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如何解決kubler增量編碼器信號(hào)干擾問題?

更新時(shí)間:2022-11-17   點(diǎn)擊次數(shù):484次
  首先就是kubler增量編碼器的選型問題,別只迷信是不是進(jìn)口的,kubler增量編碼器的選型正確才是第一步的,打鐵還要自身硬啊。
 
  一、屏蔽技術(shù)選擇全金屬無螺絲封閉外殼屏蔽的編碼器:
 
  1.靜電屏蔽:靜電屏蔽就是用銅或鋁等導(dǎo)電性能良好的金屬為材料制作成封閉的金屬外殼,并與地線連接,把需要屏蔽的編碼器電路置于其中,使外部干擾電場的電力場不影響其內(nèi)部的電路。反過來,編碼器內(nèi)部電路產(chǎn)生的電力線也無法外逸去影響外電路。靜電屏蔽不但能夠防止靜電干擾,也一樣能防止交變電場的干擾,所以許多儀器的外殼用導(dǎo)電材料制作并且接地。
 
  作為金屬屏蔽層的外殼,應(yīng)全包裹屏蔽的,并盡量沒有帶有尖角部分和不同金屬材質(zhì)的螺絲,金屬導(dǎo)體尖角因“尖端效應(yīng)”而成為一個(gè)電場畸變的干擾吸收天線。同樣的,不同材質(zhì)的螺絲因?yàn)榻饘偬匦缘牟煌?,一樣?huì)有邊界的尖端效應(yīng)而引入干擾。編碼器外殼邊角圓滑并應(yīng)用無螺絲的封裝技術(shù),可保證金屬屏蔽層的最佳效果。
 
  2.低頻磁屏蔽:低頻磁屏蔽就是用來隔離低頻磁場和固定磁場耦合干擾的有效措施。任何通過電流的導(dǎo)線或線圈周圍都存在磁場,客觀存在磁場,它們可能對(duì)檢測儀器的信號(hào)線或者儀器造成磁場耦合干擾。為了防止磁場耦合干擾,必須采用高導(dǎo)磁材料作屏蔽層,以便讓低頻干擾磁力線從磁阻很小的磁屏蔽層上通過,使低頻磁屏蔽層內(nèi)部的電路免受低頻磁場耦合干擾的影響。例如,儀器的鐵皮外殼就起到低頻磁屏蔽的作用。若進(jìn)一步將外殼接地,以同時(shí)起靜電屏蔽的作用。
 
  金屬鐵制的外殼,或者較大的編碼器金屬鋁制的外殼,可使得外部磁干擾源遠(yuǎn)離內(nèi)部電源、傳感器及內(nèi)部MCU,吸收外部磁場的變化能量,全金屬屏蔽層可吸收低頻磁振蕩產(chǎn)生的能量。減弱磁源磁場的干擾。
 
  3.電磁屏蔽:電磁屏蔽也是采用導(dǎo)電良好的金屬材料做成屏蔽罩、屏蔽盒等不同的外形,將被保護(hù)的電路包圍在其中。它屏蔽的干擾對(duì)象不是電場,而是高頻(40KHz以上)磁場。干擾源產(chǎn)生的高頻磁場遇到導(dǎo)電良好的電磁屏蔽層時(shí),就在其外表面感應(yīng)出同頻率的電渦流,從而消耗了高頻干擾的能量,從而使電磁屏蔽層內(nèi)部的電路免受高頻干擾磁場的影響。
 
  4.減少信號(hào)傳輸?shù)慕泳€端子尖角線頭,盡量一根電纜線直接到接收端。信號(hào)傳輸中間的接收電纜線頭是一個(gè)暴露的干擾吸收“天線”單元,尤其是線頭和金屬尖角,好像是伸出去的天線,這連接線纜時(shí)應(yīng)盡量沒有暴露外翹的線頭,做圓滑性處理,在信號(hào)傳輸中應(yīng)盡力避免線頭與尖角。
 
  二、增量編碼器的信號(hào)選擇,應(yīng)選擇具有反相通道的輸出信號(hào):
 
  應(yīng)選擇A+A-B+B-Z+Z-的6通道信號(hào)輸出類型的增量編碼器,其中,推挽式含反相信號(hào)6通道HTL-G6(A/A-,B/B-,Z/Z-),一方面其9—30V的寬電源優(yōu)點(diǎn)與極性、短路保護(hù)不易損壞,另一方面由于干擾源對(duì)于編碼器正反相的信好的干擾作用相當(dāng),干擾在編碼器接收設(shè)備中可抵消,此類增量編碼器信號(hào)傳遞可達(dá)到無干擾傳輸,傳遞也更遠(yuǎn)(專用電纜200米,依據(jù)電纜與現(xiàn)場情況),此類信號(hào)以歐系變頻器接口為主(例如ABB、西門子變頻器),在冶金、港口機(jī)械中應(yīng)首先考慮使用。
 
