數(shù)控機(jī)床上的光柵尺

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數(shù)控機(jī)床上的光柵尺在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的干擾是錯(cuò)綜復(fù)雜的，由來自控制現(xiàn)場(chǎng)如電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)停止、大電流接觸器的切換、可控硅的調(diào)相干擾、電弧電脈沖、電磁波等等復(fù)雜的干擾群，那縱向和橫向電磁干擾是羅列不完。

問題* 終綜合反映在計(jì)數(shù)脈沖上，產(chǎn)生了寄生毛刺信號(hào)或寄生干擾脈沖，寄生毛刺脈沖又沒有得到有效的遏止整形。所以必然會(huì)導(dǎo)致PLC高速計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)精度不穩(wěn)定、不可靠、產(chǎn)生累計(jì)誤差、經(jīng)常會(huì)碰到偶發(fā)性的計(jì)數(shù)出錯(cuò)等一系列問題。

所以許多部件在實(shí)驗(yàn)室做模擬試驗(yàn)時(shí)是完好無誤的，而一旦到了工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)卻出現(xiàn)種種不正常的現(xiàn)象。這往往是因?yàn)楹雎粤讼到y(tǒng)設(shè)計(jì)的整體概念，各個(gè)系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的不匹配所產(chǎn)生的系統(tǒng)性干擾。它會(huì)直接影響到PLC控制精度，使得原本為了提高控制精度而設(shè)置的功能，卻發(fā)揮不了本該提高精度的效果。即理論設(shè)計(jì)精度與實(shí)際得到的效果差距甚遠(yuǎn)。有時(shí)誤認(rèn)為PLC高速計(jì)數(shù)器質(zhì)量有問題、編碼器有故障、碼盤線數(shù)還不夠多……。且沒有找到問題的真跡源頭在哪里而無從著手，也沒有采取有效克服措施或者沒有找到有效的克服干擾的方法。

為此我們針對(duì)這些在國內(nèi)電氣系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)普遍存在而又常見的有共性的技術(shù)問題，* 門精心比照分析，研究了許多國外引進(jìn)的大系統(tǒng)集成項(xiàng)目，自動(dòng)化控制程度比較高的比較經(jīng)典的控制系統(tǒng)時(shí)。發(fā)現(xiàn)有許多是常被我們?cè)O(shè)計(jì)師所忽略的細(xì)節(jié)，往往認(rèn)為是“多余”的或者是認(rèn)為可以“節(jié)省”開銷的部件，似乎那些接口件去掉照樣可以工作。常常是在設(shè)計(jì)時(shí)從成本角度考慮被“精簡(jiǎn)”掉了。

我們對(duì)那些可“精簡(jiǎn)多余”接口部件進(jìn)行分析研究后又在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地試驗(yàn)后方知,它在構(gòu)成系統(tǒng)整體時(shí)存在的必要性，和選好對(duì)應(yīng)匹配的接口,是對(duì)系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行的可靠保障。尤其是準(zhǔn)確 度要求比較高的機(jī)械電氣合一的數(shù)控項(xiàng)目中尤為重要。為此我們引進(jìn)了好而又成熟的技術(shù)，吸收消化了許多細(xì)節(jié)的處理方法。* 門設(shè)計(jì)了半國產(chǎn)化的MHM-02A/B型雙高速光柵隔離耦合器和MHM-06雙高速差模信號(hào)轉(zhuǎn)換器接口。而且分別還有多種輸出方式，可以滿足國內(nèi)外現(xiàn)有形式的PLC控制器的要求。它已經(jīng)在許多PLC數(shù)控系統(tǒng)上，尤其是在那些問題系統(tǒng)上、在老系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控改造項(xiàng)目上實(shí)際應(yīng)用得到了驗(yàn)證。使控制精度有非常顯著提高，使理論設(shè)計(jì)精度與實(shí)際得到的效果完全吻合。的確是“多”而不“余”，著實(shí)能解決掉問題，起到事半功倍立竿見影的效果。從而再回* 發(fā)現(xiàn)國際上許多* 品牌的產(chǎn)品為什么和我們的同類產(chǎn)品相比會(huì)有相當(dāng)?shù)牟罹嗄?？?xì)細(xì)比較我們的確是把知其所以，而不知其所以然的精華給忽略掉了。

