該文章轉(zhuǎn)自公眾號(hào)AQ編碼

增量編碼器的信號(hào)只有2位AB相，用兩根信號(hào)線可以輕松上傳。但是2位的信息內(nèi)容太少，而且必須不斷的在線上計(jì)數(shù)，線上負(fù)擔(dān)太重，根本不適合現(xiàn)代技術(shù)上傳信息。

值編碼器具有天然的數(shù)字化，隨時(shí)可上傳，或者在線等待，隨時(shí)可調(diào)用值的位置傳感數(shù)據(jù)的特征，是IT與OT技術(shù)融合中數(shù)字上傳的一個(gè)典型標(biāo)本。

可是，值編碼器信號(hào)有多少種呢？

*類：模擬量信號(hào)

1， SinCos正余弦信號(hào)

正余弦信號(hào)sincos是原始的值編碼器信號(hào)，光學(xué)編碼器的光通量的變化，磁電編碼器磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化、旋轉(zhuǎn)變壓器對(duì)勵(lì)磁高頻信號(hào)包絡(luò)線的強(qiáng)度變化等等，都是以正余弦的信號(hào)形式輸出，在一個(gè)周期內(nèi)的正交的sincos模擬信號(hào)提供一個(gè)較為粗略的值位置信息。

2， 線性4—20mA

以電流的模擬量大小對(duì)應(yīng)一個(gè)長(zhǎng)度變化的線性關(guān)系，或者一個(gè)角度范圍的線性關(guān)系，注意不可360度循環(huán)測(cè)量，只可在測(cè)量范圍內(nèi)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)測(cè)量。

例如4mA對(duì)應(yīng)0度，20mA對(duì)應(yīng)180度，測(cè)量范圍為0——180度的往復(fù)間。

3， 智能Easypro 4—20mA*

主要適用與值多圈編碼器的模擬電流輸出，由于常用的值多圈編碼器有4096圈，而實(shí)際使用沒(méi)有這么多圈數(shù)，Easypro智能軟件界面提供一個(gè)設(shè)置窗口，供用戶設(shè)定4mA對(duì)應(yīng)位置，20mA對(duì)應(yīng)位置。例如一個(gè)100圈的多圈測(cè)量范圍，可以設(shè)定4 mA對(duì)應(yīng)0，20mA對(duì)應(yīng)100圈。

4—20mA信號(hào)是標(biāo)準(zhǔn)的傳感器信號(hào)，各種PLC與儀器儀表都能找到這個(gè)輸入接口，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)也極為簡(jiǎn)單，普通電工與萬(wàn)用表即可完成現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)檢查。Easypro軟件還可設(shè)置對(duì)應(yīng)測(cè)量1---4096圈可編程范圍。因此，代號(hào)9600的Easypro模擬量 4—20mA信號(hào)輸出的編碼器是中國(guó)國(guó)內(nèi)應(yīng)用范圍較廣泛的多圈值編碼器。

第二類：并行信號(hào)

4， 并行信號(hào)*

是指值編碼器的每一位數(shù)單獨(dú)走一根線輸出，例如8位信號(hào)就要8根線，16位信號(hào)就要走16根線。8位的編碼器信號(hào)接收端也需要8個(gè)接收端口一一對(duì)應(yīng)。這是實(shí)時(shí)化的輸出信號(hào)，但是需要信號(hào)線纜資源與接收單元端口的支持，在值編碼器位數(shù)越來(lái)越高，各種使用越來(lái)越多的場(chǎng)合下，這種并行信號(hào)輸出已漸漸少用了。

注意并行信號(hào)根據(jù)編碼形式有格雷碼、格雷余碼之分，有正邏輯、負(fù)邏輯（NPN）之分。

5， 省線式并行。

省線式并行信號(hào)，是將并行信號(hào)根據(jù)高低位分成2組，每2個(gè)位數(shù)的信號(hào)共用一根信號(hào)線，并有一根高低位讀取選擇線，當(dāng)高位選擇允許時(shí)，線上傳輸?shù)氖歉呶唤M信號(hào)，當(dāng)?shù)臀贿x擇允許時(shí)，線上傳輸?shù)氖堑臀唤M信號(hào)。

并行傳輸是實(shí)時(shí)性的傳輸方式，但是對(duì)線上資源的占用浪費(fèi)很嚴(yán)重。

于是就有了串行信號(hào)傳輸。

第三類：串行信號(hào)

串行是在同一根（或一對(duì)）信號(hào)線上傳輸編碼器的多位信號(hào)，以時(shí)間的先后和約定，逐次在這對(duì)信號(hào)線上輸出各個(gè)位數(shù)值，稱為串行輸出方式。串行信號(hào)與并行相比，犧牲了傳輸實(shí)時(shí)性，所有的串行信號(hào)（包括后來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)總線與以太網(wǎng)）都有延時(shí)的問(wèn)題。

