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1 接口海德汉编码器 2015 年 3 月

2 接口 承担编码器与后续电子电路间信号传输功能的接口必须确保可靠的数据通信 海德汉提供可连接许多通用后续电子电路接口的编码器 每一种应用所用的接口主要由编码器的测量方法决定 测量步骤对于增量测量法, 位置信息通过计算自某个原点开始的每一个增量值 ( 步距数 ) 得到 由于需要用绝对原点确定位置, 还需要输出参考点信号 通常, 增量测量法的编码器输出增量信号 部分带接口电子电路的增量式编码器有计数功能 : 一旦完成参考点回零, 就形成绝对位置值并通过串行接口输出 注意特殊编码器可具有其它接口性能, 例如屏蔽性能 对于绝对测量法, 绝对位置信息直接由测量基准的光栅确定 位置值在编码器得电时立即提供并可被后续电子电路随时调用 绝对式测量法的编码器输出位置值 部分接口也提供增量信号 绝对式编码器不需要执行参考点回零, 在连续生产系统, 传送线或多轴机床应用中具有突出的优点 而且, 还具有优异的抗电磁干扰性能 接口电子电路海德汉公司的接口电子电路用于将编码器信号调整为可连接后续电子电路接口的信号 如果后续电子电路不能直接处理海德汉编码器的输出信号, 或如果还需要细分信号时需用接口电子电路 更多信息, 参见接口电子电路产品介绍 本样本是以前样本的替代版, 所有以前版本均不再有效 订购海德汉公司的产品仅以订购时有效的样本为准 2

3 目录 增量信号 正弦信号 1 V PP 电压信号可被高倍频细分 4 11 µa PP 电流信号可细分 6 方波信号 TTL RS 422, 典型电压 5 V 7 HTL 典型电压 10 V 至 30 V 10 HTL 典型电压 10 V 至 30 V, 无反相信号 位置值 串口 EnDat 双向接口 带增量信号 12 无增量信号 西门子 特定公司信息 无增量信号 15 发那科 特定公司信息 无增量信号 三菱 特定公司信息 无增量信号 松下 特定公司信息 无增量信号 安川 特定公司信息 无增量信号 PROFIBUS- DP 总线 现场总线无增量信号 16 PROFINET IO 基于以太网的现场总线无增量信号 18 SSI 同步串口带增量信号 20 其它信号 换向信号 条块换向 22 正弦换向 23 限位 / 回零 限位开关 24 位置检测 25 更多信息 接口电子电路 26 诊断和测试设备 28 一般电气信息 32 3

4 增量信号 1 V PP 正弦信号 1 V PP 输出信号的海德汉编码器的电压信号支持高倍频细分 正弦增量信号 A 和 B 的典型幅值为 1 V PP, 相位差为 90 电子角 图示的输出信号顺序 - 信号 B 滞后 A- 适用于图示运动方向 参考点信号 R 的有效分量 G 约为 0.5 V 在参考点两旁, 输出信号最多可减小 1.7 V 至静电平 H 这个电平不应带动后续电路动作 在信号电平下降区, 也有幅值为 G 的信号峰值 信号幅值数据适用于编码器的供电质量符合技术参数中要求 它是用差分测量法在相应输出端间 120 ohm 的终端电阻时测得的 信号幅值随频率的提高而衰减 截止频率代表保持原信号幅值一定百分比的扫描频率 : 3 db 信号幅值的 70 % 6 db 信号幅值的 50 % 信号说明中的数据适用于不超过截止频率 3 db 的 20% 的运动 细分 / 分辨率 / 测量步距 1 V PP 接口的输出信号通常在后续电子电路中进行细分, 以达到足够高分辨率 对于速度控制, 细分倍数通常高于 1000, 以便在低转速或低速直线运动时也能得到有效速度信息 接口 增量信号 参考点信号 连接电缆 电缆长度传输时间 正弦电压信号 1 V PP 两路近正弦信号 A 和 B 信号幅值 M: 0.6 至 1.2 V PP ; 典型值 1 V PP 对称偏差 P N /2M: 幅值比 M A /M B : 0.8 至 1.25 相位角 /2: 90 ± 10 电子角 1 个或多个信号峰值 R 有效分量 G: 静电平 H: 切换阈值 E,F: 零点宽度 K,L: 信号周期 360 电子角 0.2 V 1.7 V 0.04 V 至 0.68 V 180 ± 90 电子角 海德汉屏蔽电缆例如 PUR [4(2 x 0.14 mm 2 ) + (4 x 0.5 mm 2 )] 最长 150 m, 分布电容为 90 pf/m 时 6 ns/m 这些值用于确定后续电子电路规格 有关编码器公差范围, 参见技术参数部分 对于无内置轴承编码器, 建议工作初期用更小公差 ( 参见安装说明 ) 用于位置测量的推荐测量步距, 参见技术参数 对于特殊应用, 可选其它分辨率 短路稳定性工作时不允许输出端短路 例外情况 : 对于 5 V DC ± 5 % 供电电压的编码器, 如果一路信号输出短时与 0 V 或 U P 短路不会导致编码器失效 短路发生在 20 C 125 C 一路输出 < 3 min < 1 min 全部输出 < 20 s < 5 s ( 额定值 ) 其它信号波形 A B R 测量值为示波器用差分测量的结果 截止频率典型信号幅值与输出频率关系曲线 ( 取决于编码器 ) 信号幅值 [%] 4-3 db 截止频率 -6 db 截止频率 输出信号频率 [khz]

