多種解決增量編碼器信號干擾的方法分享。

在自動控制應(yīng)用程序中，經(jīng)常會討論編碼器的干擾問題，關(guān)于消除干擾有各種各樣的話題。有人說使用了帶屏蔽的雙絞線，也有人說如何做好接地。我聽說最夸張的故事是在地板上撒鹽，甚至撒尿。。。



經(jīng)常在網(wǎng)上聽說絕對編碼器，所以有些網(wǎng)民在遇到來自增量編碼器的信號干擾問題時會找到西安德伍拓公司。甚至有些公司由于這個編碼器干擾的問題被廢棄了。

編碼器干擾問題首先是選擇問題。你不能只是迷信它是否是進(jìn)口品牌。選擇正確的編碼器是第一步。

選擇用所有金屬無螺紋封閉式外殼屏蔽的編碼器

靜電屏蔽編碼器信號干擾

靜電屏蔽是指以銅、鋁等導(dǎo)電性好的金屬為材料制作封閉的金屬外殼，將其與地線連接，將需要屏蔽的編碼器電路放入其中。外部干擾電場不會影響其內(nèi)部電路。相反，編碼器內(nèi)部電路產(chǎn)生的電信號無法逃逸以影響外部電路。

靜電屏蔽不僅可以防止靜電干擾，還可以防止交流電場干擾，所以很多儀器外殼都是用導(dǎo)電接地材料制成的。

作為一個金屬屏蔽殼，屏蔽必須完全包裹，盡量不要有尖銳的有棱角的零件或不同金屬材料的螺釘。金屬導(dǎo)體的銳角是“尖峰效應(yīng)”引起的電場失真的干擾吸收天線。同樣，不同材料的螺紋具有相同的邊點效應(yīng)，會因金屬的不同特性而引起干擾。編碼器外殼圓角角和無螺紋封裝技術(shù)的使用保證了最佳的金屬屏蔽。

低頻磁屏蔽編碼器信號干擾

低頻磁屏蔽是分離低頻磁場和固定磁場耦合干擾的有效技術(shù)手段。



流過電流的導(dǎo)線或線圈周圍有磁場，客觀存在的磁場可能會引起與信號線或檢測儀器儀器的磁場耦合干擾。為了避免磁場耦合干擾，必須使用磁透過性高的材料作為屏蔽層。這允許低頻干擾磁力線通過低磁阻磁屏蔽層，內(nèi)部電路保護(hù)低頻磁屏蔽層不受低頻磁場耦合干擾。例如，設(shè)備的鐵殼作為低頻磁屏蔽。外殼進(jìn)一步接地時，也可作為靜電屏蔽。

金屬鐵殼或編碼器較大的金屬鋁殼，可使外部磁干擾源遠(yuǎn)離內(nèi)部電源、傳感器和內(nèi)部MCU，吸收外部磁場變化的能量。全金屬屏蔽層吸收低頻磁振動能量，減少來自磁源的磁場干擾。

電磁屏蔽編碼器信號干擾

電磁屏蔽也是由導(dǎo)電性優(yōu)良的金屬材料制成的，圍繞保護(hù)電路的屏蔽罩和屏蔽箱等，形狀各種各樣。它屏蔽的干擾物體不是電場，而是高頻磁場（40KHz以上）。當(dāng)干擾源產(chǎn)生的高頻磁場碰到導(dǎo)電性好的電磁屏蔽層時，其外面會感應(yīng)出相同頻率的渦流，消耗高頻干擾能量屏蔽層內(nèi)的電路。電磁屏蔽對高頻的影響。

尖端效應(yīng)



盡可能使用電纜直接連接到接收端，減少信號傳輸端子的銳角。信號傳輸中間的接收端子是暴露的干擾吸收“天線”單元，特別是天線看起來突出的線頭和尖銳的金屬角。連接電纜時，請勿將變形的電纜暴露在外部。平滑電線的邊緣在信號傳輸中，避免線的邊緣或銳角。