串行時(shí)間每個(gè)bit的傳輸速率很有講究，頻率快了衰減會(huì)嚴(yán)重，傳輸距離有限，并容易被干擾或者前后數(shù)據(jù)追尾沖突；慢了穩(wěn)定性好，當(dāng)然也就會(huì)明顯延時(shí)。串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)南群笤趺醇s定，是在同一對(duì)信號(hào)線上的各個(gè)位數(shù)，怎么保證不會(huì)認(rèn)錯(cuò)位數(shù)，前后數(shù)據(jù)傳輸會(huì)不會(huì)撞車沖突？錯(cuò)誤如何校驗(yàn)檢出？于是，串行開(kāi)始就有了很多種接口類型。

串行時(shí)代的大超市開(kāi)張了，大生意來(lái)了。

并由此牽出了現(xiàn)場(chǎng)總線、以太網(wǎng)、TSN的一大片好買賣來(lái)。

有道是渾水好摸魚，亂世出梟雄。                                          

6，SSI*

SSI稱為同步串行界面，是較早先有德國(guó)ＳＴＥＧＭＡＮＮ編碼器推出的一種基本的串行信號(hào)模式，所謂的同步是由時(shí)鐘信號(hào)觸發(fā)數(shù)據(jù)傳輸，每一個(gè)時(shí)鐘脈沖對(duì)應(yīng)一位數(shù)據(jù)，在接收單元以時(shí)鐘同步來(lái)識(shí)別數(shù)據(jù)位解碼。

工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的SSI是有一對(duì)RS422通訊芯片組成，在接收端發(fā)送時(shí)鐘，時(shí)鐘頻率為100KHz到2MHz，從時(shí)鐘脈沖開(kāi)始到結(jié)束，數(shù)據(jù)由高位（MSB）到低位（LSB）按時(shí)鐘脈寬同步節(jié)奏傳輸。如上圖。SSI同步串行信號(hào)線是時(shí)鐘兩根線，數(shù)據(jù)兩根線，電源兩根線，總共6根線。

SSI信號(hào)的值編碼器是早進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的串行信號(hào)編碼器，1997年在黃河小浪底水閘的雙油缸同步糾偏提升，是SSI多圈值編碼器成功應(yīng)用的典型案例。其后1999年在廣東飛來(lái)峽水利樞紐、2001年三峽水利樞紐、以及2000年前后的寶鋼濟(jì)鋼等鋼鐵廠自動(dòng)化改造項(xiàng)目的大量成功應(yīng)用，奠定了SSI多圈值編碼器在中國(guó)的使用廣泛性。包括國(guó)產(chǎn)化的代號(hào)9660SSI編碼器已經(jīng)有大規(guī)模的應(yīng)用。

某些人說(shuō)ＳＳＩ是ＳＩＣＫ公司發(fā)明的，這個(gè)是不對(duì)的。１９９７年我在中國(guó)市場(chǎng)推廣使用ＳＳＩ值多圈編碼器時(shí)，當(dāng)時(shí)的ＳＩＣＫ公司名下還沒(méi)有編碼器產(chǎn)品呢。ＳＩＣＫ直到幾年以后才合并收購(gòu)了ＳＴＥＧＭＡＮＮ。而１９９７年時(shí)ＳＳｉ早已是公開(kāi)技術(shù)沒(méi)有限制了。這只是一段光榮歷史屬于已經(jīng)消失的ＳＴＥＧＭＡＮＮ。

7，SPI

SPI是5線制的“同步串行信號(hào)”，其由觸發(fā)信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)3根線傳輸，為TTL單邊物理對(duì)電源0V，加上電源兩根線，是5線制的。SPI信號(hào)是芯片級(jí)短距離信號(hào)，TTL信號(hào)較弱抗干擾較差，一般只適合在電路板上傳輸，不適合離板。但有芯片廠商為推廣也把SPI信號(hào)叫成了“SSI”，以至于誤導(dǎo)了有的人的，將此SPI與工業(yè)級(jí)別的SSI混淆了。

8，SSI+SinCos

SSI信號(hào)的傳輸是串行的，而在伺服控制中對(duì)于加速度環(huán)控制的敏感性，要求分辨率高實(shí)時(shí)性要快，為此，有的編碼器在輸出SSI信號(hào)的同時(shí)，還附加了增量的sincos信號(hào)，以供接收單元快速接收并細(xì)分。這類信號(hào)主要用于伺服電機(jī)。

SSI串行信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單開(kāi)放低成本，但是缺點(diǎn)也是比較明顯的——同步時(shí)差會(huì)隨著時(shí)鐘頻率、電纜長(zhǎng)度、信號(hào)衰減與被干擾而受到影響，一旦同步錯(cuò)位，將會(huì)有后面一串的數(shù)據(jù)都錯(cuò)開(kāi)一位而發(fā)生解碼后數(shù)據(jù)的跳變。如何控制或者檢出這種同步錯(cuò)位的發(fā)生，是各家編碼器廠家和SSI接收器廠家的看家本領(lǐng)，并沒(méi)有完整的公開(kāi)。

