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如何解決旋轉(zhuǎn)編碼器、光柵尺與PLC控制器之間轉(zhuǎn)換接口
在自動化控制系統(tǒng)中數(shù)字技術(shù)是應(yīng)用得越來越廣泛，尤其以PLC可編程序控制器為核心的機(jī)電一體化傳動控制系統(tǒng)中，旋轉(zhuǎn)編碼器、光柵尺的應(yīng)用已經(jīng)是*了，應(yīng)用也越來越普及。從而在實際應(yīng)用PLC高速計數(shù)器時往往會碰到如下一系列問題。如PLC高速計數(shù)器與輸入的計數(shù)脈沖信號的脈沖電平不匹配，旋轉(zhuǎn)編碼器、光柵尺數(shù)據(jù)輸出是TTL電平，而PLC高速計數(shù)器為確保工業(yè)現(xiàn)場的高抗干擾性能，卻要求接受的是0 - 24v高速傳輸脈沖信號、還有的編碼器為了提高編碼可靠性，提供A+、A-，B+、B-，Z+、Z- 對稱反相的編碼計數(shù)脈沖或者是提供A+、A-，B+、B-，Z+、Z- 對稱反向的正弦矢量差分、差模信號。因為差分信號比較適合遠(yuǎn)傳，尤其是它*抗共模干擾特性。但PLC高速計數(shù)器恰要求接收的是單相計數(shù)脈沖。而使用者沒有選擇用到合適的轉(zhuǎn)換接口而放棄了其中一相（編碼器本因為要提高系統(tǒng)工業(yè)現(xiàn)場抗*力，而提供的差模雙相計數(shù)脈沖信號）進(jìn)行計數(shù)。
又如在應(yīng)用旋轉(zhuǎn)編碼器、光柵尺的場合是非單方向勻速運動的，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，又如旋轉(zhuǎn)編碼器、光柵尺低速運行時計數(shù)器計數(shù)正確，速度高一些計數(shù)就出錯，會漏計許多脈沖，盡管所選用的PLC高速計數(shù)器的計數(shù)響應(yīng)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于編碼器的運動頻率。如果編碼器沒有足夠的驅(qū)動能力，接口沒有匹配處理好，或者脈沖數(shù)據(jù)傳輸距離稍長些，脈沖傳輸就會出現(xiàn)延遲、脈沖傳輸過程中會產(chǎn)生脈沖波形奇變，那是非常容易發(fā)生計數(shù)誤差的。
還有許多應(yīng)用場合雖然計數(shù)脈沖頻率不高，而忽略了PLC高速脈沖計數(shù)器對計數(shù)脈沖的前后沿口是有速率要求的（脈沖形成的上升、下降沿口響應(yīng)速度要陡峭）。尤其是在應(yīng)用線數(shù)比較高的編碼器時，在低速運行時，由于機(jī)械運動必然產(chǎn)生細(xì)微斗動或者編碼器前級安裝有變速齒輪，就很容易會引起編碼脈沖前后沿口上出現(xiàn)鋸齒口。還有*機(jī)械運動所產(chǎn)生機(jī)械磨損，使間隙變大也會引起編碼脈沖前后沿口上出現(xiàn)鋸齒口。又因為在工業(yè)現(xiàn)場的干擾是錯綜復(fù)雜的，由來自控制現(xiàn)場如電動機(jī)的啟動停止、大電流接觸器的切換、可控硅的調(diào)相干擾、電弧電脈沖、電磁波等等復(fù)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(shù)脈沖上，產(chǎn)生了寄生毛刺信號或寄生干擾脈沖，寄生毛刺脈沖如果沒有得到有效的遏止整形。所以必然會導(dǎo)致PLC高速計數(shù)器的計數(shù)精度不穩(wěn)定、不可靠、產(chǎn)生累計誤差、還經(jīng)常會碰到偶發(fā)性的計數(shù)出錯等一系列問題。
因此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(yè)現(xiàn)場卻出現(xiàn)種種不正常的現(xiàn)象。這往往是因為忽略了系統(tǒng)設(shè)計的整體概念，各個系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的不匹配所產(chǎn)生的系統(tǒng)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(shè)置的功能，卻發(fā)揮不了本該提高精度的效果。即理論設(shè)計精度與實際得到的效果差距甚遠(yuǎn)。有時誤認(rèn)為PLC高速計數(shù)器質(zhì)量有問題、編碼器有故障、碼盤線數(shù)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(nèi)電氣系統(tǒng)、工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中普遍存在而又常見的有共性的技術(shù)問題，專門精心比照分析，研究了許多國外引進(jìn)的大系統(tǒng)集成項目，自動化控制程度比較高的比較經(jīng)典的控制系統(tǒng)時。