化工儀器網
技術文章
Kubler庫伯勒增量型編碼器信號的連接分享
閱讀：582 發布時間：2022-12-8Kubler庫伯勒增量型編碼器信號的連接分享
因為我司在德國、美國都有自己的公司，專業從事進口貿易行業，我司銷售的產品均為國外原廠原裝
下面是我司銷售Kubler增量編碼器產品內容，詳情如下：
1、信號的匹配形式
Kubler增量編碼器的連接，首先最重要的是清楚編碼器的信號輸出形式與接收設備的匹配問題。選Kubler編碼器或選接收設備一定要兩者信號形式的匹配。增量編碼器的信號輸出從波形上看，分正余弦輸出（sin/cos）與方波輸出兩種。
（1）正余弦輸出（sin/cos）的信號是模擬量變化的信號周期，又分電壓輸出Vpp和電流輸出uApp，這兩種輸出一般PLC都沒有接口，大部分是連接專用的運動控制卡，其內部可做細分而獲得更高的分辨率和動態特性，也有連接專用的細分盒再細分后輸出方波的，選型時搞清楚是電壓輸出還是電流輸出（現在大部分是電壓輸出了）。
（2）方波輸出的也有分集電極開路輸出（Open Collector）、電壓輸出（Voltage）、差分長線驅動（Line Driver）、推挽式輸出（Totem Pole）等。
A、集電極開路輸出，這種輸出方式通過使用編碼器輸出側的三極管，將三極管的發射極引出端子連接至0V，斷開集電極與+Vcc的端子并把集電極作為輸出端。在編碼器供電電壓和信號接受裝置的電壓不一致的情況下，建議使用這種類型的輸出電路。三極管的極性分NPN與PNP，后接收設備選型要匹配不可選錯，這種輸出電路簡單經濟，但選型面窄，傳遞距離根據放大管有遠有近，但總體傳遞距離不遠，且保護不夠，較易損壞，大部分用在單機設備上而不是工程項目中。這種輸出的電壓依據供電，有5-12V輸出和12-24V輸出，這也要搞清楚才能確保信號的連接。
B、電壓輸出，這種輸出方式通過使用Kubler編碼器輸出側的三極管，將三極管的發射極引出端子連接至0V，集電子與+Vcc和負載之間增加一個電阻相連，并作為輸出端。在編碼器供電電壓和信號接受裝置的電壓一致的情況下，建議使用這種類型的輸出電路。這是針對是PNP或NPN形式的接收設備的一種權宜，便于兩者都可以連接，但現在這種電壓接口往往已經做在了經濟型PLC上了，如果是那樣的PLC，還是應該直接選集電極開路輸出的，或電壓型的極性相當的編碼器，因為如果選電壓輸出型的編碼器PNP+電壓的，而連接的PLC是NPN+電壓的，就會有漏電流而產生錯誤。
C、差分長線驅動（有的歐洲的編碼器用TTL來表示，是相對于后面介紹的HTL的），這種輸出方式將線驅動專用IC芯片（差分放大電路）用于編碼器輸出電路，由于它具有高速響應和良好的抗噪聲性能，使得線驅動輸出適宜長距離傳輸。大部分是5V，提供A+、B+、Z+及其180度反相的A-、B-、Z-，讀取時，以A+與A-的差分值讀取，對于共摸干擾有抑制作用，傳遞距離較遠，由于抗干擾能力較強，一般傳輸距離是100米，在運動控制（數控機床）中用得較多。
D、推挽式放大（有的歐洲的編碼器用HTL表示），這種輸出方式由上下一組NPN+PNP型的三極管組成，當其中一個三極管導通時，另外一個三極管則關斷。電流通過輸出側的兩個三極管向兩個方向流入，并始終輸出電流。因此它阻抗低，而且不太受噪聲和變形波的影響。根據供電，輸出有10-30V，對于接收設備的兼容性強，信號強而穩定，如果再有與差分長線驅動一樣有反相信號的話，因信號電壓高，傳遞最遠，差分傳遞及接收，抗干擾最好，工程項目或大型設備中，推挽式輸出，而在較遠傳遞或大變頻電機工況下，又要選具有反相輸出的推挽式輸出編碼器，，傳輸距離可達300-400米（例如ABB變頻控制器，就有這樣的接口：A+/A-,B+/B-,Z+/Z-）。
其余的信號形式可能不在主流，不介紹了。
Kubler庫伯勒增量型編碼器信號的連接分享
2、工作轉速與電子開關頻率和分辨率的關系