為此有了SSI的改進(jìn)版，Endat和Biss

9，Endat2.1

EnDat2.1是著名的德國(guó)編碼器品牌海德漢公司推出的一種同步串行信號(hào)，是SSI+sincos的專業(yè)提高班，或者是改進(jìn)版。

Endat2.1相較于SSI有了幾點(diǎn)改進(jìn)突破：

a,增加了CRC校驗(yàn)，防止數(shù)據(jù)錯(cuò)位出錯(cuò)。

b,時(shí)鐘信號(hào)增加了指令組，當(dāng)通電時(shí)首先傳輸?shù)氖侵噶罱M，編碼器根據(jù)指令選擇是輸出數(shù)據(jù)，還是寫入電子標(biāo)簽和電機(jī)參數(shù)（偏置旋轉(zhuǎn)的零點(diǎn)位置）。在確認(rèn)功能后再開(kāi)始時(shí)鐘信號(hào)，觸發(fā)數(shù)據(jù)Date傳輸數(shù)據(jù)。

c,Date改為雙向的RS485，既可以往外發(fā)送編碼器位置信號(hào)，也可以按指令發(fā)送其他信號(hào)，也可以由接收單元向編碼器寫入電子標(biāo)簽并保存設(shè)置參數(shù)與偏置零點(diǎn)。

d,開(kāi)機(jī)通電后，會(huì)有一個(gè)時(shí)鐘對(duì)位信號(hào)，檢測(cè)計(jì)算這時(shí)編碼器通過(guò)傳輸線到接收單元在當(dāng)前頻率下的延時(shí)，便于接收單元做同步時(shí)差補(bǔ)償?；蛟S這是早出現(xiàn)的“TSN” (時(shí)間敏感信號(hào))的概念。

10，Endat2.2

Endat2.2的進(jìn)步，在于德國(guó)海德漢光學(xué)硬件的提高和處理芯片的快速，將原有的sincos細(xì)分直接在編碼器內(nèi)部做好了，疊加到原有的值編碼中去，可直接輸出高分辨率的串行數(shù)據(jù)，并以更高的傳輸速率8MHz輸出，省去了SINCOS對(duì)外的輸出，省掉了4根線。

11，Biss-B，Biss-C

幾乎在海德漢Endat的同時(shí)，另有一些編碼器廠家結(jié)盟，共同推出了Biss，大致物理上的協(xié)議上的與Ｅｎｄａｔ相似度頗高。

12，hiperface

Hiperface是ＳｔｅｇＭａｎｎ的另一項(xiàng)串行技術(shù)（這一部分知識(shí)產(chǎn)權(quán)隨著ＳＩＣＫ公司的收購(gòu)而繼承），它是Ｅｎｄａｔ２．１同時(shí)代的技術(shù)，只是更狠心一點(diǎn)把時(shí)鐘線都拿掉了，只剩下ＲＳ４８５與SINCOS。在通電時(shí)讀?。遥樱矗福担p向，也可向編碼器寫入），在編碼器旋轉(zhuǎn)后使用ｓｉｎｃｏｓ信號(hào)細(xì)分的增量信號(hào)，通電后先值信號(hào)找到值的位置，然后用增量正余弦信號(hào)細(xì)分工作。

第四類：現(xiàn)場(chǎng)總線（RS485）信號(hào)

13，HART

ＨＡＲＴ是傳感器信號(hào)從模擬量向數(shù)字量的過(guò)渡技術(shù)。由于儀器儀表傳感器大量是４――２０ｍＡ信號(hào)，２５年前當(dāng)數(shù)字化時(shí)代來(lái)了之后，需要既能兼顧傳統(tǒng)的模擬量又能傳輸數(shù)字量的一種新技術(shù)，于是ＨＡＲＴ應(yīng)運(yùn)而生。ＨＡＲＴ這個(gè)詞很生動(dòng)——心跳。意味著信號(hào)電纜上即可以傳輸血流（電流）又可以傳輸心跳（數(shù)字載波），ＨＡＲＴ是把數(shù)字信號(hào)通過(guò)編碼載波技術(shù)疊加在電流信號(hào)上，在接收端在通過(guò)拆包解碼，將數(shù)字信號(hào)分離出來(lái)。如果ＨＡＲＴ信號(hào)不做分離，同樣可以當(dāng)作４――２０ｍＡ模擬量電流信號(hào)接收，兼顧了原有的老的接收儀表。

由于值編碼器用Ａｎａｌｏｇ信號(hào)的不多，ＨＡＲＴ信號(hào)在值編碼器上很少見(jiàn)。

14，ASI

如果說(shuō)HART是模擬量傳感器向數(shù)字量的過(guò)渡，那么ASI是接近開(kāi)關(guān)光電開(kāi)關(guān)類傳感器向數(shù)字串行的過(guò)渡，對(duì)于ASI編碼器而言，是串行信號(hào)加上地址，可以和接近開(kāi)關(guān)光電開(kāi)關(guān)跑一條ASI線。例如一個(gè)１３位的值編碼器就相當(dāng)于１３個(gè)ＡＳＩ光電開(kāi)關(guān)。

15，RS232

隨著早期的ＰＣ機(jī)進(jìn)入工業(yè)自動(dòng)化控制，ＰＣ上的ＲＳ２３２接口留給值編碼器可以傳輸信號(hào)進(jìn)ＰＣ。

16，RS485自由規(guī)約

但是在工業(yè)上ＲＳ２３２信號(hào)的傳輸特性不如ＲＳ４８５信號(hào)，RS485只是物理接線方式，其中的通訊規(guī)約各家都有自己的主張，在沒(méi)有形成標(biāo)準(zhǔn)前稱為自由規(guī)約。在獲得廣泛使用并大眾認(rèn)可后可形成標(biāo)準(zhǔn)。于是大量的基于ＲＳ４８５物理基礎(chǔ)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生了。

