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值编码器信号及与后续设备的连接
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本文转自/more.asp?name=gemple&id=30184

值编码器信号及与后续设备的连接:
 
上篇说到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)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,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,一般高位数的编码器和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为主的值编码器厂商使用的5V差分、中断时钟同步的SSI标准作为值编码器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zui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4—20mA、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zui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4—20mA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。
 
推荐的值编码器:GAM60 R13 E10 R4B----RS485输出
                    GAS60 R13 E10 RCA---Can open输出
                    GAX60 R13/12 E10 RMB----值真多圈modbus输出
 
四.4—20mA模拟信号转换输出: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4—20mA或模拟电压0—5V输出。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,为满足不熟悉值编码器输出信号的新手,使用直接模拟信号输出的值编码器,也是zui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,4—20mA或0—5V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 值真多圈4—20mA输出,工作量程1圈—4096圈可设定。
 
五.值编码器的信号转换器
对于各种值编码器的信号,由于用户的不熟悉,或手上的后续设备不匹配,可以选用值编码器的信号转换器(转换仪表),将编码器信号转换连接,一般的转换如下:
并行格雷码—RS485
SSI—并行格雷码
SSI—RS485
SSI—4—20mA
SSI—Profibus-DP
SSI—Can open
EnDat—RS485
 
例1,       过去有用户习惯使用并行输出,直接连接PLC的开关I/O,对于值多圈编码器,电缆线数20多芯,电缆成本高,连接可靠性低,且编码器极易损坏(大连某厂使用德国某品牌值多圈并行输出编码器,三年损坏几率近50%),如选用SSI输出编码器,传输至PLC再转换为并行,可解决传输、可靠、供货周期、成本等诸多问题,且不影响原来的后续电气设备连接。
例2,       对于新型的现场总线信号Can open和profibus-DP,这种信号的值编码器的成本高,选型面小,交货周期长,且编码器与接线盒防水难以处理,而选择SSI转换盒的形式,就可以选用成本较低、通用而交货周期短、防水性能好的SSI编码器了.
上海精浦机电已经成功推出了这样的信号转换器,便于用户更加方便的选用值编码器。
 
 
值编码器在选用时,与增量编码器zui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,而没有发挥出值编码器可靠的特点。
上海精浦机电有限公司的技术人员,有十年的值编码器的销售、应用经验,十年中专心并专业于值编码器,并成功开发了值编码器的信号转换、显示器,zui近几年,更是与国外多家公司合作,在国内首先批量规模化生产值编码器、值真多圈编码器、值磁电编码器,打破了有些产品国外的垄断,有些技术甚至达到国际,大大降低了国内客户值编码器的使用成本,是用户选择应用值编码器、开发自主产品的zui佳合作伙伴。
 
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