發(fā)現(xiàn)有許多是常被我們設(shè)計師所忽略的細(xì)節(jié)---中間接口，往往認(rèn)為是“多余”的或者是認(rèn)為可以“節(jié)省”開銷的部件，似乎那些接口件去掉后照樣可以工作，有些接口部件在當(dāng)下去掉確實一時是反映不出有無的變化，以及它存在的必要性。尤其是在當(dāng)前市場競爭白熱化，項目比價競爭成為競標(biāo)*的不明智壓力下。常常是會在做設(shè)計時從成本角度考慮被“精簡”掉了。從而隱埋潛伏了隱性問題，往往會形成許多國產(chǎn)化系統(tǒng)先天不足后天失調(diào)，在現(xiàn)場系統(tǒng)調(diào)試時常常會被卡口。在現(xiàn)場采取應(yīng)急措施，此時所采取措施常常是不十分完善的治標(biāo)不治本的“小瘡貼”。系統(tǒng)不耐用也就自然的了，反倒使工程日后無形的維護(hù)費用變大，似乎前期項目投入負(fù)責(zé)到可用與后期系統(tǒng)的耐用，是互不關(guān)聯(lián)的兩家之的事。其實質(zhì)原因問題還是在自身，為什么就邁不過這一道檻呢？非常值得我們反思。
我們對那些可被“精簡多余的”接口部件進(jìn)行分析研究后又在工業(yè)現(xiàn)場實地試驗后方知,它在構(gòu)成系統(tǒng)整體集合時有存在的必要性，選好對應(yīng)匹配的接口,保持各個小系統(tǒng)相對的獨立性是確保大系統(tǒng)*穩(wěn)定運行的可靠保障。也給以后系統(tǒng)升級預(yù)留了必要的空間，尤其是精確度要求比較高的，技術(shù)更新比較快的機(jī)械電氣合一的數(shù)控項目中尤為重要。
為此我們引進(jìn)了上*而又成熟的接口技術(shù)，吸收消化了許多針對性細(xì)節(jié)的處理方法。專門設(shè)計了半國產(chǎn)化的MHM-02A/B型雙高速光柵隔離耦合器接口模塊和MHM-06雙高速差模信號轉(zhuǎn)換器接口模塊，而且分別還有多種輸入輸出方式可以組合，可以滿足國內(nèi)外現(xiàn)有各種形式的旋轉(zhuǎn)編碼器、光柵尺與各種品牌PLC控制器匹配的要求。它已經(jīng)在許多PLC數(shù)控系統(tǒng)上，尤其是在那些“問題系統(tǒng)”上、和在老系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控改造項目上，實際應(yīng)用得到了驗證。使許多項目控制精度和穩(wěn)定可靠性有非常顯著提高，使理論設(shè)計精度與實際得到的效果*吻合。好接口的確是“多”而不“余”著實能解決掉問題，起到了事半功倍*的效果。從而再回*現(xiàn)上許多集成系統(tǒng)為什么會專門花費匹配接口技術(shù)，和我們的同類集成系統(tǒng)相比會有相當(dāng)?shù)牟罹嗄?？?xì)細(xì)比較，我們的確是把一些知其所以，而不知其所以然的精華給忽略掉了。
本智能接口的開發(fā)過程中得到了上海冶金自動化研究設(shè)計院、上海重型礦山機(jī)械設(shè)計院、上海機(jī)床研究所、上海重礦連鑄技術(shù)工程有限公司、上海電氣股份有限公司、上海交通大學(xué)機(jī)電控制與物流裝備研究所、美特斯工業(yè)系統(tǒng)（中國）有限公司、上海新松機(jī)器人自動化有限公司、昆山世豐精密機(jī)械有限公司、上海魏森自動化科技有限公司、杭州華新科技有限公司、上海喬信精密機(jī)械有限公司、南京斯凱汽車設(shè)備制造有責(zé)任限公司、圖爾克（天津）自動化系統(tǒng)有限公司、上海內(nèi)燃機(jī)研究所、昆山華恒焊接股份有限公司、深圳市博聯(lián)達(dá)科技發(fā)展有限公司等單位和工程技術(shù)人員的大力支持和協(xié)助,在此表示衷心感謝！詳細(xì)資料www.mhm-sh.com下載、歡迎技術(shù)探討和技術(shù)咨詢上海藍(lán)瑟機(jī)電科技有限公司
旋轉(zhuǎn)編碼器、光柵尺基本原理：
將光源、圓型的旋轉(zhuǎn)編碼盤（編碼盤的線數(shù)有360線到2400線數(shù)不同）和光電檢測器件等組合在一起構(gòu)成的通常稱光電旋轉(zhuǎn)編碼器，碼盤的線數(shù)決定了旋轉(zhuǎn)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(gòu)成的光柵傳感器通常稱為光柵尺。