通訊傳輸評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)的不是bps速率，而是以下三個(gè)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)：

準(zhǔn)確率與容錯(cuò)性、發(fā)送數(shù)據(jù)量、準(zhǔn)確信息傳輸時(shí)間。

傳輸?shù)闹饕獛追N結(jié)構(gòu):

開(kāi)放系統(tǒng)互連OSI參考模型七層次：

異步與同步：

主站線上時(shí)間與從站線上時(shí)間的分時(shí)段，異步(半雙工) 。

主站與從站的同步性（準(zhǔn)同步）占線，或從站與從站的同步性（準(zhǔn)同步性占線）

例如SSI是時(shí)鐘（主站發(fā)送）與數(shù)據(jù)（從站發(fā)送）的同步(全雙工)。

而RS485異步，是主站分地址發(fā)送指令，從站按地址發(fā)送數(shù)據(jù)的分開(kāi)時(shí)間的異步在線。

串行處理與并行處理：

一個(gè)事做完了再做下一個(gè)事，串行。

同時(shí)做幾件事，然后同步對(duì)接，并行。

并行計(jì)算更快，技術(shù)更先進(jìn)，但是其中就必須要有“算法”策略。

例如機(jī)器人從串行運(yùn)算到并行運(yùn)算，發(fā)展了很多年，現(xiàn)在機(jī)器人的各軸已是并行算法。

檢錯(cuò)與容錯(cuò)：

有干擾、有不確定的延時(shí)，錯(cuò)誤就必然會(huì)發(fā)生。線上必須要有檢查錯(cuò)誤并糾正、處理。

允許線上有一定的錯(cuò)誤存在的寬容度，容錯(cuò)性。容錯(cuò)性是決定一個(gè)總線是否更加實(shí)用的重要因素。

沖突與仲裁：

兩組或兩組以上數(shù)據(jù)占線前后時(shí)間發(fā)生沖突，同時(shí)搶占了在線時(shí)間。由仲裁機(jī)制判斷哪一個(gè)先發(fā)送，哪幾個(gè)退后發(fā)送。哪些節(jié)點(diǎn)關(guān)閉，哪些錯(cuò)誤報(bào)警停線。

沖突對(duì)于一個(gè)個(gè)從站是或然事件，但對(duì)于一個(gè)總線是必然事件。仲裁機(jī)制快慢與數(shù)據(jù)和節(jié)點(diǎn)的取舍判斷是判斷總線實(shí)用性的另一個(gè)重要因素。

17，Modbus RTU編碼器

Modbus通信協(xié)議由Modicon公司（Modicon為PLC發(fā)明者，現(xiàn)為施耐德公司并購(gòu)，大公司出場(chǎng)了）于1979年發(fā)明的。由于其免費(fèi)公開(kāi)發(fā)行發(fā)展了近四十年，是目前成本低的總線標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。Modbus通信協(xié)議采用的是主從通信異步模式（即Master/Slave通信模式)，其在分散控制方面應(yīng)用極其廣泛，從而使得Modbus協(xié)議在得到了廣泛的應(yīng)用。中國(guó)也已將modbus通訊協(xié)議制定了國(guó)標(biāo)。

Modbus通信協(xié)議具有多個(gè)變種，其中著名的是Modbus RTU,Modbus ASCII和Modbus TCP三種。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)一般都是采用Modbus RTU協(xié)議。在中國(guó)的工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，已有大量經(jīng)濟(jì)型PLC幾乎都有RS485的通訊接口，并內(nèi)置了modbus RTU通訊協(xié)議。因此，Modbus RTU編碼器可以獲得多的PLC的支持。缺點(diǎn)是因?yàn)槭侵鲝漠惒侥Ｊ?，而且?979年那么老的技術(shù)，modbus突出的缺點(diǎn)就是慢。

在中國(guó)市場(chǎng),由于經(jīng)濟(jì)型PLC都已經(jīng)有RS485通訊口，并大部分內(nèi)置了modbus RTU協(xié)議，因此，在不涉及運(yùn)動(dòng)控制高速要求的場(chǎng)合下，用modbusRTU值編碼器很受歡迎，體現(xiàn)了modbus強(qiáng)大的生命力。例如西門子S7-200smart、日系PLC、國(guó)產(chǎn)PLC的通訊口與modbus RTU值編碼器連接的大量應(yīng)用。