在庫伯勒增量型編碼器的選型中，還有個重要的問題就是開關頻率問題，無論是編碼器還是接收設備，這都是一個重要的參數。
前面介紹了，增量編碼器碼盤是由很多光柵刻線組成的，有兩個（或4個的）光眼讀取A,B信號的，刻線的密度決定了這個增量型編碼器的分辨率，而編碼器讀取并輸出這個刻線的頻率稱為電子開關頻率，由于受光學器件與電子放大器件的限制，對于每個增量型編碼器，這個頻率fmax是有上限的。就好比火車，啟動時慢慢開，我們還能辨別車窗內的旅客，開得快了，我們只能看到一節節車皮了。
顯然，這個限制同時與分辨率（刻線的密度）、轉速（刻線的變化速度）有關。
fmax就是編碼器參數給出的最大電子開關頻率，由此可以計算出在選不同的分辨率下，可以得到的最大工作轉速，注意，一般編碼器也有一個最大機械轉速參數，那是指編碼器的軸承等機械可以承受的轉速。
在接收設備端，同樣由于受電子器件的限制，有一個頻率上限問題，這就是大家經常提到的普通計數模塊與高速計數模塊問題，以提供的公式，計算出接收設備所需要的電子頻率，正確選型，以確保信號讀取的準確。特別需要說明的是，并不是接收設備的開關頻率越高越好，頻率越高，接收設備對信號的頻寬開的門就越大，抗干擾問題就越嚴重了，我曾經接到一個用戶的電話，在汽車廠的運動控制系統中，接收的運動控制卡的接收頻率是1MHz，其現場的抗干擾問題就困惑了他很長時間。
Kubler絕對值編碼器的開關頻率與增量值編碼器的開關頻率的不同：
庫伯勒絕對值編碼器也有開關頻率參數（或稱響應頻率），包括其接收設備，絕對值編碼器也有工作轉速參數，但是，絕對值編碼器的開關頻率與增量型編碼器的開關頻率在理解的概念上有根本的不同！增量值編碼器轉速高于最高工作轉速，超出頻率，信號就會丟失，而產生不可恢復的錯誤，須重新找參考點。而絕對值編碼器的轉速如高于可讀取的最高轉速，信號讀取只是當前的精度性錯誤，（編碼器低位的分辨率最高的碼道幾位不準確，其高位的碼道刻線密度不高，讀取不受影響），等轉速下來，其自動恢復，不需要再找參考點；同時絕對值編碼器的信號輸出頻率是其固有的刷新頻率，與轉速的快慢無關，這是與增量值編碼器有根本不同的，這是絕對值編碼器又一個突出的優點。所以，絕對值編碼器可用于短時間的高速狀態。
3、Kubler編碼器增量信號A，B，Z，R，C，D，U，V，W大部分的接收設備只接收AB信號，而沒有接收Z信號的口，很多人不熟悉這個Z怎么用。Z信號是增量編碼器上除了A,B信號以外，另外的一個信號，每轉就一個，脈沖寬度相當于AB相信號的脈沖寬度，（各廠家有不同的）有規定其上升沿對齊A相一個脈沖周期的哪個位置。這樣，Z信號在一個轉圈內位置是“絕對"的零位，通過讀取Z信號，可以在一個轉圈內修正增量信號因丟脈沖而產生的計數誤差，如果是很多圈工作，可以在每圈作為參考信號修正。
這種方法在光柵尺與角度編碼器中更加重要，在光柵尺和角度編碼器上，這種信號叫參考信號“R"（有的為I），光柵尺有每隔一段位置一個R信號，而角度編碼器是每隔幾十度一個R信號（如20度），每隔一段距離（角度）的位置就可以修正參考。
除了Z信號與R信號，還有C,D信號，（歐系）有的增量編碼器提供了CD信號，這種信號是每轉輸出一個周期的SinCos正余弦信號，這是單圈的絕對位置模擬量相位輸出，因其位置絕對，不受停電影響，可以判別交流伺服電機啟動時的磁極位置，或通過電路作為單圈絕對值編碼器使用，與增量的AB信號配合，稱為混合式絕對編碼器，如德國海德漢的就有這種編碼器，目前在國內電梯上用的最多了。
Kubler增量編碼器用于交流電機啟動時磁極位置判斷的，是用了另外一種方法，就是U,V,W信號，每個信號位置相差120度，一圈一個（或兩個）方波脈沖周期，這種信號盡管分辨率低，但也是“絕對"的，不受停電影響，其有時也稱為“混合式絕對值"，這種混合式接收電路要比歐系的簡單，但顯然其絕對的分辨率和作用要遠比歐系的差了。
想了解更多產品信息，請點擊：Kubler編碼器