  建議不要用NPN型輸出的編碼器,除非你是個(gè)不怕事找事的抗干擾的高手。理由我已經(jīng)在另一篇關(guān)于NPN與PNP的文章里講過了。
 
  三、信號(hào)電纜選擇,選擇專業(yè)的編碼器專用電纜雙絞屏蔽電纜:
 
  不僅僅是編碼器內(nèi)部的電路的保護(hù),編碼器自帶的輸出信號(hào)的信號(hào)傳輸電纜,以及外接的加長信號(hào)電纜,都應(yīng)選用編碼器信號(hào)專用的雙絞屏蔽電纜,并電纜屏蔽層有超細(xì)的高密度高導(dǎo)通性的金屬細(xì)線編織成保護(hù)層,可以吸收外部輻射的高頻電磁場變化,從而起到屏蔽保護(hù)的作用。
 
  舉例來說,無線電廣播的本質(zhì)是電磁波,所以電磁屏蔽也能吸收掉它們的能量,這就是我們?cè)谄?鋼板車身,但并未接地)里收不到電臺(tái),而必須將收音機(jī)的天線拉出車外的原因。
 
  若將電磁屏蔽層接地,它可同時(shí)兼有靜電屏蔽作用,對(duì)電磁波的屏蔽效果就更好。通常作為傳輸線使用的銅質(zhì)網(wǎng)狀屏蔽電纜接地時(shí)就能同時(shí)起到電磁屏蔽和靜電屏蔽的作用。
 
  電纜屏蔽層的接地,通常是在信號(hào)接收端的單端接地。
 
  注意,雙絞屏蔽電纜的“雙絞”的作用,是作為信號(hào)配對(duì)的使用的,對(duì)于集電極開路的NPN和PNP的單極信號(hào)沒有雙絞的效果。對(duì)于A+與A-要雙絞配對(duì),B+與B-雙絞配對(duì),Z+與Z-雙絞配對(duì)。即使在接收端如果只接A+,B+,雙絞線一樣要將配對(duì)信號(hào)傳輸?shù)浇邮斩?,而不用接的信?hào)絕緣懸空。
 
  四、選擇具有寬工作電壓與信號(hào)短路保護(hù)的編碼器:
 
  很多干擾來自于編碼器的供電電源----電源的波動(dòng),電源0V基準(zhǔn)的破壞,這要求在發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場有干擾的情況下,現(xiàn)場的編碼器工作電源應(yīng)獨(dú)立給編碼器供電,并輸出功率選擇有足夠大(編碼器標(biāo)示功耗的2倍以上)。而選擇的編碼器也應(yīng)具有寬工作電壓,例如9—30Vdc甚至5—30Vdc的工作電壓,這表明編碼器內(nèi)部電路對(duì)工作電源的設(shè)計(jì),已經(jīng)考慮了輸入電源的降壓穩(wěn)壓濾波,有較好的電源抗波動(dòng)性干擾。另外,要選擇編碼器信號(hào)對(duì)電源的短路保護(hù)(信號(hào)線對(duì)電源的正負(fù)極短接不燒),這也是編碼器設(shè)計(jì)中已對(duì)于信號(hào)對(duì)0V基準(zhǔn)波動(dòng)的有過濾或截?cái)嘣O(shè)計(jì)。
 
  以上是講增量編碼器自身的選型和信號(hào)電纜的選型( 此類推薦的增量編碼器已在工控貓有售) ,而我開頭講的故事,就是從一開始的編碼器的選型就選錯(cuò)了,那是一個(gè)不具備抗干擾設(shè)計(jì)的NPN型編碼器,盡管其號(hào)稱是“知名進(jìn)口品牌”的。
 
  五,接地技術(shù):
 
  接地是保證人身和設(shè)備安全、抗干擾的一種方法。合理地選擇接地方式是抑制電容性耦合、電感性耦合及電阻耦合,減小或削弱干擾的重要措施。
 
  編碼器信號(hào)傳輸至接收設(shè)備,在實(shí)際的工業(yè)現(xiàn)場,由于兩者相距離較長,信號(hào)傳輸線也較長,所以測量的數(shù)據(jù)會(huì)發(fā)生跳動(dòng)、造成誤差變大。解決此類問題必須按接收端一點(diǎn)接地原則。所謂一點(diǎn)接地就是指在電路中如果采用多點(diǎn)接地的話,由于各接地點(diǎn)的電位不同就可能形成電路的干擾信號(hào),因此在電路中盡可能的做到在接收端一點(diǎn)接地,如果不能實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)接地,則盡量將接地線加寬,以使各接地點(diǎn)的電位相近,以免形成信號(hào)干擾源。
 