18，Canbus

CAN協(xié)議（Conroller AreaNetwork Protocol）為Robert Bosch公司開(kāi)發(fā)（1982年），初應(yīng)用于汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的通訊。CANBUS的思維是認(rèn)可了網(wǎng)絡(luò)上干擾、延時(shí)和沖突是必然存在，網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)平等競(jìng)爭(zhēng)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)仲裁機(jī)制優(yōu)化，無(wú)所謂主從。CAN通訊具有嚴(yán)格的錯(cuò)誤檢測(cè)機(jī)制、高傳輸速率，兼低成本、易于實(shí)施，特別適合節(jié)點(diǎn)之間關(guān)鍵數(shù)據(jù)傳輸?shù)男⌒颓度胧骄W(wǎng)絡(luò)通訊； CAN總線上基于CanH和CanL的邏輯電平，幀數(shù)據(jù)在總線上傳送時(shí)，其它的CAN控制器是通過(guò)驗(yàn)收濾波來(lái)決定總線上的數(shù)據(jù)幀的ID是否和本節(jié)點(diǎn)相吻合，如果與本節(jié)點(diǎn)吻合，那么總線上的數(shù)據(jù)就被存入總線控制器的相應(yīng)寄存器里，否則就拋棄該數(shù)據(jù)，從而也能夠減輕總線控制器的工作量。換句話說(shuō)，總線上Canbus就相當(dāng)于一種廣播式的方式發(fā)送，一個(gè)發(fā)送，所有的都可以接收，因此，盡管Canbus的bps速率只有1MHz，但是它的傳輸仍然是很快的。另外，由于設(shè)置的bps較低，容錯(cuò)性高，Canbus的數(shù)據(jù)傳輸可靠性也很高。

19，Canopen、DeviceNet、Can2.0

Canbus根據(jù)行業(yè)應(yīng)用的不同，繼續(xù)發(fā)展出Can2.0、Canopen、DeviceNet等多種更高層定義的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

Canopen為CiA協(xié)會(huì)組織制定的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，選用Canopen編碼器需要確認(rèn)其CiA會(huì)員身份。（我們是CiA在中國(guó)的*家編碼器會(huì)員)。Canopen編碼器主要用于運(yùn)動(dòng)控制場(chǎng)合，不過(guò)歐洲一些公司卻又把CANopen運(yùn)用于醫(yī)療設(shè)備，工程車輛、航海等其它領(lǐng)域。

DeviceNet是專門針對(duì)中大型工業(yè)自動(dòng)化及過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)而開(kāi)發(fā)。

在中國(guó)市場(chǎng)上，Can2.0編碼器用于一些自行設(shè)計(jì)的項(xiàng)目，目前已有國(guó)產(chǎn)PLC具有這個(gè)總線接口。Canopen編碼器較多用于工程機(jī)械與起重自動(dòng)化，由于其bps速率不高（在工程機(jī)械和起重行業(yè)可以設(shè)定在250KHz較低的頻率段），對(duì)于工程機(jī)械、起重機(jī)械的接地要求也不太高，容錯(cuò)性抗干擾很好，因此在工程機(jī)械、起重機(jī)械市場(chǎng)很實(shí)用。

Canopen編碼器也用于伺服運(yùn)動(dòng)控制，主要作為輔助編碼器提供多軸值位置的同步位置信號(hào)。

20，Profibus-DP

PROFIBUS是過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線（Process Field Bus ）的縮寫，于1989年正式成為現(xiàn)場(chǎng)總線的標(biāo)準(zhǔn)。由以 西門子 公司為主的十多家工業(yè)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合推出，西門子作為自動(dòng)化行業(yè)老大的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線終于出場(chǎng)，起的名字也很專業(yè)（Professional Bus）,根據(jù)各種應(yīng)用要專業(yè)分工，因此它分了三個(gè)兼容部分，即PROFIBUS－DP，PROFIBUS－PA．PROFIBUS-FMS 。其中PROFIBUS－DP應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)級(jí)，編碼器屬于在這一級(jí)。每一個(gè)Profibus-DP值編碼器都要有個(gè)“GSD”文件，用來(lái)描述Profibus-DP設(shè)備的特性參數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)化的GSD數(shù)據(jù)將通信擴(kuò)大到操作人員控制一級(jí)，使用基于GSD的組態(tài)工具可將不同廠商生產(chǎn)的設(shè)備集成在一個(gè)總線系統(tǒng)中。

Profibus-DP值編碼器很早就進(jìn)入了中國(guó)市場(chǎng)，1999年我在上海APEC會(huì)場(chǎng)外的外灘吳淞路水閘自控項(xiàng)目中，需要在系統(tǒng)中接入值編碼器，當(dāng)時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)選定的三菱PLC上發(fā)現(xiàn)有profibus-DP接口，于是*選用了Profibus－DP值多圈編碼器，做17個(gè)閘門的聯(lián)網(wǎng)聯(lián)動(dòng)自動(dòng)化控制。同年在廣東水利樞紐飛來(lái)峽船閘項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)了上下閘首100多米距離（布線電纜400多米）的8個(gè)值編碼器的聯(lián)網(wǎng)與同步控制，也是用Profibus-DP與西門子s7-400相聯(lián)，該項(xiàng)目為三峽船閘的前期實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，對(duì)后來(lái)三峽的設(shè)計(jì)定下了編碼器選型基調(diào)。（后三峽項(xiàng)目設(shè)計(jì)部分用了S7-300與SM338模塊，連接SSI值多圈編碼器，部分用S7-400直接與profibus-DP編碼器連接。）

在中國(guó)市場(chǎng)，profibus-DP 值編碼器被選用到港口機(jī)械（ZPMC）、鋼鐵廠（寶鋼）、起重項(xiàng)目及三峽飛來(lái)峽千島湖富春江等水閘自動(dòng)化控制的應(yīng)用。“Professional Bus”對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)電氣EMC和現(xiàn)場(chǎng)工程師也有很高的Professional（專業(yè)）要求，否則就會(huì)玩不轉(zhuǎn)。

