值編碼器信號及與后續(xù)設(shè)備的連接

更新時間：2009-06-29

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值編碼器信號及與后續(xù)設(shè)備的連接：

上篇說到值編碼器內(nèi)部由于是多碼道讀數(shù)，數(shù)值是以2的0次方到2的n-1次方的編碼，故它的輸出不同于增量的脈沖輸出，以物理器件分類來看，可分為并行輸出、串行同步輸出、串行異步總線式輸出、轉(zhuǎn)換模擬量輸出等。

一．并行輸出：

多少位（碼道）值編碼器就有多少根信號電纜，每根電纜代表一位數(shù)據(jù)，以電纜輸出電平的高低代表1或0，物理器件與增量值編碼器相似，有集電極開路NPN、PNP、差分驅(qū)動、推挽HTL等等，分高電平有效或低電平有效來針對PNP或NPN的物理器件格式。推挽式輸出信號電壓較高，電壓范圍寬，器件不易損壞，與PNP和NPN都兼容，并行輸出的應(yīng)盡量選用這種輸出。

并行輸出一般以格雷碼的數(shù)學(xué)形式輸出，所以在過去就直接被稱為格雷碼編碼器了。

對于位數(shù)不高的值編碼器，一般就直接以此形式輸出數(shù)碼，可直接進(jìn)入后續(xù)設(shè)備如PLC或上位機的I/O接口，有多少位就要連接多少個點，直接讀取電平的高低，輸出即時，連接簡單。但是并行輸出有如下問題：
　　1。必須是格雷碼，因為如是純二進(jìn)制碼，在數(shù)據(jù)刷新時可能有多位變化，讀數(shù)會在短時間里造成錯碼。
　　2。占用多點接口，所有接口和電纜必須確保連接好，因為如有個別連接不良點，該點電位始終是0，造成錯碼而無法判斷。
　　3。傳輸距離不能遠(yuǎn)，對于不同物理器件傳輸?shù)木嚯x不同，一般在10米內(nèi)使用，對于復(fù)雜環(huán)境，有隔離。
　　4。對于位數(shù)較多，要許多芯電纜，并要確保連接優(yōu)良，由此帶來工程難度及可靠性隱患，同樣，對于編碼器，要同時有許多節(jié)點輸出，尤其是高位或多圈編碼器，器件集中在編碼器內(nèi)部，增加編碼器器件的故障損壞率。

推薦的并行值編碼器型號：GAS60 R13 E10 PB ----13位單圈并行推挽式輸出

GAS60 R16 E10 PB ----16位單圈并行推挽式輸出

GMS60 R12 E10 PB ----12位單圈并行推挽式輸出

多圈值編碼器不推薦用此輸出形式。

二。同步串行界面（SSI）輸出：

串行輸出就是數(shù)據(jù)集中在一組電纜上傳輸，通過約定，在時間上有先后時序的數(shù)據(jù)輸出，這種約定稱為通訊規(guī)約。

串行輸出連接線少，傳輸距離遠(yuǎn)，對于編碼器的保護(hù)和可靠性就大大提高了，一般高位數(shù)的編碼器和值多圈編碼器都是用串行輸出的。

串行輸出分同步與異步界面，同步就是發(fā)送指令與數(shù)據(jù)是同步的，這樣就是指令走一對電纜，數(shù)據(jù)走一對電纜，同步工作，常常用SSI來表示。SSI的物理格式一般是5VTTL的或5V差分的，也有用推挽式的，其數(shù)學(xué)格式各家自行約定，指令一般有三部分組成，1是同步節(jié)拍，2是指令-數(shù)據(jù)輸出的內(nèi)容，3是數(shù)據(jù)的起始，這些往往以通訊規(guī)約集合在一起了。

