多種解決增量編碼器信號干擾的方法分享。

在自動(dòng)控制應(yīng)用程序中，經(jīng)常會(huì)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(shí)會(huì)找到西安德伍拓公司。甚至有些公司由于這個(gè)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(huì)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(gè)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(diǎn)效應(yīng)，會(huì)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(huì)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(shí)，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(dòng)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(shí)，其外面會(huì)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(shí)，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(shí)現(xiàn)無干擾傳輸，傳輸距離更遠(yuǎn)（根據(jù)電纜、站點(diǎn)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(diǎn)是干擾脈沖到達(dá)后會(huì)誘發(fā)電纜感應(yīng)，當(dāng)電纜芯為雙絞線時(shí)，脈沖干擾會(huì)受到差動(dòng)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(gè)不怕麻煩或抗干擾的高手。關(guān)于NPN和PNP的其他報(bào)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?yàn)榭梢晕諒耐獠糠派涞母哳l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(shí)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(dòng)和電源0V參考的破壞。為避免此類干擾，必須獨(dú)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(shí)，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(dòng)作電源設(shè)計(jì)?？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(dòng)電源。另外，在選擇編碼器時(shí)，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(huì)“烙上”編碼器），這意味著編碼器已設(shè)計(jì)好。對信號的0V基準(zhǔn)變動(dòng)進(jìn)行濾波或截?cái)唷?br />
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(shí)上，編碼器的選擇從一開始就錯(cuò)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(jì)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(shí)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(diǎn)接地原則。站點(diǎn)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(dòng)態(tài)等電位。

單點(diǎn)接地的理由是，如果在電路中使用多點(diǎn)接地，由于各接地點(diǎn)的瞬間電位差，可能會(huì)在電路中形成干擾信號。接收方應(yīng)盡可能在一點(diǎn)接地如果不能一點(diǎn)接地，則應(yīng)盡量加寬接地線，以使各接地點(diǎn)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(dòng)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(dòng)態(tài)變化。在短時(shí)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?；蛘?，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(gè)大電容器，臨時(shí)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?cái)囫詈闲诺?，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(tái)設(shè)備同時(shí)工作的電源系統(tǒng)中使用，現(xiàn)場會(huì)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(dòng)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(huì)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(dòng)時(shí)，馬達(dá)輸出和“生成”反電動(dòng)勢不平衡。這種不平衡會(huì)加快馬達(dá)的動(dòng)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(shí)，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(dòng)。此時(shí)，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(shí)容易受到干擾。必須根據(jù)使用的最高信號頻率進(jìn)行計(jì)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(gè)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(yàn)”、“異或校驗(yàn)”和“CRC校驗(yàn)”。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(yàn)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(gè)位的數(shù)據(jù)。從絕對值編碼器讀取的每個(gè)數(shù)據(jù)都是獨(dú)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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