  我們對(duì)接地的檢查,都是基于靜態(tài)電阻的測量,但是在有電機(jī)、變頻器等交流動(dòng)態(tài)設(shè)備環(huán)境下,已經(jīng)不僅僅是靜態(tài)的電阻,而是包含了電磁場動(dòng)態(tài)的電容電感變化,所以接地也要考慮有電容匹配的接地?;蛘咴黾咏拥孛娣e增加電容濾波性。
 
  題外話:接地撒把鹽、撒泡尿有用嗎?也許有用。大地就是一個(gè)很大的電容,那種臨時(shí)性的撒鹽就是增加了對(duì)地接觸面積和導(dǎo)通,增加了電容濾波。文明的做法是加大入地的金屬板面積和加粗接地線。
 
  不要看到屏蔽線\看到外殼就接地,如果你對(duì)接地是否做好沒有把握(包括靜態(tài)電阻測量的等電位和交流動(dòng)態(tài)下的瞬間等電位平衡),那我的建議是此地的大設(shè)備接地,小器件隔離懸浮----干擾環(huán)境下拼體量的,小的拼不過大的。
 
  六、隔離措施:
 
  隔離是破壞干擾途徑、切斷耦合通道,從而達(dá)到抑制干擾的一種技術(shù)措施。
 
  編碼器工作電源如果選擇DC/DC隔離電源,主要使用在供電電源系統(tǒng)有很多同時(shí)在工作的其他器件,現(xiàn)場出現(xiàn)較為嚴(yán)重的干擾。
 
  增量信號(hào)接收的光電耦合器隔離,應(yīng)用于增量脈沖信號(hào)的接收單元電路中。目前,在自動(dòng)檢測系統(tǒng)中越來越多的采用光電耦合器來提高系統(tǒng)的抗共模干擾能力。
 
  光電耦合器是一種電光電耦合器件,它的輸入量是電流,輸出量也是電流,但是輸入、輸出之間從電氣上看卻是絕緣的。保證了輸入回路和輸出回路的電氣隔離。
 
  編碼器安裝的絕緣隔離:在有大型電機(jī)和變頻器的場合下,如果碰到有干擾問題,那很有可能是遇見了電機(jī)外殼的“交流漏點(diǎn)”了。電動(dòng)機(jī)本身同時(shí)也是個(gè)發(fā)電機(jī),交變的勵(lì)磁電流和反電動(dòng)勢(shì)都會(huì)對(duì)電機(jī)外殼可能產(chǎn)生電磁場影響。尤其是在啟動(dòng)的瞬間,電機(jī)動(dòng)力與“發(fā)電”的反電動(dòng)勢(shì)是不平衡的,恰是這種不平衡力驅(qū)動(dòng)了電機(jī)的加速運(yùn)動(dòng),但是這種不平衡的電磁場也會(huì)作用到電機(jī)外殼,就有可能在電機(jī)外殼上產(chǎn)生瞬間的交流漏電,我們?cè)跈z查電機(jī)外殼的接地只是靜態(tài)的量測電阻的,無法確定在電機(jī)啟動(dòng)的瞬間能夠有很好的交流導(dǎo)通接地。在這種干擾情況下,建議編碼器外殼(包括編碼器轉(zhuǎn)軸)要對(duì)電機(jī)外殼絕緣隔離。
 
  七、接收設(shè)備的帶寬頻率選擇:
 
  接收設(shè)備的帶寬最高接收頻率的選擇,并不是越高越好,較高的可接收頻率的同時(shí),表明其對(duì)于信號(hào)上升下降沿的響應(yīng)敏感,這同時(shí)也對(duì)干擾竄入較敏感了。應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用的最高信號(hào)頻率進(jìn)行計(jì)算,選擇合適的最高接收頻率。在歐系有些接收設(shè)備中,已有對(duì)于接收最高頻率的可設(shè)置。
 
  八、改用絕對(duì)值編碼器:
 
  絕對(duì)值編碼器的信號(hào)與歷史無關(guān),任何干擾過后可以重新讀取信號(hào),而不受前次歷史事件影響(干擾),另外,絕對(duì)值編碼器可用軟濾波技術(shù),在有些絕對(duì)值編碼器的信號(hào)形式中已加入了和校驗(yàn)、異或校驗(yàn)和CRC校驗(yàn),例如絕對(duì)值編碼器數(shù)字總線式輸出模式中都已經(jīng)加入了校驗(yàn)碼。通過校驗(yàn)碼對(duì)比去除傳輸中干擾引起的個(gè)別數(shù)位上的突變數(shù)據(jù)。因?yàn)榻^對(duì)值編碼器的每次讀取數(shù)據(jù)是獨(dú)立性的,與前次歷史無關(guān),因此可以將突變的通過對(duì)比判斷是不合理的數(shù)據(jù)通過軟濾波技術(shù)剔除。