增量編碼器的信號選擇

必須選擇反轉(zhuǎn)通道的輸出信號（HTL-G6）

必須選擇包含推挽HTL-G6（A/A-、B/B-、Z/Z-）的6通道信號輸出類型A+、A-、B+、B-、Z+、Z-的增量編碼器。



另一方面，具有9-30V寬電源和極性及短路保護(hù)功能的編碼器不易損壞。這種類型的增量編碼器信號傳輸可以實現(xiàn)無干擾傳輸，傳輸距離更遠(yuǎn)（根據(jù)電纜、站點狀態(tài)和信號頻率，特殊電纜可能高達(dá)200米）。這種類型的信號主要基于歐洲逆變接口。（ABB、Siemens逆變器等）必須首先在冶金、港口機(jī)械上進(jìn)行研究。

??反向通道：

反向信道用于延長信號傳輸距離，并輸出A、B、Z信道的反向信號。該傳輸標(biāo)準(zhǔn)功能符合RS422接口，也可選擇推挽輸出作為反轉(zhuǎn)輸出。



該傳輸?shù)奶攸c是干擾脈沖到達(dá)后會誘發(fā)電纜感應(yīng)，當(dāng)電纜芯為雙絞線時，脈沖干擾會受到差動電壓的抑制。原理如上所述。

建議不要使用NPN輸出的編碼器，除非你是一個不怕麻煩或抗干擾的高手。關(guān)于NPN和PNP的其他報道中已經(jīng)提到的理由。

編碼器信號電纜選擇

請選擇專業(yè)編碼器特有的帶屏蔽的雙絞線

不僅是編碼器內(nèi)部電路保護(hù)，輸出信號用的信號傳輸電纜和編碼器的外部延長信號電纜，編碼器的信號用需要使用特別的帶屏蔽的雙絞線。編碼器和電纜必須是超強(qiáng)的-由細(xì)的高密度，高導(dǎo)電性的金屬細(xì)線制成的屏蔽保護(hù)層，因為可以吸收從外部放射的高頻電磁場的變化，所以起到屏蔽的作用。



例如，由于電波輻射的性質(zhì)是電磁波，所以電磁屏蔽也可能吸收其能量。因此，車（鐵體，但未接地）無法接收無線，需要拉拽。離開汽車收音機(jī)的發(fā)射天線。

電磁屏蔽層接地后，還具有靜電屏蔽效果，提高電磁波屏蔽效果。常用作輸電線的銅網(wǎng)屏蔽電纜在接地時可以起到電磁屏蔽和靜電屏蔽的作用。

電纜屏蔽接地通常是信號接收側(cè)的不平衡接地。

請注意，帶屏蔽的雙絞線電纜的“雙絞線”功能被用作信號配對，使用開路集電極的NPN和PNP信號沒有雙絞線效應(yīng)。A+和A-的雙絞線，B+和B-的雙絞線，Z+和Z-的雙絞線。即使接收端只有A+和B+連接，配對信號也必須不僅發(fā)送到雙絞線對，還發(fā)送到接收端，不能分離連接的信號并暫停。

編碼器電源

選擇具有寬工作電源與信號短路保護(hù)的編碼器

許多編碼器干擾來自電源波動和電源0V參考的破壞。為避免此類干擾，必須獨立于特定工作電源向現(xiàn)場編碼器供電，并充分增大輸出功率選擇（超出編碼器所示功耗的兩倍）。同時，選定的編碼編碼器應(yīng)具有寬的工作電壓，如9-30Vdc的工作電壓，甚至5-30Vdc的工作電壓。這表示采用了編碼器內(nèi)部電路的動作電源設(shè)計?？紤]到輸入電源的降壓電壓調(diào)整濾波器，具有更好的防變動電源。另外，在選擇編碼器時，必須考慮保護(hù)信號對電源的短路。（電源正極和負(fù)極的信號線短路不會“烙上”編碼器），這意味著編碼器已設(shè)計好。對信號的0V基準(zhǔn)變動進(jìn)行濾波或截斷。

上述是關(guān)于增量編碼器本身和信號電纜的選擇。回到這篇文章開頭的故事，事實上，編碼器的選擇從一開始就錯了。這是一款聲稱是日本“著名進(jìn)口品牌”，但沒有防干擾設(shè)計的NPN編碼器。

接地技術(shù)

