如何解决旋转编码器、光栅尺与PLC控制器之间转换接口

2010年04月29日 09:58:50人气：2386来源：上海蓝瑟机电科技有限公司

如何解决旋转编码器、光栅尺与PLC控制器之间转换接口

在应用PLC高速计数器时往往会碰到，计数器与输入计数脉冲信号的脉冲电平不匹配、旋转编码器、光栅尺数据输出是TTL电平，而PLC高速计数器却要求接受的是0 - 24v传输脉冲信号、有的编码器为了提高编码器的可靠性，提供A+、A-，B+、B-，Z+、Z- 对称反相计数脉冲或者提供A+、A-，B+、B-，Z+、Z- 对称反向的正弦矢量信号，但PLC高速计数器接收的计数脉冲是单相脉冲。使用者没有选用合适的接口而放弃了其中一相（是为提高系统抗*力而提供的双相计数脉冲）进行计数。
又如在应用旋转编码器、光栅尺的场合非单方向匀速运动，其运动速度是时快时慢、时动时静止、时正时反的不确定性、或者在运动速度非常低的场合，如果接口没有匹配处理好是非常容易发生计数误差的、还有脉冲数据传输距离稍长些，脉冲传输过程中会产生脉冲波形奇变。
有许多应用场合虽然计数脉冲频率不高，而忽略了PLC高速脉冲计数器对计数脉冲的沿口是有速率要求（脉冲形成的上升、下降沿口响应速度要陡峭），尤其是在应用线数比较高的编码器在低速运行时，由于机械运动必然产生细微斗动或者编码器前级安有变速齿轮，就很容易会引起编码脉冲前后沿口上出现锯齿口。还有长期机械运动产生磨损，使间隙变大也会引起编码脉冲前后沿口上出现锯齿口。
在工业现场的干扰是错综复杂的，由来自控制现场如电动机的启动停止、大电流接触器的切换、可控硅的调相干扰、电弧电脉冲、电磁波等等复杂的干扰群，那纵向和横向电磁干扰是罗列不完。
问题zui终综合反映在计数脉冲上，产生了寄生毛刺信号或寄生干扰脉冲，寄生毛刺脉冲又没有得到有效的遏止整形。所以必然会导致PLC高速计数器的计数精度不稳定、不可靠、产生累计误差、经常会碰到偶发性的计数出错等一系列问题。
所以许多部件在实验室做模拟试验时是完好无误的，而一旦到了工业现场却出现种种不正常的现象。这往往是因为忽略了系统设计的整体概念，各个系统与系统之间的不匹配所产生的系统性干扰。它会直接影响到PLC控制精度，使得原本为了提高控制精度而设置的功能，却发挥不了本该提高精度的效果。即理论设计精度与实际得到的效果差距甚远。有时误认为PLC高速计数器质量有问题、编码器有故障、码盘线数还不够多……。且没有找到问题的真迹源头在哪里而无从着手，也没有采取有效克服措施或者没有找到有效的克服干扰的方法。
为此我们针对这些在国内电气系统、工业自动化控制系统普遍存在而又常见的有共性的技术问题，专门精心比照分析，研究了许多国外引进的大系统集成项目，自动化控制程度比较高的比较经典的控制系统时。发现有许多是常被我们设计师所忽略的细节，往往认为是“多余”的或者是认为可以“节省”开销的部件，似乎那些接口件去掉照样可以工作。常常是在设计时从成本角度考虑被“精简”掉了。
我们对那些可“精简多余”接口部件进行分析研究后又在工业现场实地试验后方知,它在构成系统整体时存在的必要性，和选好对应匹配的接口,是对系统长期稳定运行的可靠保障。尤其是度要求比较高的机械电气合一的数控项目中尤为重要。为此我们引进了*而又成熟的技术，吸收消化了许多细节的处理方法。专门设计了半国产化的MHM-02A/B型双高速光栅隔离耦合器和MHM-06双高速差模信号转换器接口。而且分别还有多种输出方式，可以满足国内外现有形式的PLC控制器的要求。它已经在许多PLC数控系统上，尤其是在那些问题系统上、在老系统进行数控改造项目上实际应用得到了验证。使控制精度有非常显著提高，使理论设计精度与实际得到的效果*吻合。的确是“多”而不“余”，着实能解决掉问题，起到事半功倍*的效果。从而再回*现上许多品牌的产品为什么和我们的同类产品相比会有相当的差距呢？细细比较我们的确是把知其所以，而不知其所以然的精华给忽略掉了。

旋转编码器、光栅尺基本原理：

将光源、圆型的旋转编码盘（编码盘的线数有360线到2400线数不同）和光电检测器件等组合在一起构成的通常称光电旋转编码器，码盘的线数决定了旋转角精度。同样两块长光栅（动尺和定尺）光栅的单位密度也决定了其单位精度，与光电检测器件等组合在一起构成的光栅传感器通常称为光栅尺。