Profibus-DP值編碼器需要有加入PI協(xié)會(huì)（需每年繳納會(huì)費(fèi)），獲得授權(quán)的ID號(hào)，并有注冊(cè)商標(biāo)LOGO的GSD文件。編碼器產(chǎn)品的通訊部分需經(jīng)過(guò)的profibus實(shí)驗(yàn)室測(cè)試認(rèn)證（收費(fèi)）。上述工作各種投入我們都早已完成，希望profibus-DP的生命力能比modbus RTU更強(qiáng)更久。

21，CC-link

CC-link的總線為日系三菱公司為主推出，由于值多圈編碼器基本上由歐系廠家出現(xiàn)在中國(guó)市場(chǎng)，CC-link的值編碼器目前還沒(méi)有在中國(guó)市場(chǎng)看到。

22，RS485主動(dòng)廣播式

RS485主動(dòng)廣播式是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的高速通訊，以伺服電機(jī)編碼器與伺服控制器之間約定的廠家協(xié)議，在日系值編碼器上使用。

第五類：以太網(wǎng)

互聯(lián)網(wǎng)大時(shí)代，以太網(wǎng)粉墨登場(chǎng)。

以太網(wǎng)在互聯(lián)網(wǎng)的巨大成功，也引起了工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)的關(guān)注，并迅速引用了以太網(wǎng)技術(shù)。

以太網(wǎng)是當(dāng)今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的較廣泛的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。以太網(wǎng)絡(luò)使用CSMA/CD（載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)及沖突檢測(cè)）技術(shù)，目前通常使用雙絞線（UTP線纜）進(jìn)行組網(wǎng)。包括標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)(10Mbit/s)、快速以太網(wǎng)(100Mbit/s)、千兆網(wǎng)(1Gbit/s)和10G（10Gbit/s）以太網(wǎng)。它們都符合IEEE802.3。

什么是“載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)及沖突技術(shù)”？說(shuō)白了就是同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上有那么多節(jié)點(diǎn)又要快, 又多又快的忙中出錯(cuò)與沖突變成了常態(tài)。以太網(wǎng)思維是將“出錯(cuò)”和“沖突”當(dāng)成了家常便飯，快速中數(shù)據(jù)出錯(cuò)與各節(jié)點(diǎn)沖突的矛盾必然發(fā)生。以太網(wǎng)認(rèn)可了這種混亂與沖突是必然會(huì)有的，以快速又高容錯(cuò)性的設(shè)計(jì)，所有設(shè)備都掛在一個(gè)通訊電纜上（雙絞線或同軸），在搶話筒的高度快速混亂下的競(jìng)爭(zhēng)搶答與沖突仲裁，經(jīng)仲裁有優(yōu)先權(quán)的設(shè)備獲得發(fā)言在線上廣播，所有其它設(shè)備都可以監(jiān)聽(tīng)，但是只有尋址對(duì)頭的那個(gè)設(shè)備下載信息。這種傳輸相當(dāng)于廣播找人，是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)全雙工的。

這樣的好處是高速，所有設(shè)備處于同步發(fā)信的預(yù)備狀態(tài)和同步接收狀態(tài)，是全雙工的。傳輸時(shí)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的時(shí)間上處于低延時(shí)。同時(shí)，隨著微電子技術(shù)芯片的高速發(fā)展，以太網(wǎng)芯片計(jì)算處理已實(shí)現(xiàn)了多任務(wù)多路并行處理，對(duì)于這種高速的多路的處理與判斷可以用并行算法而成倍提高計(jì)算速度。例如FPGA芯片，甚至x86芯片，處理速度*。同步全雙工、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、并行計(jì)算處理這些快速特點(diǎn)確定了以太網(wǎng)的高速性。

以太網(wǎng)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，是數(shù)據(jù)可靠安全性。由于同時(shí)要處理網(wǎng)絡(luò)上大量節(jié)點(diǎn)的信息的技術(shù)發(fā)展的要求，以太網(wǎng)通訊機(jī)制從設(shè)計(jì)就對(duì)于數(shù)據(jù)的檢錯(cuò)、高容錯(cuò)性和仲裁優(yōu)化，使得數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃员瓤偩€時(shí)代高。

 以太網(wǎng)再一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是廣泛性使用的低成本。互聯(lián)網(wǎng)的大量應(yīng)用使得硬件成本的大幅度下降，隨著摩爾定律這些高速芯片和其它以太網(wǎng)器件已經(jīng)下降達(dá)到民用接受的價(jià)格。由于成本的下降，有更多的人群使用以太網(wǎng)傳輸建立的互聯(lián)網(wǎng)，又反過(guò)來(lái)促進(jìn)了以太網(wǎng)技術(shù)的不斷再提高。

互聯(lián)網(wǎng)精神：廣泛互聯(lián)的、可低成本使用的、可共享的精神。如果沒(méi)有互聯(lián)網(wǎng)低成本互聯(lián)共享精神，就難獲底層數(shù)據(jù)源頭的支持和終端使用者的切身好處，頂多也是由粉絲追捧的現(xiàn)場(chǎng)總線的以太網(wǎng)升級(jí)版，不可能成為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。