接地是確保人員和機(jī)器的安全性和防止干擾的手段。合理選擇接地方法是抑制電容耦合、電感耦合、電阻耦合、降低或減弱干擾的重要手段。

編碼器信號被發(fā)送到接收裝置，但在實際的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)場，由于2條和長的信號傳輸線路的距離長，測量數(shù)據(jù)跳躍誤差變大。要解決這些問題，必須遵循接收方一點接地原則。站點的地球等電位是靜態(tài)區(qū)域的電阻等電位。在交流介質(zhì)中，在脈沖信號的情況下，很難確保長距離的動態(tài)等電位。

單點接地的理由是，如果在電路中使用多點接地，由于各接地點的瞬間電位差，可能會在電路中形成干擾信號。接收方應(yīng)盡可能在一點接地如果不能一點接地，則應(yīng)盡量加寬接地線，以使各接地點的電位相同，以避免信號源干擾。



我們的接地檢查都是基于靜態(tài)電阻測得的等電位，而在電機(jī)、逆變器等動態(tài)AC設(shè)備的環(huán)境中，不僅包括靜態(tài)電阻，還包括電磁場電容和電感的動態(tài)變化。在短時間內(nèi)不是等電位的可能性非常高。因此，在接地中，也必須考慮電容器的適合的接地。或者，增加地板面積以增加容量過濾。

題外話：在地上撒鹽，泡在尿里方便嗎？很方便。接地是一個大電容器，臨時腌制是增加接地的接觸面積和傳導(dǎo)，增加電容性濾波。文明的做法是增加地面金屬板面積，加粗地線。

隔離措施

隔離是一種技術(shù)手段，用于破壞干擾路徑和截斷耦合信道，以抑制干擾。



如果選擇絕緣DC/DC電源作為編碼器工作電源，則主要在多臺設(shè)備同時工作的電源系統(tǒng)中使用，現(xiàn)場會發(fā)生嚴(yán)重干擾。

用于接收增量信號的光電耦合器絕緣，適用于增量脈沖信號接收單元的電路。現(xiàn)在，為了改善系統(tǒng)的反共模干擾功能，自動檢測系統(tǒng)中使用的光耦合器越來越多。

光耦合器是輸入為電流輸出為電流的電光耦合器件，但輸入和輸出電絕緣。保證了輸入回路和輸出回路的電氣絕緣。

編碼器安裝的絕緣隔離

對于大型電機(jī)或變頻器，如果存在干擾問題，可能會導(dǎo)致電機(jī)外殼出現(xiàn)“AC泄漏”。馬達(dá)本身也是發(fā)電機(jī)。啟動時，馬達(dá)輸出和“生成”反電動勢不平衡。這種不平衡會加快馬達(dá)的動作，但這種不平衡也有可能產(chǎn)生瞬間的力矩。檢查馬達(dá)外殼接地時，這只是靜態(tài)測量的電阻，無法確定是否有合適的交流傳導(dǎo)和良好的接地。馬達(dá)啟動。此時，建議將編碼器外殼（包括編碼器軸）與馬達(dá)外殼絕緣。

接收設(shè)備的帶寬頻率選擇

接收設(shè)備帶寬的較高接收頻率選擇不較高。允許頻率高表明，信號上升沿和下降沿敏感，同時容易受到干擾。必須根據(jù)使用的最高信號頻率進(jìn)行計算，選擇適當(dāng)?shù)淖罡呓邮疹l率。一些歐洲接收器已經(jīng)可以設(shè)置最高接收頻率的參數(shù)。

改用絕對值編碼器

絕對式編碼器信號與歷史無關(guān)。在外部干擾之后，可以重新讀取信號，而不受前一個歷史事件的影響。此外，絕對式編碼器可以使用軟過濾技術(shù)。已為信號形狀添加“和數(shù)校驗”、“異或校驗”和“CRC校驗”。例如，絕對值編碼器的數(shù)字總線輸出模式中添加了這樣的校驗碼。您可以通過比較檢查代碼來刪除它。由傳輸干擾引起的各個位的數(shù)據(jù)。從絕對值編碼器讀取的每個數(shù)據(jù)都是獨立的，如果與以前的歷史無關(guān)，可以將變異與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以確定不合理的數(shù)據(jù)，并使用軟過濾技術(shù)刪除。

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