旋转编码器每旋转一格光栅角，每一个光栅电信号对应一个旋转角或光栅尺每输出一个电信号，动尺移动一个栅距，输出电信号便变化一个周期，通过对信号变化周期的测量来测出动就与定就职相对位移。目前使用的光电旋转编码器与光栅尺的输出信号一般有两种形式，一是相位角相差90o的2路方波信号，二是相位依次相差90o的4路正弦信号。这些信号的空间位置周期为W。针对输出方波信号的光栅进行计数，而对于输出正弦波信号的光栅，经过整形可变为方波信号输出进行计数。就可以检测。输出方波的旋转编码器、光栅尺有A相、B相和Z相三个电信号，A相信号为主信号，B相为副信号，两个信号周期相同，均为W，相位差90o。Z信号可以作为较准信号以消除累积误差。

随着控制精度的要求提高，自动化控制的越来越普及。自然PLC应用得也就越来越广泛，因此对不同性能功能组件间的连接也提出了更高的接口要求。MHM-02、03型高速光栅隔离器就是一款性能非常良好的为旋转编码器、光栅尺与PLC控制器之间转换接口，同时可以对于输出正弦波信号的光栅，经过整形变为方波信号输出。现已广泛的应用到许多进口的、国产的旋转编码器、光栅尺与许多进口的、国产的不同类型PLC上。为此特别为自动化过程控制系统推荐

特点：FEATURES MHM-02型、MHM-03C型品

A. MHM-02型高速光栅隔离器（采用*蓝光技术）可以应用于包括微处理器系统TTL与PLC之间数据高速传输转换接口（如解决雷诺德旋转编码器输出与PLC控制器之间转换接口、应用于西门子FM350-2高速计数模块）、电动机数字光电编码器、光栅尺与PLC控制器之间转换接口、变频器脉冲信号与PLC控制器之间的信号传输、数据输入/输出转换接口、微处理器系统和计算机外设接口、还特别适用于电机控制应用等领域。尤其是能克服工控系统复杂的现场环境下的强干扰，将强电传动执行机构和远程PLC控制网络系统之间电气隔离，排除强电场、强磁场等电气干扰。MHM-02型高速光电耦合模块可以分隔系统和有效保护较为敏感的电路，有效地提高了系统之间的抗干扰性能，为工业自动化控制系统中的高低电压之间提供一个*物理隔离的安全接口。内置二路独立隔离器。详细资料下载、欢迎技术探讨和技术咨询

Heidenhain海德汉-光栅尺（德国）、ESSA光栅尺（捷克）、

B. MHM-02型高速光栅隔离器常规产品输入，有PLC电平接口02A、有TTL电平接口02B，特殊要求可定制。输出，有推挽型和集电极开路输出型02AO、02BO，还有固定TTL电平输出02AT、02BT，三种任选一种。

C. 结构上采用了片状模块卡口式结构，可直接卡入标准道轨安装，安装拆卸维护方便。可以多片紧凑叠合安装在标准道轨上DIN，可节省和替代控制柜输入、输出接线端子。

一. 技术参数 SPECIFICATIONS

输入参数	INPUT DATA
工作电压范围	Operating Voltage Range	5 - 24 V
输入接口电压类型	Input Voltage	A型为PLC电平0 - 24 V ，B型为TTL电平0 - 5V
典型输入电流	Type Input Current With Un	5 mA
典型传输频率	Transmission Frequency	MHM02A/B 0 - 800 KHz ，MHM-02AO/BO 0 - 500KHz
输出参数	OUTPUT DATA
输出高电平	High Level Output Voltage	常规输出高电平为模块工作电压减 1V （DC）
输出低电平	Low Level Output Voltage	常规输出低电平为 < 0.4V （ Io = 25 mA ）
连续负载电流输出电流	Continuous Load Current	常规输出25 mA 集电极开路型 100 mA
典型开关速度	Switch – Off Delay	0.5 us
典型运行参数	TYPE GENERAL DATA
输入输出隔离电压	Isolation Voltage in / out	2500 V
工作温度范围	Operating Temperature Range	-20 - +70 ℃
外形尺寸	Outside dimension	80mm （ H ） × 25mm （ W ） × 59mm （ D ） DIN

注：MHM-02AT型输入为PLC电平、MHM-02BT型输入为TTL电平，模块工作电源范围可DC 8 – 30 V，输出固定为TTL电平。

MHM-02AO型输入为PLC电平、MHM-02BO型输入为TTL电平，模块的工作电源范围可DC 5 – 30 V，输出为集电极开路OC。

关键词：旋转编码器光栅尺 PLC控制器高速计数器计数器

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