旋轉(zhuǎn)編碼器、光柵尺基本原理：將光源、圓型的旋轉(zhuǎn)編碼盤(編碼盤的線數(shù)有360線到2400線數(shù)不同)和光電檢測(cè)器件等組合在一起構(gòu)成的通常稱光電旋轉(zhuǎn)編碼器，碼盤的線數(shù)決定了旋轉(zhuǎn)角精度。同樣兩塊長光柵(動(dòng)尺和定尺)光柵的單位密度也決定了其單位精度，與光電檢測(cè)器件等組合在一起構(gòu)成的光柵傳感器通常稱為光柵尺。

旋轉(zhuǎn)編碼器每旋轉(zhuǎn)一格光柵角，每一個(gè)光柵電信號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)旋轉(zhuǎn)角或光柵尺每輸出一個(gè)電信號(hào)，動(dòng)尺移動(dòng)一個(gè)柵距，輸出電信號(hào)便變化一個(gè)周期.

 
通過對(duì)信號(hào)變化周期的測(cè)量來測(cè)出動(dòng)就與定就職相對(duì)位移。目前使用的光電旋轉(zhuǎn)編碼器與光柵尺的輸出信號(hào)一般有兩種形式，一是相位角相差90o的2路方波信號(hào)，二是相位依次相差90o的4路正弦信號(hào)。這些信號(hào)的空間位置周期為W。針對(duì)輸出方波信號(hào)的光柵進(jìn)行計(jì)數(shù)，而對(duì)于輸出正弦波信號(hào)的光柵，經(jīng)過整形可變?yōu)榉讲ㄐ盘?hào)輸出進(jìn)行計(jì)數(shù)。就可以檢測(cè)。輸出方波的旋轉(zhuǎn)編碼器、光柵尺有A相、B相和Z相三個(gè)電信號(hào)，A相信號(hào)為主信號(hào)，B相為副信號(hào)，兩個(gè)信號(hào)周期相同，均為W，相位差90o。Z信號(hào)可以作為較準(zhǔn)信號(hào)以消除累積誤差。

隨著控制精度的要求提高，自動(dòng)化控制的越來越普及。自然PLC應(yīng)用得也就越來越廣泛，因此對(duì)不同性能功能組件間的連接也提出了更高的接口要求。MHM-02、03型高速光柵隔離器就是一款性能非常良好的為旋轉(zhuǎn)編碼器、光柵尺與PLC控制器之間轉(zhuǎn)換接口，同時(shí)可以對(duì)于輸出正弦波信號(hào)的光柵，經(jīng)過整形變?yōu)榉讲ㄐ盘?hào)輸出?，F(xiàn)已廣泛的應(yīng)用到許多進(jìn)口的、國產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)編碼器、光柵尺與許多進(jìn)口的、國產(chǎn)的不同類型PLC上。為此特別為自動(dòng)化過程控制系統(tǒng)推薦

特點(diǎn)：FEATURES MHM-02型、MHM-03C型品

A. MHM-02型高速光柵隔離器(采用好藍(lán)光技術(shù))可以應(yīng)用于包括微處理器系統(tǒng)TTL與PLC之間數(shù)據(jù)高速傳輸轉(zhuǎn)換接口(如解決雷諾德旋轉(zhuǎn)編碼器輸出與PLC控制器之間轉(zhuǎn)換接口、應(yīng)用于西門子FM350-2高速計(jì)數(shù)模塊)、電動(dòng)機(jī)數(shù)字光電編碼器、光柵尺與PLC控制器之間轉(zhuǎn)換接口、變頻器脈沖信號(hào)與PLC控制器之間的信號(hào)傳輸、數(shù)據(jù)輸入/輸出轉(zhuǎn)換接口、微處理器系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)外設(shè)接口、還特別適用于電機(jī)控制應(yīng)用等* 域。尤其是能克服工控系統(tǒng)復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下的強(qiáng)干擾，將強(qiáng)電傳動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和遠(yuǎn)程PLC控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間電氣隔離，排除強(qiáng)電場(chǎng)、強(qiáng)磁場(chǎng)等電氣干擾。MHM-02型高速光電耦合模塊可以分隔系統(tǒng)和有效保護(hù)較為敏感的電路，有效地提高了系統(tǒng)之間的抗干擾性能，為工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的高低電壓之間提供一個(gè)完全物理隔離的**接口。

B. MHM-02型高速光柵隔離器常規(guī)產(chǎn)品輸入，有PLC電平接口02A、有TTL電平接口02B，特殊要求可定制。輸出，有推挽型和集電極開路輸出型02AO、02BO，還有固定TTL電平輸出02AT、02BT，三種任選一種。