旋轉(zhuǎn)編碼器每旋轉(zhuǎn)一格光柵角，每一個光柵電信號對應(yīng)一個旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jìn)行計數(shù)，而對于輸出正弦波信號的光柵，經(jīng)過整形可變?yōu)榉讲ㄐ盘栞敵鲞M(jìn)行計數(shù)。就可以檢測。輸出方波的旋轉(zhuǎn)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(zhǔn)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(yīng)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(zhuǎn)編碼器、光柵尺與PLC控制器之間轉(zhuǎn)換接口，同時可以對于輸出正弦波信號的光柵，經(jīng)過整形變?yōu)榉讲ㄐ盘栞敵?/span>?，F(xiàn)已廣泛的應(yīng)用到許多進(jìn)口的、國產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)編碼器、光柵尺與許多進(jìn)口的、國產(chǎn)的不同類型PLC上。為此特別為自動化過程控制系統(tǒng)*
高速光柵隔離器特點：MHM-02型、MHM-03型
A. MHM-02型高速光柵隔離器（采用*藍(lán)光技術(shù)）可以應(yīng)用于包括微處理器系統(tǒng)TTL與PLC之間數(shù)據(jù)高速傳輸轉(zhuǎn)換接口（如解決雷諾德旋轉(zhuǎn)編碼器輸出與PLC控制器之間轉(zhuǎn)換接口、應(yīng)用于與西門子FM350-2、三菱、高速計數(shù)模塊）、電動機(jī)數(shù)字光電編碼器、光柵尺與PLC控制器之間轉(zhuǎn)換接口、變頻器脈沖信號與PLC控制器之間的信號傳輸、數(shù)據(jù)輸入/輸出轉(zhuǎn)換接口、微處理器系統(tǒng)和計算機(jī)外設(shè)接口、利用PLC的高速計數(shù)模塊可讀取普通的輸入點讀取不到的高速脈沖，并對之進(jìn)行計數(shù)，使用脈沖輸出功能和脈沖序列指令型伺服電機(jī)馬達(dá)配合，可構(gòu)成軸定位裝置。因此特別適用于電機(jī)控制應(yīng)用等領(lǐng)域。尤其是還能克服工控系統(tǒng)復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境下的強(qiáng)干擾，將強(qiáng)電傳動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和遠(yuǎn)程PLC控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間電氣隔離，排除強(qiáng)電場、強(qiáng)磁場等電氣干擾。MHM-02型高速光電耦合模塊可以分隔系統(tǒng)和有效保護(hù)較為敏感的電路，有效地提高了系統(tǒng)之間的抗干擾性能，為工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中的高低電壓之間提供一個*物理隔離的安全接口。內(nèi)置二路獨立隔離器。詳細(xì)資料www.mhm-sh.com下載、歡迎技術(shù)探討和技術(shù)咨詢
Heidenhain海德漢-光柵尺（德國）、ESSA光柵尺（捷克）、GIVI光柵尺（意大利）、德國HUBNER編碼器、HUBNER旋轉(zhuǎn)編碼器、HUBNER測速電機(jī)。。。。。
B. MHM-02型高速光柵隔離器常規(guī)產(chǎn)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(jié)構(gòu)上采用了片狀模塊卡口式結(jié)構(gòu)，可直接卡入標(biāo)準(zhǔn)道軌安裝，安裝拆卸維護(hù)方便?？梢远嗥o湊疊合安裝在標(biāo)準(zhǔn)道軌上DIN，可節(jié)省和替代控制柜輸入、輸出接線端子。
一. 技術(shù)參數(shù) SPECIFICATIONS
| 輸入?yún)?shù) | INPUT DATA | |
| 工作電壓范圍 | Operating Voltage Range | 5 - 24 V |
| 輸入直流電壓 | Input DC 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 - 400KHz |
| 輸出參數(shù) | OUTPUT DATA | |
| 工作電壓范圍 | Operating Voltage Range | 5 – 35 V （DC） |
| 連續(xù)負(fù)載電流輸出電流 | Continuous Load Current | 25 mA 集電極開路 100 mA |
| 典型開關(guān)速度 | Switch – Off Delay | 0.5 us |
| 典型運行參數(shù) | 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輸入PLC電平、MHM-02BT輸入TTL電平，而模塊的工作電源范圍可DC 9 – 30 V，而輸出固定為TTL電平。
MHM-02AO輸入PLC電平、MHM-02BO輸入TTL電平，而模塊的工作電源范圍可DC 9 – 30 V，而輸出為集電極開路OC。
