编码器干扰问题

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       编码器是驱动系统中非常关键的测量位置或转速的物理组件。其反馈的位置或转速的信号的稳定性，精确度直接影响系统的稳态精度，动态响应甚至于系统稳定性。我们将给大家分享一下有关编码器系统有关于干扰等问题。
主要的内容包括：
1） 影响编码器信号的几种情况，包括编码器的机械安装、编码器类型、编码器电源系统、编码器的长线传输及电缆；
2） 对于编码器的有关于EMC的安装指导，将在后续推文中分享给大家；
3） 总结有关模拟量类型的测速装置；
4） 现场的案例分析，典型案例：由于安装带来的信号缺失问题、变频器干扰、长线传输及模拟测速装置的干扰等；
5） 总结
1  影响编码器信号的几类情况
1.1  编码器机械安装

为了避免错误的安装损坏编码器，必须注意径向和轴向力不能超过额定轴载荷。否则将损伤编码器的轴与轴承，进而会损坏编码器的光栅等从而影响编码器的输出信号质量。

编码器与电机轴的连接方式有多种方式，比如通过弹性联轴器连接，法兰连接等。下图中以霍伯纳AMG11绝对值编码器为例，给大家介绍一下编码器实轴与电机轴法兰连接的机械安装要求：

平行不对中允许值（*对应特殊版本）

角度偏差允许值

轴向移动允许范围（*对应特殊版本）

对于选用不同的编码器类型请参考对应厂家的安装说明书所提供的数据。在安装编码器的过程中禁止不恰当的敲击，从而损伤轴承等。

编码器安装示意

1.2  编码器信号类型

HTL增量式编码器（1024/2048 S/R）   

2极/多极旋转变压器

正余弦1VPP增量式编码器

EnDat绝对值编码器

当然，还有其他信号传输协议的编码器。但都是数字信号。

1.3  编码器供电系统

数字编码器的供电一般是宽电压范围，典型供电为24V或5V。

LINDE861900220-222编码器技术数据

霍伯纳FGH6增量编码器技术数据

1.4  编码器信号传输电缆

一般编码器信号电缆选择双绞双屏蔽类型，对于编码器的高分辨率、信号高速传输要求，传输电缆必须具备高频响应、高频热损、抗串音特性、抗干扰性能优异、长距离传输低衰减、小延迟等特性。

首先需要考虑的多股超细高纯无氧铜的芯线合编。由于编码器信号是包含大量高频成分（波形）和低频（能量），因此需要选用具有高频特性的多股超细纯铜线。

?? 抗高频热损：优质高纯度的铜材，确保电磁波散射高频热损最小，传导最佳。同时确保高频信号径向反射效应损耗最小，以及高频信号特有的集肤效应，电磁波大都在导线表面传播，多股超细芯线的表面传输比最高，而且可以获得极佳的高频响应特性。
?? 长距离的低衰减、延迟，反射波重合:超细多股的芯线及对绞的构造，使得电磁波聚集在导线表面传输，其传播中的表面螺旋距离及反射距离较短，至接收端的总螺旋距离及反射距离相对更短，反射波与原始波的叠加几乎可以重合在一起，保证极佳的高频响应特性，极小的高频热损，保证信号衰减、延迟最小。
同时，工作直流电源线必须特别加粗，以保证长距离电源压降损耗的减小。

比如海德汉专用编码器电缆的信号延迟参数为6ns/m。

?? 散射：导线内的杂质将引起电磁波的散射衰减；
?? 反射：导线内的表面反射波与终端反射波将与原波叠加，多走表面与无延迟（极低延迟），可保证反射波与原始波完全重合，不干扰破坏原本波形。
双绞配对抗串音：
?? 串音干扰：信号电缆线不仅仅要对抗外部干扰和自身传输中的反射与散射波，还需要防止同一个信号电缆上的其他相位信号的串音干扰。
        因此信号电缆为每一对配对信号回路芯线设计了双对绞，对绞节距合理设置并相互错开，确保串音干扰最小。配对信号是互为180度反相的信号。例如，编码器的（A+，A-）（B+，B-）等。

互为180度反相的信号，在经过电磁波的傅里叶变换的分解分析后，所有分解频率的电磁波均互为反相，在外部看电磁场变化贡献几乎为0，这不仅使这对配对信号不会有相互串音，也能将对其他相位的传输信号串音干扰降到最低。双绞的节距设计，取决于信号频率段的选择及实验，以保证螺旋磁场影响最小，百米延迟时间最小。

?? 高密超细的屏蔽层：防止外部高频串入，提升抗干扰特性。以高遮密度的网状铜线覆包电缆的屏蔽构造，细密而高导通率、高响应频率的屏蔽镀锡铜线，以最大的吸收与最快的传导而遮蔽与过滤外部对信号的干扰，以确保传输信号的干扰最小。

典型的屏蔽双绞编码器电缆

1.5  EMC的安装

在双屏蔽的编码器电缆上，外部屏蔽层两侧，内部屏蔽层一侧安装在驱动连接上。

整个驱动系统编码器信号传输路径，在后续的推文中将给大家介绍有关于EMC的安装。

2  模拟测速电机

除各类数字量的测速装置外，在驱动系统中经常会用到模拟测速机。在西门子直流驱动系统中预留这样的信号接口，在很多传统应用中，比如龙门机床的主轴，挤出设备，冶金轧机等，依旧采用。

模拟量信号在信号传输过程的衰减，背景噪声，模拟电路的零飘等方面，相较于数字量信号更容易受电磁干扰。

本文转载自：西门子工业技术论坛