51，Modbus TCP

ModbusTCP是modbus RTU總線改動(dòng)幾個(gè)字節(jié)（加入TCP/IP），而直接運(yùn)用到了以太網(wǎng)技術(shù)。與modbus總線一樣，同樣是免費(fèi)開(kāi)放的成熟低成本的以太網(wǎng)。

ModbusTCP值編碼器的應(yīng)用目標(biāo)是遠(yuǎn)距離低成本的信息傳輸。尤其是可以直接實(shí)現(xiàn)光纖遠(yuǎn)距離通訊，又可避免了遠(yuǎn)程傳輸難以實(shí)現(xiàn)等電位的現(xiàn)場(chǎng)傳輸抗干擾問(wèn)題。目前有以太網(wǎng)接口的PLC都可以連接modbus TCP編碼器，例如西門子S7-1200和1500的以太網(wǎng)接口，都有內(nèi)置的modbus TCP通訊協(xié)議。

52，EtherNet/IP

美國(guó)羅克韋爾的以太網(wǎng)協(xié)議，其編碼器在中國(guó)市場(chǎng)很少見(jiàn)。

53，Powerlink

POWERLINK=Canopen+Ethernet，非常聰明的嫁接。鑒于Canopen在自動(dòng)化領(lǐng)域里的成熟廣闊應(yīng)用基礎(chǔ)，POWERLINK 融合了這兩項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，即擁有了Ethernet的高速、開(kāi)放性接口，以及Canopen在工業(yè)領(lǐng)域良好的SDO 和PDO 數(shù)據(jù)定義，在某種意義上說(shuō)POWER LINK就是Ethernet 上的Canopen，物理層、數(shù)據(jù)鏈路層使用了Ethernet介質(zhì)，而應(yīng)用層則保留了原有的SDO 和PDO對(duì)象字典的結(jié)構(gòu)，這樣的好處在于： POWERLINK 無(wú)需做較多的改動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)；保護(hù)原有投資的利益；開(kāi)放性的低成本接口，便于原有的Canopen技術(shù)員開(kāi)發(fā)；

POWERLINK值編碼器作為運(yùn)動(dòng)控制位置同步信息的輔助編碼器使用。例如提供變頻電機(jī)的值位置于伺服電機(jī)做多軸同步控制。

54，EtherCat

EtherCat（以太網(wǎng)控制自動(dòng)化技術(shù)）是一個(gè)用以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的開(kāi)放架構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳輸方式比Canopen更進(jìn)一步為高速服務(wù)。有一個(gè)或多個(gè)主站和多個(gè)從站構(gòu)成總線結(jié)構(gòu)（EtherCAT 系統(tǒng)多可容納65535個(gè)設(shè)備）。主站具有強(qiáng)大的并行運(yùn)算與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，可以將大量的運(yùn)算與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)放在主站，減輕從站負(fù)擔(dān)。

EtherCAT突破了其它以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包發(fā)送收取的方式，不必再像從前那樣在每個(gè)連接點(diǎn)接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，然后進(jìn)行解碼并復(fù)制為過(guò)程數(shù)據(jù)。當(dāng)幀通過(guò)每一個(gè)設(shè)備（包括底層端子設(shè)備）時(shí)，EtherCAT從站控制器讀取對(duì)于該設(shè)備十分重要的數(shù)據(jù)。同樣，輸入數(shù)據(jù)可以在報(bào)文通過(guò)時(shí)插入至報(bào)文中。在幀被傳遞 （僅被延遲幾位）過(guò)去的時(shí)候，從站會(huì)識(shí)別出相關(guān)命令，并進(jìn)行處理。此過(guò)程是在從站控制器中通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)的，因此與協(xié)議堆棧軟件的實(shí)時(shí)運(yùn)行系統(tǒng)或處理器性能無(wú)關(guān)。網(wǎng)段中的后一個(gè)EtherCAT從站將經(jīng)過(guò)充分處理的報(bào)文返回，這樣該報(bào)文就作為一個(gè)響應(yīng)報(bào)文由*個(gè)從站返回到主站。

EtherCat分布時(shí)鐘的精確校準(zhǔn)是同步的較有效解決方案，在某種程度上具備錯(cuò)誤延遲的容錯(cuò)性。在EtherCAT中，數(shù)據(jù)交換*基于純粹的硬件設(shè)備。由于通訊利用了邏輯環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)和全雙工快速以太網(wǎng)而又有實(shí)際環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，“主站時(shí)鐘”可以簡(jiǎn)單而精確地確定對(duì)每個(gè)“從站時(shí)鐘”的運(yùn)行補(bǔ)償，分布時(shí)鐘基于該值進(jìn)行調(diào)整，這意味著它可以在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)提供信號(hào)抖動(dòng)小于1微秒的、非常精確的時(shí)鐘基。高性能分布時(shí)鐘不僅用于同步，而且也可以提供多從站數(shù)據(jù)采集時(shí)本地時(shí)間的精確信息，被測(cè)量值可被分配以非常精確的時(shí)間戳。

