如何解決旋轉編碼器、光柵尺與PLC控制器之間轉換接口

2010年04月29日 09:58:50人氣：2353來源：上海藍瑟機電科技有限公司

如何解決旋轉編碼器、光柵尺與PLC控制器之間轉換接口

在應用PLC高速計數器時往往會碰到，計數器與輸入計數脈沖信號的脈沖電平不匹配、旋轉編碼器、光柵尺數據輸出是TTL電平，而PLC高速計數器卻要求接受的是0 - 24v傳輸脈沖信號、有的編碼器為了提高編碼器的可靠性，提供A+、A-，B+、B-，Z+、Z- 對稱反相計數脈沖或者提供A+、A-，B+、B-，Z+、Z- 對稱反向的正弦矢量信號，但PLC高速計數器接收的計數脈沖是單相脈沖。使用者沒有選用合適的接口而放棄了其中一相（是為提高系統抗*力而提供的雙相計數脈沖）進行計數。
又如在應用旋轉編碼器、光柵尺的場合非單方向勻速運動，其運動速度是時快時慢、時動時靜止、時正時反的不確定性、或者在運動速度非常低的場合，如果接口沒有匹配處理好是非常容易發生計數誤差的、還有脈沖數據傳輸距離稍長些，脈沖傳輸過程中會產生脈沖波形奇變。
有許多應用場合雖然計數脈沖頻率不高，而忽略了PLC高速脈沖計數器對計數脈沖的沿口是有速率要求（脈沖形成的上升、下降沿口響應速度要陡峭），尤其是在應用線數比較高的編碼器在低速運行時，由于機械運動必然產生細微斗動或者編碼器前級安有變速齒輪，就很容易會引起編碼脈沖前后沿口上出現鋸齒口。還有長期機械運動產生磨損，使間隙變大也會引起編碼脈沖前后沿口上出現鋸齒口。
在工業現場的干擾是錯綜復雜的，由來自控制現場如電動機的啟動停止、大電流接觸器的切換、可控硅的調相干擾、電弧電脈沖、電磁波等等復雜的干擾群，那縱向和橫向電磁干擾是羅列不完。
問題zui終綜合反映在計數脈沖上，產生了寄生毛刺信號或寄生干擾脈沖，寄生毛刺脈沖又沒有得到有效的遏止整形。所以必然會導致PLC高速計數器的計數精度不穩定、不可靠、產生累計誤差、經常會碰到偶發性的計數出錯等一系列問題。
所以許多部件在實驗室做模擬試驗時是完好無誤的，而一旦到了工業現場卻出現種種不正常的現象。這往往是因為忽略了系統設計的整體概念，各個系統與系統之間的不匹配所產生的系統性干擾。它會直接影響到PLC控制精度，使得原本為了提高控制精度而設置的功能，卻發揮不了本該提高精度的效果。即理論設計精度與實際得到的效果差距甚遠。有時誤認為PLC高速計數器質量有問題、編碼器有故障、碼盤線數還不夠多……。且沒有找到問題的真跡源頭在哪里而無從著手，也沒有采取有效克服措施或者沒有找到有效的克服干擾的方法。
為此我們針對這些在國內電氣系統、工業自動化控制系統普遍存在而又常見的有共性的技術問題，專門精心比照分析，研究了許多國外引進的大系統集成項目，自動化控制程度比較高的比較經典的控制系統時。發現有許多是常被我們設計師所忽略的細節，往往認為是“多余”的或者是認為可以“節省”開銷的部件，似乎那些接口件去掉照樣可以工作。常常是在設計時從成本角度考慮被“精簡”掉了。
我們對那些可“精簡多余”接口部件進行分析研究后又在工業現場實地試驗后方知,它在構成系統整體時存在的必要性，和選好對應匹配的接口,是對系統長期穩定運行的可靠保障。尤其是度要求比較高的機械電氣合一的數控項目中尤為重要。為此我們引進了*而又成熟的技術，吸收消化了許多細節的處理方法。專門設計了半國產化的MHM-02A/B型雙高速光柵隔離耦合器和MHM-06雙高速差模信號轉換器接口。而且分別還有多種輸出方式，可以滿足國內外現有形式的PLC控制器的要求。它已經在許多PLC數控系統上，尤其是在那些問題系統上、在老系統進行數控改造項目上實際應用得到了驗證。使控制精度有非常顯著提高，使理論設計精度與實際得到的效果*吻合。的確是“多”而不“余”，著實能解決掉問題，起到事半功倍*的效果。從而再回*現上許多品牌的產品為什么和我們的同類產品相比會有相當的差距呢？細細比較我們的確是把知其所以，而不知其所以然的精華給忽略掉了。

旋轉編碼器、光柵尺基本原理：

將光源、圓型的旋轉編碼盤（編碼盤的線數有360線到2400線數不同）和光電檢測器件等組合在一起構成的通常稱光電旋轉編碼器，碼盤的線數決定了旋轉角精度。同樣兩塊長光柵（動尺和定尺）光柵的單位密度也決定了其單位精度，與光電檢測器件等組合在一起構成的光柵傳感器通常稱為光柵尺。