SSI只是同步串行界面的簡稱，上并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，以德國海德漢、STEGMANN為主的值編碼器廠商使用的5V差分、中斷時鐘同步的SSI標(biāo)準(zhǔn)作為值編碼器SSI輸出的主流，一些廠家與其相似，但仍然有細(xì)微的差別，選購使用時需了解清楚。國內(nèi)廠家往往不夠了解，以為SSI都是一樣的，等買來連接起來才發(fā)現(xiàn)不對，或者在家里連接的都好的，到了現(xiàn)場連接就不穩(wěn)定，或工作一段時間之后不穩(wěn)定（由于對其細(xì)小差別的不了解，或因現(xiàn)場因素、或一段時間之后器件的細(xì)小變化而產(chǎn)生了變化）。國外廠家出于商業(yè)目的，往往要求配置其推薦的后續(xù)設(shè)備，而對于自行選定或開發(fā)的后續(xù)設(shè)備，除非有很大的量，一般是不一定支持的。國內(nèi)自行開發(fā)SSI信號傳感器或SSI接收設(shè)備的廠家，應(yīng)對各種SSI的細(xì)微差別充分的了解，如不了解，往往會在家連的好好的，到了現(xiàn)場就經(jīng)常不穩(wěn)定，此為在SSI信號的細(xì)節(jié)上沒有處理好。

我從1997年開始在國內(nèi)推薦使用德國標(biāo)準(zhǔn)的SSI，是早使用SSI的人之一，十年的積累，對于各種SSI的差別有較多的了解，故我公司開發(fā)的GP1312系列SSI儀表，能夠很好地與各種SSI編碼器連接，并穩(wěn)定地工作，其中在廣東飛來峽水利樞紐、上海張家塘水閘、濟(jì)南鋼廠從1999年使用至今，一直穩(wěn)定工作，深得使用客戶的好評。

以海德漢、STEGMANN為主流的SSI信號后續(xù)設(shè)備，西門子S7-300以上PLC都有相關(guān)的模塊接口，德系的各種PLC和運動控制卡也都有匹配的接口，而法國的（如施耐德）或美國的，雖說也有這樣的接口，但還是有細(xì)微差別的，一定要了解清楚，試用時，應(yīng)帶著較長電纜（100米）、較高時鐘頻率讀取信號，以判斷讀數(shù)的穩(wěn)定性。

我公司的GP1312系列SSI儀表，對于各種細(xì)小差別都可以調(diào)整，既可以直接連接使用，也可以作為轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為4—20mA、RS485或并行信號，再連接后續(xù)設(shè)備，如與工控機連接，較多的是用GP1312RL/EH轉(zhuǎn)換成RS485信號連接工控機的。

同步串行信號的發(fā)展：SSI信號是zui簡單的串行信號，同時，其信號的可靠性就較低，需要在發(fā)送-接收做相應(yīng)的可靠性處理，隨著運動控制速度要求越來越高，或數(shù)據(jù)可靠性要求越來越高，同步串行信號增加了很多新的內(nèi)容，如海德漢的EnDat， STEGMANN的hiperface，以及寶馬集團(tuán)的Biss，這些信號特點都是傳輸速度快，為避免傳輸速度快而產(chǎn)生的錯碼概率，而增加了循環(huán)校驗碼CRC，并可以讀取編碼器內(nèi)部的工作壽命、工作溫度、光學(xué)讀頭可靠性等信息，這類編碼器目前都是連接其的接口，成本較高，主要在高速運動控制中使用。

推薦的SSI值編碼器型號：GAS60 R13 E10 SGB----13位單圈SSI輸出

GAX60 R13/12 E10 SGB----25位多圈（13+12）SSI輸出

推薦的SSI信號轉(zhuǎn)換器型號：GP1312SP----25位SSI轉(zhuǎn)換并行推挽式輸出

GP1312RL/EH----SSI信號轉(zhuǎn)換4—20mA并RS485信號輸出

三．異步串行信號：指令與數(shù)據(jù)分時間問和答，接口是雙工的。典型的有RS485接口，只需兩個線，傳輸距離遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)內(nèi)容即可以是編碼器的位置值，也可以是根據(jù)指令要求的其他內(nèi)容，如加上每個編碼器不同的地址，可以多個編碼器共用傳輸電纜和后續(xù)接收，這種形式稱為現(xiàn)場總線型。

常用的異步串行接口有RS485（自由協(xié)議）、Profibus-DP（西門子）、Can open、modbus、DeviceNet等，其連接的后續(xù)設(shè)備接口應(yīng)選對應(yīng)的物理接口，而數(shù)據(jù)形式往往會有一個文件包（軟件），如Profibus-DP有一個GSD文件。

這類編碼器的特點是可多點連接控制，雖然編碼器的成本與SSI比略高，但連接電纜后續(xù)設(shè)備接口可以大大節(jié)省而成本較低了，但這類編碼器相比較而言，其數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣染秃茈y提高了。