C.結(jié)構(gòu)上采用了片狀模塊卡口式結(jié)構(gòu)，可直接卡入標(biāo)準(zhǔn)道軌安裝，安裝拆卸維護(hù)方便?？梢远嗥o湊疊合安裝在標(biāo)準(zhǔn)道軌上DIN，可節(jié)省和替代控制柜輸入、輸出接線端子。

技術(shù)參數(shù) SPECIFICATIONS

輸入?yún)?shù)

INPUT DATA

工作電壓范圍

Operating Voltage Range

5 - 24 V

輸入接口電壓類型

Input  Voltage

A型為PLC電平0 - 24 V ，B型為TTL電平0 - 5V

典型輸入電流

Type Input Current With Un

5 mA

典型傳輸頻率

Transmission Frequency

MHM02A/B 0 - 800 KHz ，MHM-02AO/BO 0 - 500KHz

輸出參數(shù)

OUTPUT DATA

輸出高電平

High Level Output Voltage

常規(guī)輸出高電平為模塊工作電壓減 1V (DC)

輸出低電平

Low Level Output Voltage

常規(guī)輸出低電平為 < 0.4V ( Io = 25 mA )

連續(xù)負(fù)載電流輸出電流

Continuous Load Current

常規(guī)輸出25 mA   \\\\   集電極開路型 100 mA

典型開關(guān)速度

Switch – Off Delay

0.5  us

典型運(yùn)行參數(shù)

TYPE GENERAL DATA

輸入輸出隔離電壓

Isolation Voltage in / out

2500  V

工作溫度范圍

Operating Temperature Range

-20 - +70 ℃

外形尺寸

Outside dimension

80mm ( H ) × 25mm ( W ) × 59mm ( D ) DIN

注：MHM-02AT型輸入為PLC電平、MHM-02BT型輸入為TTL電平，模塊工作電源范圍可DC 8 – 30 V，輸出固定為TTL電平。

MHM-02AO型輸入為PLC電平、MHM-02BO型輸入為TTL電平，模塊的工作電源范圍可DC 5 – 30 V，輸出為集電極開路OC。

數(shù)控機(jī)床上的光柵尺在應(yīng)用PLC高速計(jì)數(shù)器時(shí)往往會(huì)碰到，計(jì)數(shù)器與輸入計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)的脈沖電平不匹配、旋轉(zhuǎn)編碼器、光柵尺數(shù)據(jù)輸出是TTL電平，而PLC高速計(jì)數(shù)器卻要求接受的是0 - 24v傳輸脈沖信號(hào)、有的編碼器為了提高編碼器的可靠性，提供A+、A-，B+、B-，Z+、Z- 對(duì)稱反相計(jì)數(shù)脈沖或者提供A+、A-，B+、B-，Z+、Z- 對(duì)稱反向的正弦矢量信號(hào)，但PLC高速計(jì)數(shù)器接收的計(jì)數(shù)脈沖是單相脈沖。使用者沒有選用合適的接口而放棄了其中一相(是為提高系統(tǒng)抗干擾能力而提供的雙相計(jì)數(shù)脈沖)進(jìn)行計(jì)數(shù)。

又如在應(yīng)用旋轉(zhuǎn)編碼器、光柵尺的場(chǎng)合非單方向勻速運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)速度是時(shí)快時(shí)慢、時(shí)動(dòng)時(shí)靜止、時(shí)正時(shí)反的不確定性、或者在運(yùn)動(dòng)速度非常低的場(chǎng)合，如果接口沒有匹配處理好是非常容易發(fā)生計(jì)數(shù)誤差的、還有脈沖數(shù)據(jù)傳輸距離稍長些，脈沖傳輸過程中會(huì)產(chǎn)生脈沖波形奇變。

數(shù)控機(jī)床上的光柵尺有許多應(yīng)用場(chǎng)合雖然計(jì)數(shù)脈沖頻率不高，而忽略了PLC高速脈沖計(jì)數(shù)器對(duì)計(jì)數(shù)脈沖的沿口是有速率要求(脈沖形成的上升、下降沿口響應(yīng)速度要陡峭)，尤其是在應(yīng)用線數(shù)比較高的編碼器在低速運(yùn)行時(shí)，由于機(jī)械運(yùn)動(dòng)必然產(chǎn)生細(xì)微斗動(dòng)或者編碼器前* 安有變速齒輪，就很容易會(huì)引起編碼脈沖前后沿口上出現(xiàn)鋸齒口。還有長期機(jī)械運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生磨損，使間隙變大也會(huì)引起編碼脈沖前后沿口上出現(xiàn)鋸齒口。