增量式編碼器的接口、傳輸距離和抗干擾性能之間的關(guān)系


增量編碼器是Hengstler編碼器非常重要的一個(gè)類型，也是旋轉(zhuǎn)編碼器最常見的形式之一。其輸出是一個(gè)周期性重復(fù)的脈沖信號(hào)，控制器（PLC或逆變器）使用該脈沖信號(hào)來計(jì)算速度、速度、長(zhǎng)度、位置或角度。


應(yīng)用示例：通過計(jì)算（上升沿）脈沖數(shù)來轉(zhuǎn)換長(zhǎng)度或角度。


應(yīng)用示例：通過計(jì)算（上升沿）脈沖的（時(shí)間間隔）頻率來轉(zhuǎn)換速度或速度。


應(yīng)用示例：編碼器的旋轉(zhuǎn)方向由A和B脈沖序列評(píng)估，編碼器的零位置由Z脈沖評(píng)估。


應(yīng)用示例：帶反轉(zhuǎn)信號(hào)的差動(dòng)操作。


增量方波編碼器

方波增量編碼器是最常用的電壓輸出編碼器之一：如TTL（也稱為長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)、線驅(qū)動(dòng)或RS422）和HTL（也稱為推挽輸出或推挽輸出）等。；還有開關(guān)輸出：例如NPN集電極開路輸出和PNP集電極開路輸出。

TTL/線路驅(qū)動(dòng)器

TTL/RS422，即晶體管-晶體管邏輯，也稱為長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)或線驅(qū)動(dòng)。

Hengstler編碼器的電源電壓Vcc通常為5V或24V。

編碼器的輸出為0至5 V之間的電壓：低于0.4 V的電壓定義為低電平，高于2.5 V的電壓定義為高電平。

TTL接口由于其優(yōu)良的抗干擾性能，被廣泛應(yīng)用于逆變器編碼器輸入接口中。


HTL/推挽

HTL代表高晶體管邏輯，也稱為推挽輸出或推挽輸出。

編碼器的電源電壓Vcc為10-30V，通常使用24V。

編碼器的輸出是0V和Vcc之間的電壓：低于3V的電壓定義為低電平，高于Vcc-3.5V的電壓定義為高電平。

HTL通常用于西門子、貝克霍夫等歐洲PLC和其他輸入接口?？捎米鱊PN或PNP開路集電極的替代品。


開路集電極

開放收集器，即開放收集器，分為兩種類型：NPN和PNP。

Hengstler編碼器相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)，需要外部電源和電阻器。

開放式采集器接口常用于歐姆龍和三菱等日本PLC的輸入接口。其中，NPN開路集電極應(yīng)用最為廣泛。



開路集電極的輸出只能在一個(gè)方向上激活。例如，NPN開路集電極輸出主動(dòng)切換至接地（低）。升檔通過連接在電源和輸出之間的上拉電阻器或負(fù)載完成。因此，集電極開路輸出信號(hào)的質(zhì)量不如推挽輸出信號(hào)的質(zhì)量好。然而，由于市場(chǎng)上的大多數(shù)低端PLC都有內(nèi)置的開放式采集器輸入接口，因此具有開放式采集器接口的編碼器仍有一些市場(chǎng)。


說了這么多，問題來了。哪種接口編碼器具有更強(qiáng)的抗干擾性能和更好的遠(yuǎn)程傳輸？它從干擾源開始。

中斷是怎么發(fā)生的？

在Hengstler編碼器的工作過程中，不可避免地會(huì)受到外界的干擾。啟動(dòng)和停止外部大電流設(shè)備或附近大型異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行是典型的干擾源。信號(hào)干擾的原因有很多：電纜傳輸過長(zhǎng)、屏蔽不良、接地不良、不使用雙絞線、布線不規(guī)則等。




如圖所示，如果在信號(hào)傳輸過程中受到外部干擾，正常脈沖將導(dǎo)致脈沖缺失現(xiàn)象。為了解決這個(gè)問題，可以使用兩通道（六通道）差分接口。差速器不測(cè)量接地信號(hào)，而是測(cè)量反向信號(hào)處的信號(hào)。這種連接的優(yōu)點(diǎn)是，不僅信號(hào)電平會(huì)發(fā)生變化，而且信號(hào)極性也會(huì)發(fā)生變化。信號(hào)電平大約增加了一倍。因此，信號(hào)更加穩(wěn)定。

因此，使用TTL或HTL接口進(jìn)行差分測(cè)量更適合高干擾環(huán)境。





那么，哪種接口更適合遠(yuǎn)程傳輸呢？

由于電壓的上升和下降，來自編碼器的脈沖信號(hào)在長(zhǎng)距離傳輸期間產(chǎn)生鋸齒效應(yīng)。

HTL接口信號(hào)電平高，電壓升高，鋸齒效應(yīng)明顯，不適合遠(yuǎn)距離傳輸。

由于開路集電極輸出只能在一個(gè)方向上進(jìn)行主動(dòng)切換，因此鋸齒效應(yīng)比HTL更嚴(yán)重，并且在長(zhǎng)距離傳輸時(shí)存在更多問題，因此不適合長(zhǎng)距離傳輸。

TTL接口信號(hào)電平較低，電壓上升沒有HTL高，鋸齒效應(yīng)沒有HTL明顯。還可以使用差分信號(hào)測(cè)量TTL。

這使得TTL接口適用于更長(zhǎng)的距離和更高的頻率。


傳輸距離和輸出頻率

然而，Hengstler編碼器的最終傳輸距離也取決于輸出頻率。編碼器輸出頻率可使用以下公式計(jì)算。

輸出頻率=分辨率*每秒轉(zhuǎn)數(shù)=分辨率*RPM/60

傳輸距離取決于輸出頻率。例如，3000線編碼器在3000 rpm下的輸出頻率為150kHz，最長(zhǎng)傳輸距離約為300米。

傳輸距離和頻率

<50米<400赫茲

<100米<300赫茲

<200米<200赫茲

<400米<100赫茲

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