推薦的值編碼器：GAM60 R13 E10 R4B----RS485輸出

GAS60 R13 E10 RCA---Can open輸出

GAX60 R13/12 E10 RMB----值真多圈modbus輸出

四．4—20mA模擬信號轉(zhuǎn)換輸出：值編碼器內(nèi)置智能化嵌入技術(shù)和模擬后端電路，將內(nèi)部的數(shù)字化信號計算轉(zhuǎn)換為模擬電流4—20mA或模擬電壓0—5V輸出。值編碼器的輸出形式多樣，對應(yīng)的后續(xù)設(shè)備選擇帶來了困難，而且采集的信號還要再次解碼換算，相比較而言，傳統(tǒng)的傳感器模擬信號輸出更加普及使用方便，為滿足不熟悉值編碼器輸出信號的新手，使用直接模擬信號輸出的值編碼器，也是zui方便的選擇。

Easypro技術(shù)—內(nèi)置的智能化嵌入技術(shù)，可將編碼器的旋轉(zhuǎn)方向，每轉(zhuǎn)對應(yīng)角度或長度，編碼器安裝置位零點，編碼器工作輸出的起始點與終點（4mA對應(yīng)值、20mA對應(yīng)值），在編碼器初始化時設(shè)定，這樣，4—20mA或0—5V的輸出，可以直接對應(yīng)工作量程起始至終點的輸出，而無需另外解碼換算，特別適合值編碼器初用者，同時，絕大部分的后續(xù)設(shè)備都可以找到這樣的接口，可以大大節(jié)省器件成本和調(diào)試維護(hù)成本。

推薦的值編碼器：GAM60 R13 E10 LB 直接4-20mA模擬電流輸出，Easypro功能。

GAX60 R13/12 E10 LB 值真多圈4—20mA輸出，工作量程1圈—4096圈可設(shè)定。

五．值編碼器的信號轉(zhuǎn)換器

對于各種值編碼器的信號，由于用戶的不熟悉，或手上的后續(xù)設(shè)備不匹配，可以選用值編碼器的信號轉(zhuǎn)換器（轉(zhuǎn)換儀表），將編碼器信號轉(zhuǎn)換連接，一般的轉(zhuǎn)換如下：

并行格雷碼—RS485

SSI—并行格雷碼

SSI—RS485

SSI—4—20mA

SSI—Profibus-DP

SSI—Can open

EnDat—RS485

例1，過去有用戶習(xí)慣使用并行輸出，直接連接PLC的開關(guān)I/O，對于值多圈編碼器，電纜線數(shù)20多芯，電纜成本高，連接可靠性低，且編碼器極易損壞（大連某廠使用德國某品牌值多圈并行輸出編碼器，三年損壞幾率近50%），如選用SSI輸出編碼器，傳輸至PLC再轉(zhuǎn)換為并行，可解決傳輸、可靠、供貨周期、成本等諸多問題，且不影響原來的后續(xù)電氣設(shè)備連接。

例2，對于新型的現(xiàn)場總線信號Can open和profibus-DP，這種信號的值編碼器的成本高，選型面小，交貨周期長，且編碼器與接線盒防水難以處理，而選擇SSI轉(zhuǎn)換盒的形式，就可以選用成本較低、通用而交貨周期短、防水性能好的SSI編碼器了.

上海精浦機電已經(jīng)成功推出了這樣的信號轉(zhuǎn)換器，便于用戶更加方便的選用值編碼器。

值編碼器在選用時，與增量編碼器zui大的不同就是其輸出信號*不同，一定要很好地了解清楚再使用，如無把握，購買值編碼器時，就要選擇專業(yè)的有經(jīng)驗的供應(yīng)商，而避免選型使用的不當(dāng)，而沒有發(fā)揮出值編碼器可靠的特點。

上海精浦機電有限公司的技術(shù)人員，有十年的值編碼器的銷售、應(yīng)用經(jīng)驗，十年中專心并專業(yè)于值編碼器，并成功開發(fā)了值編碼器的信號轉(zhuǎn)換、顯示器，zui近幾年，更是與國外多家公司合作，在*先批量規(guī)?；a(chǎn)值編碼器、值真多圈編碼器、值磁電編碼器，打破了有些產(chǎn)品國外的壟斷，有些技術(shù)甚至達(dá)到，大大降低了國內(nèi)客戶值編碼器的使用成本，是用戶選擇應(yīng)用值編碼器、開發(fā)自主產(chǎn)品的*合作伙伴。

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