输距离远，在多个编码器集中控制的情况下还可以大大节省成本。4变送一体型输出变送也就是其信号已经在编码器内换算后直接变送输出，其有模拟量420mA输出、RS485数字输出、14位并行输出等。绝对式编码器选型常用参数1.单圈绝对型（Singleturn）-需知道客户所需求的位数，又叫解析度（Resolution）,比如10 bits ，又称1024 positions，12bits =4096 positions 等。2.多圈绝对型（Multiturn）-此时除了问他单圈的解析度外，还有就是他所需求的圈数（revolution），所以一个多圈型编码器的位数是单圈位数和多圈圈数的总合。比如：一个编码器的单圈解析度为4096/12bits ,圈数为13bits,那么这个编码器的总输出位数就是12+13=25bits .3.信号输出及接口形式（Signal and Output）-首先有数码输出和模拟输出，但一般是以数码为主。编码输出有：并行输出，串行输出，总线接口等。4.编码器电源电压（Power）-问清楚他所选用编码器的工作电源电压。5.输出码制（Code）-绝对式编码器输出之编码同计算机中所用到的码制是一样的，也有自然二进制，BCD，格雷码，余格雷码等。其中常用的也就是自然二进制（natural binary code）,格雷码（gray code）,因为格雷码有优于自然二进制的特点，故一般采用格雷码为多。6.编码器温度范围（Temparature Range）-此相应客户的具体要求而帮对方选择之。此又分使用温度和存放温度。7.编码器转速范围（Speed）-此相亦需满足客户的具体要求，一般良好之编码器的机械转速可达到50006000rpm.8.IP防护等级（Protection）-此防护等级又分为外盖防护等级和轴径处的防护等级。其以IP67为最高级别。 最后，基本上，如能提供了以上这么多数据后，已经可以很好的帮客户选择合适的编码器了。其他所牵涉到的具体问题，则再视具体情况而做出解决。连接绝对编码器的电气二次设备：连接绝对值编码器的设备可以是可编程控制器PLC、上位机，也可以是专用显示信号转换仪表，由仪表再输出信号给PLC或上位机（数据处理和显示系统）。1直接进入PLC或上位机：编码器如果是并行输出的，可以直接连接PLC或上位机的输入输出接点I/O，其信号数学格式应该是格雷码。编码器有多少位就要占用PLC的多少位接点，如果是24伏推挽式输出，高电平有效为1，低电平为0；如果是集电极开路NPN输出，则连接的接点也必须是NPN型的，其低电平有效，低电平为1。2编码器如果是串行输出的，由于通讯协议的限制，后接电气设备必须有对应的接口。例如SSI串行，可连接西门子的S7-300系列的PLC，有SM338等专用模块，或S7-400的FM451等模块，对于其他品牌的PLC，往往没有专用模块或有模块也很贵。3编码器如是总线型输出，接受设备需配专用的总线模块，例如PROFIBUS-DP。但是，如选择总