增量式編碼器的接口、傳輸距離和抗干擾性能之間的關系


增量編碼器是Hengstler編碼器非常重要的一個類型，也是旋轉(zhuǎn)編碼器最常見的形式之一。其輸出是一個周期性重復的脈沖信號，控制器（PLC或逆變器）使用該脈沖信號來計算速度、速度、長度、位置或角度。


應用示例：通過計算（上升沿）脈沖數(shù)來轉(zhuǎn)換長度或角度。


應用示例：通過計算（上升沿）脈沖的（時間間隔）頻率來轉(zhuǎn)換速度或速度。


應用示例：編碼器的旋轉(zhuǎn)方向由A和B脈沖序列評估，編碼器的零位置由Z脈沖評估。


應用示例：帶反轉(zhuǎn)信號的差動操作。


增量方波編碼器

方波增量編碼器是最常用的電壓輸出編碼器之一：如TTL（也稱為長線驅(qū)動、線驅(qū)動或RS422）和HTL（也稱為推挽輸出或推挽輸出）等。；還有開關輸出：例如NPN集電極開路輸出和PNP集電極開路輸出。

TTL/線路驅(qū)動器

TTL/RS422，即晶體管-晶體管邏輯，也稱為長線驅(qū)動或線驅(qū)動。

Hengstler編碼器的電源電壓Vcc通常為5V或24V。

編碼器的輸出為0至5 V之間的電壓：低于0.4 V的電壓定義為低電平，高于2.5 V的電壓定義為高電平。

TTL接口由于其優(yōu)良的抗干擾性能，被廣泛應用于逆變器編碼器輸入接口中。


HTL/推挽

HTL代表高晶體管邏輯，也稱為推挽輸出或推挽輸出。

編碼器的電源電壓Vcc為10-30V，通常使用24V。

編碼器的輸出是0V和Vcc之間的電壓：低于3V的電壓定義為低電平，高于Vcc-3.5V的電壓定義為高電平。

HTL通常用于西門子、貝克霍夫等歐洲PLC和其他輸入接口?？捎米鱊PN或PNP開路集電極的替代品。


開路集電極

開放收集器，即開放收集器，分為兩種類型：NPN和PNP。

Hengstler編碼器相當于一個開關，需要外部電源和電阻器。

開放式采集器接口常用于歐姆龍和三菱等日本PLC的輸入接口。其中，NPN開路集電極應用最為廣泛。



開路集電極的輸出只能在一個方向上激活。例如，NPN開路集電極輸出主動切換至接地（低）。升檔通過連接在電源和輸出之間的上拉電阻器或負載完成。因此，集電極開路輸出信號的質(zhì)量不如推挽輸出信號的質(zhì)量好。然而，由于市場上的大多數(shù)低端PLC都有內(nèi)置的開放式采集器輸入接口，因此具有開放式采集器接口的編碼器仍有一些市場。


說了這么多，問題來了。哪種接口編碼器具有更強的抗干擾性能和更好的遠程傳輸？它從干擾源開始。

中斷是怎么發(fā)生的？

在Hengstler編碼器的工作過程中，不可避免地會受到外界的干擾。啟動和停止外部大電流設備或附近大型異步電動機的運行是典型的干擾源。信號干擾的原因有很多：電纜傳輸過長、屏蔽不良、接地不良、不使用雙絞線、布線不規(guī)則等。




如圖所示，如果在信號傳輸過程中受到外部干擾，正常脈沖將導致脈沖缺失現(xiàn)象。為了解決這個問題，可以使用兩通道（六通道）差分接口。差速器不測量接地信號，而是測量反向信號處的信號。這種連接的優(yōu)點是，不僅信號電平會發(fā)生變化，而且信號極性也會發(fā)生變化。信號電平大約增加了一倍。因此，信號更加穩(wěn)定。

因此，使用TTL或HTL接口進行差分測量更適合高干擾環(huán)境。





那么，哪種接口更適合遠程傳輸呢？

由于電壓的上升和下降，來自編碼器的脈沖信號在長距離傳輸期間產(chǎn)生鋸齒效應。

HTL接口信號電平高，電壓升高，鋸齒效應明顯，不適合遠距離傳輸。

由于開路集電極輸出只能在一個方向上進行主動切換，因此鋸齒效應比HTL更嚴重，并且在長距離傳輸時存在更多問題，因此不適合長距離傳輸。

TTL接口信號電平較低，電壓上升沒有HTL高，鋸齒效應沒有HTL明顯。還可以使用差分信號測量TTL。

這使得TTL接口適用于更長的距離和更高的頻率。


傳輸距離和輸出頻率

然而，Hengstler編碼器的最終傳輸距離也取決于輸出頻率。編碼器輸出頻率可使用以下公式計算。

輸出頻率=分辨率*每秒轉(zhuǎn)數(shù)=分辨率*RPM/60

傳輸距離取決于輸出頻率。例如，3000線編碼器在3000 rpm下的輸出頻率為150kHz，最長傳輸距離約為300米。

傳輸距離和頻率

<50米<400赫茲

<100米<300赫茲

<200米<200赫茲

<400米<100赫茲

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