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  • 为什么编码器也要带以太网接口?

    文/ 发布于2017-09-28 浏览次数:1555

      经常接触运动控制设备的朋友会发现,这两年我们在市面上开始看到不少编码器产品开始带以太网接口了。那么,和传统的编码器相比较,如果使用带有以太网的编码器会有什么不同呢?怎么评估其性价比呢?希望通过本文的内容,给大家一些帮助。

      传统的编码器

      传统的编码器,使用时都需要有专门的接口去读取编码器测量反馈数值,比如脉冲式 (如:TTL)编码器需要使用高速计数模块,SSI 编码器需要使用SSI模块,正余弦编码器(比如:HiperFace)需要连接相应的反馈端口等。所以,在使用传统编码器的时候,总需要在设备上敷设专门的编码器线缆,用于连接编码器和相应的接口模块。

      而由于线缆芯数是比较多的(比如:TTL的有电源和±A/±B/±Z相,HiperFace有电源加 ±Sin/±Cos/±Data信号),传统编码器线缆的使用(规划、布线、接线和工程以及维护),其实是件比较蛋疼事情,需要考虑的事情真的很多,而且稍一闪失就会出问题。

      对于单机小设备,如果编码器数量少,且离控制器较近的话,那么上面说的可能并不是太大的问题。但一旦设备大了,编码器数量增加,编码器电缆的问题就会一点点暴露出来。接线和工程量、EMC电磁噪音干扰的问题等等,这些其实都会直接或间接的影响设备的性能和效益。

      这个问题其实不仅出现在编码器上,设备体积和占地的增加和元件的分散分布,对于 输入输出I/O的布局接线也是个巨大的挑战。于是就出现了将分散分布的设备传感器通过分布式远程 I/O 接入控制系统的方法。编码器作为位置测量的传感器,也可以通过远程 I/O 中的编码器模块接入设备,在很大程度上可以减少编码器线缆的布线问题。但是,无论如何,还是要根据编码器的特性去单独选择合适的编码器模块,比如普通高速模块或SSI模块等,而其设计选型和接线的工作量并没有减少。

      传统编码器的另一个问题是无法诊断。因为系统从编码器电脉冲只能读取其测量脉冲位置值,而系统对编码器本身的工作状态等完全是不知道的。如果编码器出现任何问题导致其反馈值错误,控制系统程序如果不加以判断,基本肯定中枪。并且中枪后基本都需要借助波形图等工具去诊断编码器是否有故障。

      总线接口

      对于一台体积较大、设备元件布局分散的设备,一般都应该已经具备网络总线了。如果采用带有总线端口的编码器,其作为总线的一个设备远程 I/O 节点接入系统(而不是远程I/O节点下分布的一个I/O点),可以很快解决线缆方面的问题。

      因为这些总线通常采用标准的接线端口,在系统设计时可以直接引用标准端口;如果采用总线标准线缆,甚至不需要考虑接线,接线时直接采用快插,省去大量的接线工作。同时立即省去了编码器的专用模块。

      而且上面说的信息化诊断也可以通过总线实现,因为在总线上可以传输的不仅仅是编码器测量位置信息,自身的运行状态等信息也都是可以通过总线实时监控的。

      其实带有网络总线的编码器一直就有,比如Profibus、DeviceNet、CANopen等端口的各类增量型、绝对型编码器。但这些,在我看来都属于上一代工业总线了。其数据传输的速率和数据量、网络的带宽和实时性,对于需要采集实时位置(或速度)数据的编码器应用来说是很难满足需求的。一方面系统读取编码器位置(速度)值会有极大的延时;另一方面,能够在总线上传输的信息量也是有限的。

      以太网编码器

      这几年工业以太网技术的发展,网络带宽和传输速率有了极大的提升,使得工业以太网在生产设备上逐步普及,已经很显然成为新一代工业现场总线的趋势。对于编码器来说,使用现代工业以太网技术显著提升了测量反馈数据的刷新速率,尤其是带有时钟同步技术的以太网总线的发展,使得编码器应用的体验极大提升。

      因为以太网的带宽较上一代现场总线极大提高,控制系统采集编码器数据速度可以更快。如果需要具备运动控制的实时运动反馈,还可以采用带有时钟同步的以太网编码器,如EtherCAT、EtherNet/IP Sync (CIP Sync)、ProfiNet编码器,当然这还得取决于控制系统的总线。

      柜内接线采用 标准 RJ45端口,编码器侧采用和现场 I/O相同的IP67插头,接线异常简单,编码器可以从设备上任意一个以太网端口接入系统,无论从设计和工程实施的角度,都是极大的方便。

      除此以外,由于网络带宽的巨大提升,使得系统可以从编码器上读取的更多的信息量,如编码器的运行状态、诊断信息、运行时钟等等,而且还可以同时读取编码器的位置值和速度值,这在传统编码器应用中,只能通过程序计算出来。有些编码器甚至还可以测量环境温度等信息。也就是说,编码器本身的功能因为网络总线能力的提升而增强了。用比较时髦的4.0和IoT的说法,就是更加智能化了。

      因为采用以太网接口,诊断的手段也可以极为灵活,上图显示的是通过移动设备wifi对以太网编码器进行配置和调试。

      关于以太网编码器的一些细节功能,我们在后面会找样品进行单独浅读。

      所以,回到本文的主题,为什么编码器也要带以太网,我觉得是有几个驱动力的:

      设备从单个分离元件走向系统化

      复杂设备系统布局和连接的简化

      生产、制造、运营、维护流程的信息化

      而这样的系统性优化的驱动力,带来的这种工业现场传感的网络化和智能化不仅仅体现在编码器上。事实上,我们注意到一些不同类型的以太网、智能型新型传感器已经面市了。关于这方面的动态,我们会持续关注。

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