——基于以太網(wǎng)的主從結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，強(qiáng)大的主站硬件支持，優(yōu)選數(shù)據(jù)全雙工高速傳遞，分布時(shí)鐘精確校準(zhǔn)。其特點(diǎn)適合用于運(yùn)動(dòng)控制，尤其是多軸同步控制。

    EtherCat值編碼器需加入ETG協(xié)會(huì)組織（免費(fèi)），編碼器需經(jīng)過(guò)EtherCat實(shí)驗(yàn)室通訊測(cè)試認(rèn)證。EtherCat值多圈編碼器較適合用于多軸同步的輔助編碼器，提供精確的值時(shí)間同步與值位置同步，例如伺服電機(jī)與變頻電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)的混合系統(tǒng)的多軸同步控制。國(guó)內(nèi)已有多家EtherCat總線型運(yùn)動(dòng)控制器，近的兩年普及很快。

55，Profinet( RT,IRT)

西門子及PI協(xié)會(huì)下的以太網(wǎng)協(xié)議。有RT和IRT之分，實(shí)時(shí)性要求高的需要用IRT，在德國(guó)工業(yè)4.0下如雷貫耳。西門子請(qǐng)了很多專家，要介紹這個(gè)還輪不到我。有西門子請(qǐng)的“磚家”給了我一個(gè)標(biāo)簽，我就是個(gè)賣編碼器的。我從1998年開(kāi)始賣編碼器給無(wú)數(shù)個(gè)西門子用戶，也為其他PLC用戶服務(wù)，賣了二十年編碼器了。我們的Profinet機(jī)械多圈值編碼器已經(jīng)拿到（西門子）的第三方實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)通過(guò)認(rèn)證證書。

需要提醒的是，現(xiàn)在中國(guó)市場(chǎng)發(fā)現(xiàn)有較多的Profinet編碼器是用韋根計(jì)數(shù)的電子多圈偽值的，成本與機(jī)械式真值多圈編碼器比要低很多。用戶采購(gòu)時(shí)要問(wèn)清楚，韋根計(jì)數(shù)的電子多圈編碼器不是值的編碼器。也許是目前來(lái)說(shuō)加上profinet接口成本太高了，成本壓力太大，有些廠家以電子多圈profinet的較低成本進(jìn)入了中國(guó)市場(chǎng)。。

ProfiNet值編碼器可以連接西門子S7-1200和S7-1500。可以做自動(dòng)化控制和多軸聯(lián)動(dòng)同步控制。已有很多案例。

56，CC-linkIE，SERCOS等，還沒(méi)有此類以太網(wǎng)信號(hào)編碼器在中國(guó)出現(xiàn)。

以下省略N種以太網(wǎng)。

第六類：無(wú)線通訊編碼器

60，藍(lán)牙、zigBEE、RFID數(shù)傳。無(wú)線通訊編碼器輸出是基于物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展提出的要求，主要是在旋轉(zhuǎn)云臺(tái)、導(dǎo)軌車上用的編碼器。在工業(yè)領(lǐng)域無(wú)線通訊編碼器運(yùn)用很少。目前常用的是一組modbus RTU編碼器通過(guò)RS485轉(zhuǎn)無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)的方式實(shí)現(xiàn)無(wú)線通訊。

第七類：CAM

71，電子凸輪開(kāi)關(guān)

值編碼器內(nèi)置計(jì)算芯片及可編程界面，可編程預(yù)設(shè)位置輸出開(kāi)關(guān)，以替換或模擬現(xiàn)場(chǎng)接近開(kāi)關(guān)組或凸輪開(kāi)關(guān)，也稱為智能I/O值編碼器。

第八類：?jiǎn)坞娎|

單電纜是將數(shù)字信號(hào)載波在編碼器的供電電源線纜上，僅僅只有電源線的“單電纜”。

81，DSL

DSL由Sick公司從hiperface發(fā)展而來(lái)。用于伺服編碼器的省線連接方案。伺服編碼器從SSI+sincos的十根線（RS422四線、sincos四線、電源2線）一路發(fā)展到只剩下電源兩根線。

FFAB分析：編碼器DSL技術(shù)的省線可以將伺服電機(jī)混亂的各種電源、信號(hào)線整合到少，現(xiàn)場(chǎng)好看。同時(shí)對(duì)于安全編碼器的要求，需要有冗余電源與冗余安全信號(hào)的傳輸，安全編碼器可以同時(shí)接出兩組線纜，一組為用戶現(xiàn)有的總線信號(hào)技術(shù)，另一組冗余的線纜可以由DSL承擔(dān)。

就本人的觀點(diǎn)，DSL較適合于安全編碼器的雙備冗余線之一。作為伺服編碼器單獨(dú)用DSL的話，省線并不省錢，因?yàn)橛袃啥说男酒伴_(kāi)發(fā)成本，及DSL長(zhǎng)期的現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)成本。

82，EtherCat SL

這是EtherCat的單電纜技術(shù)。同樣有可能將來(lái)在安全編碼器的冗余線上出現(xiàn)，中國(guó)市場(chǎng)還沒(méi)有看到。

值編碼器信號(hào)有這么多種，但實(shí)際真正普及用的多的只有4-20mA、modbus RTU、CANopen、并行、RS485、SSI、PROFINET、PROFIBUS-DP、EtherCAT等等