**值編碼器的各種信號輸出方式
**值編碼器內部由于是多碼道讀數,數值是以2的0次方到2的n-1次方的編碼,故它的輸出不同于增量的脈沖輸出,以物理器件分類來看,可分為并行輸出、串行同步輸出、串行異步總線式輸出、轉換模擬量輸出等。
一.并行輸出:
多少位(碼道)**值編碼器就有多少根信號電纜,每根電纜代表一位數據,以電纜輸出電平的高低代表1或0,物理器件與增量值編碼器相似,有集電極開路NPN、PNP、差分驅動、推挽HTL等等,分高電平有效或低電平有效來針對PNP或NPN的物理器件格式。推挽式輸出信號電壓較高,電壓范圍寬,器件不易損壞,與PNP和NPN都兼容,并行輸出的應盡量選用這種輸出。
并行輸出一般以格雷碼的數學形式輸出,所以在過去就直接被稱為格雷碼編碼器了。
對于位數不高的**值編碼器,一般就直接以此形式輸出數碼,可直接進入后續設備如PLC或上位機的I/O接口,有多少位就要連接多少個點,直接讀取電平的高低,輸出即時,連接簡單。但是并行輸出有如下問題:
1。必須是格雷碼,因為如是純二進制碼,在數據刷新時可能有多位變化,讀數會在短時間里造成錯碼。
2。占用多點接口,所有接口和電纜必須確保連接好,因為如有個別連接**點,該點電位始終是0,造成錯碼而無法判斷。
3。傳輸距離不能遠,對于不同物理器件傳輸的距離不同,一般在10米內使用,對于復雜環境,*好有隔離。
4。對于位數較多,要許多芯電纜,并要確保連接優良,由此帶來工程難度及可靠性隱患,同樣,對于編碼器,要同時有許多節點輸出,尤其是高位或多圈編碼器,器件集中在編碼器內部,增加編碼器器件的故障損壞率。
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二。同步串行界面(SSI)輸出:
串行輸出就是數據集中在一組電纜上傳輸,通過約定,在時間上有先后時序的數據輸出,這種約定稱為通訊規約。
串行輸出連接線少,傳輸距離遠,對于編碼器的保護和可靠性就大大提高了,一般高位數的**編碼器和**值多圈編碼器都是用串行輸出的。
串行輸出分同步與異步界面,同步就是發送指令與數據是同步的,這樣就是指令走一對電纜,數據走一對電纜,同步工作,常常用SSI來表示。SSI的物理格式一般是5VTTL的或5V差分的,也有用推挽式的,其數學格式各家自行約定,指令一般有三部分組成,1是同步節拍,2是指令-數據輸出的內容,3是數據的起始,這些往往以通訊規約集合在一起了。
SSI只是同步串行界面的簡稱,國際上并沒有統一的標準,以德國海德漢、STEGMANN為主的**值編碼器廠商使用的5V差分、中斷時鐘同步的SSI標準作為**值編碼器SSI輸出的主流,一些廠家與其相似,但仍然有細微的差別,選購使用時需了解清楚。國內廠家往往不夠了解,以為SSI都是一樣的,等買來連接起來才發現不對,或者在家里連接的都好的,到了現場連接就不穩定,或工作一段時間之后不穩定(由于對其細小差別的不了解,或因現場因素、或一段時間之后器件的細小變化而產生了變化)。國外廠家出于商業目的,往往要求配置其推薦的后續設備,而對于自行選定或開發的后續設備,除非有很大的量,一般是不一定支持的。國內自行開發SSI信號傳感器或SSI接收設備的廠家,應對各種SSI的細微差別充分的了解,如不了解,往往會在家連的好好的,到了現場就經常不穩定,此為在SSI信號的細節上沒有處理好。
以海德漢、STEGMANN為主流的SSI信號后續設備,西門子S7-300以上PLC都有相關的模塊接口,德系的各種PLC和運動控制卡也都有匹配的接口,而法國的(如施耐德)或美國的,雖說也有這樣的接口,但還是有細微差別的,一定要了解清楚,試用時,應帶著較長電纜(100米)、較高時鐘頻率讀取信號,以判斷讀數的穩定性。
同步串行信號的發展:SSI信號是*簡單的串行信號,同時,其信號的可靠性就較低,需要在發送-接收做相應的可靠性處理,隨著運動控制速度要求越來越高,或數據可靠性要求越來越高,同步串行信號增加了很多新的內容,如海德漢的EnDat,STEGMANN的hiperface,以及寶馬集團的Biss,這些信號特點都是傳輸速度快,為避免傳輸速度快而產生的錯碼概率,而增加了循環校驗碼CRC,并可以讀取編碼器內部的工作壽命、工作溫度、光學讀頭可靠性等信息,這類編碼器目前都是連接其專用的接口,成本較高,主要在高速運動控制中使用。
三.異步串行信號:指令與數據分時間問和答,接口是雙工的。典型的有RS485接口,只需兩個線,傳輸距離遠,數據內容即可以是編碼器的位置值,也可以是根據指令要求的其他內容,如加上每個編碼器不同的地址,可以多個編碼器共用傳輸電纜和后續接收,這種形式稱為現場總線型。
常用的異步串行接口有RS485(自由協議)、Profibus-DP(西門子)、Canopen、modbus、DeviceNet等,其連接的后續設備接口應選對應的物理接口,而數據形式往往會有一個文件包(軟件),如Profibus-DP有一個GSD文件。
這類編碼器的特點是可多點連接控制,雖然編碼器的成本與SSI比略高,但連接電纜后續設備接口可以大大節省而成本較低了,但這類編碼器相比較而言,其數據傳輸的速度就很難提高了。
四.4—20mA模擬信號轉換輸出:**值編碼器內置智能化嵌入技術和模擬后端電路,將內部的數字化信號計算轉換為模擬電流4—20mA或模擬電壓0—5V輸出。**值編碼器的輸出形式多樣,對應的后續設備選擇帶來了困難,而且采集的信號還要再次解碼換算,相比較而言,傳統的傳感器模擬信號輸出更加普及使用方便,為滿足不熟悉**值編碼器輸出信號的新手,使用直接模擬信號輸出的**值編碼器,也是*方便的選擇。