旋轉編碼器每旋轉一格光柵角，每一個光柵電信號對應一個旋轉角或光柵尺每輸出一個電信號，動尺移動一個柵距，輸出電信號便變化一個周期，通過對信號變化周期的測量來測出動就與定就職相對位移。目前使用的光電旋轉編碼器與光柵尺的輸出信號一般有兩種形式，一是相位角相差90o的2路方波信號，二是相位依次相差90o的4路正弦信號。這些信號的空間位置周期為W。針對輸出方波信號的光柵進行計數，而對于輸出正弦波信號的光柵，經過整形可變為方波信號輸出進行計數。就可以檢測。輸出方波的旋轉編碼器、光柵尺有A相、B相和Z相三個電信號，A相信號為主信號，B相為副信號，兩個信號周期相同，均為W，相位差90o。Z信號可以作為較準信號以消除累積誤差。

隨著控制精度的要求提高，自動化控制的越來越普及。自然PLC應用得也就越來越廣泛，因此對不同性能功能組件間的連接也提出了更高的接口要求。MHM-02、03型高速光柵隔離器就是一款性能非常良好的為旋轉編碼器、光柵尺與PLC控制器之間轉換接口，同時可以對于輸出正弦波信號的光柵，經過整形變為方波信號輸出。現已廣泛的應用到許多進口的、國產的旋轉編碼器、光柵尺與許多進口的、國產的不同類型PLC上。為此特別為自動化過程控制系統推薦

特點：FEATURES MHM-02型、MHM-03C型品

A. MHM-02型高速光柵隔離器（采用*藍光技術）可以應用于包括微處理器系統TTL與PLC之間數據高速傳輸轉換接口（如解決雷諾德旋轉編碼器輸出與PLC控制器之間轉換接口、應用于西門子FM350-2高速計數模塊）、電動機數字光電編碼器、光柵尺與PLC控制器之間轉換接口、變頻器脈沖信號與PLC控制器之間的信號傳輸、數據輸入/輸出轉換接口、微處理器系統和計算機外設接口、還特別適用于電機控制應用等領域。尤其是能克服工控系統復雜的現場環境下的強干擾，將強電傳動執行機構和遠程PLC控制網絡系統之間電氣隔離，排除強電場、強磁場等電氣干擾。MHM-02型高速光電耦合模塊可以分隔系統和有效保護較為敏感的電路，有效地提高了系統之間的抗干擾性能，為工業自動化控制系統中的高低電壓之間提供一個*物理隔離的安全接口。內置二路獨立隔離器。詳細資料下載、歡迎技術探討和技術咨詢

Heidenhain海德漢-光柵尺（德國）、ESSA光柵尺（捷克）、

B. MHM-02型高速光柵隔離器常規產品輸入，有PLC電平接口02A、有TTL電平接口02B，特殊要求可定制。輸出，有推挽型和集電極開路輸出型02AO、02BO，還有固定TTL電平輸出02AT、02BT，三種任選一種。

C. 結構上采用了片狀模塊卡口式結構，可直接卡入標準道軌安裝，安裝拆卸維護方便。可以多片緊湊疊合安裝在標準道軌上DIN，可節省和替代控制柜輸入、輸出接線端子。

一. 技術參數 SPECIFICATIONS

輸入參數	INPUT DATA
工作電壓范圍	Operating Voltage Range	5 - 24 V
輸入接口電壓類型	Input Voltage	A型為PLC電平0 - 24 V ，B型為TTL電平0 - 5V
典型輸入電流	Type Input Current With Un	5 mA
典型傳輸頻率	Transmission Frequency	MHM02A/B 0 - 800 KHz ，MHM-02AO/BO 0 - 500KHz
輸出參數	OUTPUT DATA
輸出高電平	High Level Output Voltage	常規輸出高電平為模塊工作電壓減 1V （DC）
輸出低電平	Low Level Output Voltage	常規輸出低電平為 < 0.4V （ Io = 25 mA ）
連續負載電流輸出電流	Continuous Load Current	常規輸出25 mA 集電極開路型 100 mA
典型開關速度	Switch – Off Delay	0.5 us
典型運行參數	TYPE GENERAL DATA
輸入輸出隔離電壓	Isolation Voltage in / out	2500 V
工作溫度范圍	Operating Temperature Range	-20 - +70 ℃
外形尺寸	Outside dimension	80mm （ H ） × 25mm （ W ） × 59mm （ D ） DIN

注：MHM-02AT型輸入為PLC電平、MHM-02BT型輸入為TTL電平，模塊工作電源范圍可DC 8 – 30 V，輸出固定為TTL電平。

MHM-02AO型輸入為PLC電平、MHM-02BO型輸入為TTL電平，模塊的工作電源范圍可DC 5 – 30 V，輸出為集電極開路OC。

關鍵詞：旋轉編碼器光柵尺 PLC控制器高速計數器計數器

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