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维护FANUC伺服驱动器. 各种电机位置编码器及其接口概述

2020-07-22 19:17分类:编码器 阅读:

 

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电机位置编码器广泛用于工业电机控制应用中,例如伺服驱动器电机编码器,机器人,机床电机编码器,印刷机,纺织机和电梯. 使用接口将这些编码器连接到系统的其他部分会带来一些棘手的电磁兼容性(EMC)问题. 为了帮助您应对这些挑战,我将以各种电机位置编码器及其接口的概述开始本系列. 本系列的其余部分将深入讨论如何设计每个不同的电机位置编码器以符合EMC标准. 工业接口.

所需的位置/角度分辨率可根据工业驱动器的应用而变化zd齿轮减速机,从几位到25位或更多. 一些驱动器应用甚至需要角旋转度. 从变频器到位置编码器的安装距离会有所不同,从几米(在多轴驱动器中)到100米或更长. 由于距离太长,因此需要设计电接口以实现强大的数据传输,并具有对电磁场,共模电压和脉冲噪声的高度抗扰性.

图1显示了几种适用于工业应用的线性或角度位置反馈编码器.

图1: 位置反馈编码器及其对应的接口

位置编码器有两种类型: 增量位置编码器和绝对位置编码器. 增量编码器可以提供有关增量位置或角度变化的信息. 上电后它们不提供绝对位置,但是在机械旋转后仍然可以获得分度信号. 绝对编码器始终可以提供绝对的机械位置.

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增量编码器可以显示三个差分信号: A信号,B信号和Z信号. A信号和B信号可以编码位置增量变化. 位置分辨率取决于增量编码器的行数. 每转的典型行数范围是50至10,000行. Z信号通常每转一圈出现一次,并用于得出绝对位置的“原点索引”.

增量编码器接口是一个数字脉冲序列,具有与晶体管-逻辑(TTL)或高阈值逻辑(HTL)兼容的数字输出电平,或具有1Vpp或11μApp幅度的模拟正弦/余弦输出. 具有模拟输出的编码器通常称为正弦/余弦编码器. 这种类型的编码器所允许的分辨率比具有TTL / HTL输出的编码器要高得多,因为您可以使用正弦. 余弦和信号的反正切函数插入行号内的位置. 这种插值可以将分辨率提高多达16位,并且可能的总分辨率为25位或更多. 所选编码器的行数乘以转速的乘积与输出信号的频率成正比.

绝对位置反馈编码器可以提供绝对位置(分辨率为25位或更多). 它们的电气接口已经从基于混合模拟和数字协议的串行接口发展到基于纯数字协议的串行接口. 串行通信标准通常是特定于供应商的,并且可以通过双向数据传输来利用RS-485或RS-422差分信号. 例如脉冲控制,EnDat 2.2不仅可以传输绝对位置,还可以从编码器的内存中读取数据或将数据写入其中. 通过发送到EnDat2.2编码器模式命令的后续电子设备(通常称为EnDat2.2主站)电机公式,您可以选择要传输的数据类型-绝对位置派克直流调速器,转数,温度,更多参数,诊断数据.

EnDat2.2,BiSS®和HIPERFACEDSL®以及其他基于纯数字串行协议的标准可以补偿传播延迟并支持100米电缆长度内的通信. 纯数字协议具有恒定的时钟频率,该频率不会随转速变化. 对于大多数协议,您可以选择时钟频率/波特率以适应外部因素(例如电缆长度).

具有混合模拟和数字通信接口或纯数字通信接口的编码器通常具有特定于供应商的电源电压范围. 表1是广泛使用的编码器标准的概述.

表1: 位置编码器接口标准和电源电压

使用接口将这些编码器中的任何一个连接到变频器进行闭环控制时,位置接口模块包括以下功能块,如图2所示:

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图2: 工业驱动器/变频器上的位置反馈接口模块的简化框图

具有RS-485或RS-422接口的增量数字HTL / TTL编码器和绝对数字编码器需要较少的硬件接口工作,而模拟正弦/余弦编码器则需要具有双模数转换器的模拟信号链. 您需要设计一个物理接口以满足EMC的抗扰性要求,例如抗静电(ESD),电快速瞬变(EFT)突发和电涌的抗扰性-IEC61800-3规定的相关标准如下:

TTL / HTL编码器需要最少的信号处理,并且只需要一个方向上的正交脉冲计数器. 增量正弦/余弦编码器也需要该正交计数器. 另外,需要信号处理来计算内插的反正切. 基于数字串行接口协议的标准需要更多的信号处理工作,并且通常在现场可编程门阵列(FPGA)上实现. 最近,它们更多地用于创新处理器(例如Sitara™AM437x,可以使用对实时单元子系统和工业通信子系统(PRU-ICSS)外围设备进行编程的实现).

在本系列的下一篇文章中,作者和我的同事将更深入地讨论每个编码器接口,并提供有关如何实现符合EMC的工业接口/ BiSS-C标准的BiSS-C位置编码器的信息. 主界面.

如果您准备开始设计,欢迎查看这些EnDat2.2,BiSS,HIPERFACE DSL和正弦/余弦编码器接口的ti Designs参考设计. 请访问/ tidesigns并搜索相应的编码器标准.

如果您想看本系列中有关位置编码器接口设计的特定主题安川变频器故障代码,请登录下面的评论.

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