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如何解决旋转编码器、光栅尺与PLC高速计数模块

来源:整理 作者:秩名 2017-05-21 浏览

在自动化控制系统中数字技术是应用得越来越广泛,尤其以PLC可编程序控制器为核心的机电一体化传动控制系统中,旋转编码器、光栅尺的应用已经是必不可少了,应用也越来越普及。从而在实际应用PLC高速计数器时往往会碰到如下一系列问题。如PLC高速计数器与输入的计数脉冲信号的脉冲电平不匹配,旋转编码器、光栅尺数据输出是TTL电平,而PLC高速计数器为确保工业现场的高抗干扰性能,却要求接受的是0 - 24v高速传输脉冲信号、又有的编码器为了提高编码可靠性,提供A+、A-,B+、B-,Z+、Z- 对称反相的编码计数脉冲或者是提供A+、A-,B+、B-,Z+、Z- 对称反向的正弦矢量差分、差模信号。但PLC高速计数器恰要求接收的是单相计数脉冲。而使用者没有选择用到合适的转换接口而放弃了其中一相(编码器本因为要提高系统工业现场抗干扰能力,而提供的双相计数脉冲信号)进行计数。

又如在应用旋转编码器、光栅尺的场合是非单方向匀速运动的,其运动速度是时快时慢、时动时静止、时正时反的不确定性、或者在运动速度非常低的场合,又如旋转编码器、光栅尺低速运行时计数器计数正确,速度高一些计数就出错,会漏计许多脉冲,尽管所选用的PLC高速计数器的计数响应频率远远高于编码器的运动频率。如果编码器没有足够的驱动能力,接口没有匹配处理好,或者脉冲数据传输距离稍长些,脉冲传输就会出现延迟、脉冲传输过程中会产生脉冲波形奇变,那是非常容易发生计数误差的。

还有许多应用场合虽然计数脉冲频率不高,而忽略了PLC高速脉冲计数器对计数脉冲的前后沿口是有速率要求的(脉冲形成的上升、下降沿口响应速度要陡峭)。尤其是在应用线数比较高的编码器时,在低速运行时,由于机械运动必然产生细微斗动或者编码器前级安装有变速齿轮,就很容易会引起编码脉冲前后沿口上出现锯齿口。还有长期机械运动所产生机械磨损,使间隙变大也会引起编码脉冲前后沿口上出现锯齿口。又因为在工业现场的干扰是错综复杂的,由来自控制现场如电动机的启动停止、大电流接触器的切换、可控硅的调相干扰、电弧电脉冲、电磁波等等复杂的干扰群,那纵向和横向电磁干扰是罗列不完。

问题最终综合反映在计数脉冲上,产生了寄生毛刺信号或寄生干扰脉冲,寄生毛刺脉冲如果没有得到有效的遏止整形。所以必然会导致PLC高速计数器的计数精度不稳定、不可靠、产生累计误差、还经常会碰到偶发性的计数出错等一系列问题。

因此许多部件在实验室做模拟试验时是完好无误的,而一旦到了工业现场却出现种种不正常的现象。这往往是因为忽略了系统设计的整体概念,各个系统与系统之间的不匹配所产生的系统性干扰。它会直接影响到PLC控制精度,使得原本为了提高控制精度而设置的功能,却发挥不了本该提高精度的效果。即理论设计精度与实际得到的效果差距甚远。有时误认为PLC高速计数器质量有问题、编码器有故障、码盘线数还不够多……。且没有找到问题的真迹源头在哪里而无从着手,也没有采取有效克服措施或者没有找到有效的克服干扰的方法。

为此我们针对这些在国内电气系统、工业自动化控制系统中普遍存在而又常见的有共性的技术问题,专门精心比照分析,研究了许多国外引进的大系统集成项目,自动化控制程度比较高的比较经典的控制系统时。发现有许多是常被我们设计师所忽略的细节---中间接口,往往认为是“多余”的或者是认为可以“节省”开销的部件,似乎那些接口件去掉后照样可以工作,有些接口部件在当下去掉确实一时是反映不出有无的变化,以及它存在的必要性。尤其是在当前市场竞争白热化,项目比价竞争成为竞标首选的不明智压力下。常常是会在做设计时从成本角度考虑被“精简”掉了。从而隐埋潜伏了隐性问题,往往会形成许多国产化系统先天不足后天失调,在现场系统调试时常常会被卡口。在现场采取应急措施,此时所采取措施常常是不十分完善的治标不治本的“小疮贴”。系统不耐用也就自然的了,反倒使工程日后无形的维护费用变大,似乎前期项目投入负责到可用与后期系统的耐用,是互不关联的两家之的事。其实质原因问题还是在自身,为什么就迈不过这一道槛呢?非常值得我们反思。

我们对那些可被“精简多余的”接口部件进行分析研究后又在工业现场实地试验后方知,它在构成系统整体集合时有存在的必要性,选好对应匹配的接口,保持各个小系统相对的独立性是确保大系统长期稳定运行的可靠保障。也给以后系统升级预留了必要的空间,尤其是精确度要求比较高的,技术更新比较快的机械电气合一的数控项目中尤为重要。

为此我们引进了国际上先进而又成熟的接口技术,吸收消化了许多针对性细节的处理方法。专门设计了半国产化的MHM-02A/B型双高速光栅隔离耦合器接口模块和MHM-06双高速差模信号转换器接口模块,而且分别还有多种输入输出方式可以组合,可以满足国内外现有各种形式的旋转编码器、光栅尺与各种品牌 PLC控制器匹配的要求。它已经在许多PLC数控系统上,尤其是在那些“问题系统”上、和在老系统进行数控改造项目上,实际应用得到了验证。使许多项目控制精度和稳定可靠性有非常显著提高,使理论设计精度与实际得到的效果完全吻合。好接口的确是“多”而不“余”着实能解决掉问题,起到了事半功倍立竿见影的效果。从而再回首发现国际上许多著名品牌集成系统为什么会专门花费匹配接口技术,和我们的同类集成系统相比会有相当的差距呢?细细比较,我们的确是把一些知其所以,而不知其所以然的精华给忽略掉了。

特点:FEATURES MHM-02型、MHM-03型

MHM-02型高速光栅隔离器(光电耦合器)可以应用于包括微处理器系统TTL与PLC之间数据高速传输转换接口(如解决雷诺德旋转编码器输出与PLC控制器之间转换接口、应用于与西门子FM350-2、三菱、高速计数模块)、电动机数字光电编码器、光栅尺与PLC控制器之间转换接口、变频器脉冲信号与 PLC控制器之间的信号传输、数据输入/输出转换接口、微处理器系统和计算机外设接口、利用PLC的高速计数模块可读取普通的输入点读取不到的高速脉冲,并对之进行计数,使用脉冲输出功能和脉冲序列指令型伺服电机马达配合,可构成轴定位装置。因此特别适用于电机控制应用等领域。尤其是还能克服工控系统复杂的现场环境下的强干扰,将强电传动执行机构和远程PLC控制网络系统之间电气隔离,排除强电场、强磁场等电气干扰。MHM-02型高速光电耦合模块可以分隔系统和有效保护较为敏感的电路,有效地提高了系统之间的抗干扰性能,为工业自动化控制系统中的高低电压之间提供一个完全物理隔离的安全接口。内置二路独立隔离器。

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