5 监测增量信号建议用以下灵敏度电平监测信号幅值 M: 下阈值 : 0.30 V PP 上阈值 : 1.35 V PP 增量信号幅值可被监测, 例如用所得位置指示的长度监测 : 示波器将输出信号 A 与 B 在 XY 图中显示为李萨如图形 理想正弦信号生成直径为 M 的圆形 这时, 显示的位置指示 r 相当于 M 因此, 公式为 r = (A 2 +B 2 ) 条件是 0.3 V < 2r < 1.35 V 后续电子电路的输入电路 规格运算放大器, 例如 MC Z 0 = 120 R 1 = 10 k 和 C 1 = 100 pf R 2 = 34.8 k 和 C 2 = 10 pf U B = ±15 V U 1 约 U 0 增量信号 A 时间 [t] 时间 [t] 增量信号 B 电路的 3 db 截止频率 450 khz 50 khz 对于 C 1 = 1000 pf 和 C 2 = 82 pf 50 khz 版的电路带宽较小, 但电路的抗噪能力较高 电路输出信号 U a = 3.48 V PP 典型值增益 3.48 增量信号参考点信号 R a < 100, 典型值 24 C a < 50 pf SI a < 1 ma U 0 = 2.5 V ± 0.5 V ( 相对 0 V 电源电压 ) 编码器 后续电子电路 高信号频率的后续电子系统的输入电路 增量信号参考点信号 LIP 281 编码器 后续电子电路 对高信号频率的编码器 ( 例如 LIP 281), 需特殊输入电路 规格运算放大器, 例如 AD 8138 Z 0 = 120 R 1 = 681 ;R 2 = 1 k ;R 3 = 464 C 0 = 15 pf;c 1 = 10 pf +U B = 5 V; U B = 0 V 或 5 V R a < 100, 典型值 24 C a < 50 pf SI a < 1 ma U 0 = 2.5 V ± 0.5 V ( 相对 0 V 电源电压 ) 电路的 3 db 截止频率 10 MHz 电路输出信号 U a = 1.47 V PP 典型值增益

6 增量信号 11 µa PP 正弦信号 11 µa PP 接口的海德汉公司的编码器输出电流信号 用于连接 ND 系列数显装置或海德汉公司的 EXE 脉冲型电子电路 正弦增量信号 I 1 与 I 2 的相位差为 90 电子角, 典型信号幅值为 11 µa PP 图示的输出信号顺序 I 2 滞后 I 1 适用于图示运动方向和长度计测量杆缩回运动 参考点信号 I 0 的有效分量 G 约为 5.5 µa 信号幅值数据适用于编码器的供电电压符合技术参数中要求 这是指相应输出信号间的差分测量结果 信号幅值随频率的提高而衰减 截止频率代表保持原信号幅值一定百分比的扫描频率 : -3 db 截止频率 : 信号幅值的 70 % 6 db 截止频率 : 信号幅值的 50 % 接口 正弦电流信号 11 µa PP 增量信号 两路近正弦信号 I 1 与 I 2 信号幅值 M: 7 至 16 µa PP / 典型值 11 µa PP 不对称性 IP NI/2M: 幅值比 M A /M B : 0.8 至 1.25 相位角 I 1 + 2I/2: 90 ± 10 电子角 参考点信号 一个或多个信号峰值 I 0 有效分量 G: 2 µa 至 8.5 µa 切换阈值 E,F: 0.4 µa 零点宽度 K,L: 180 ± 90 电子角 连接电缆 电缆长度传输时间 海德汉屏蔽电缆 PUR [3( mm 2 ) + (2 1 mm 2 )] 最长 30 m, 分布电容为 90 pf/m 6 ns/m 信号周期 360 电子角 细分 / 分辨率 / 测量步距 11 µa PP 接口的输出信号通常在海德汉公司的后续电子电路 ND 数显装置或 EXE 脉冲波形滤波电子电路中细分, 以获得足够高分辨率 ( 额定值 ) 6

7 TTL 方波信号 TTL 输出信号的海德汉编码器自带正弦扫描信号的数字化电子电路, 分为带和不带细分电路两大类 增量信号以相位差为 90º 电子角的系列方波脉冲信号 U a1 和 U a2 进行传输 参考点信号包括一个或多个参考脉冲 U a0, 它由增量信号触发 此外, 内置电子电路还生成其反相信号, 和, 实现无噪声信号传输 图示的输出信号顺序 - 信号 U a2 滞后 U a1 - 适用于图示运动方向 故障检测信号 代表故障状态, 如电源断电 光源失效等 用于自动化生产中的机床停机等目的 接口 增量信号 参考点信号脉冲宽度延迟时间 故障检测信号 脉冲宽度 信号幅值 方波信号 TTL 两路 TTL 方波信号 U a1,u a2 与其反相信号, 一个或多个 TTL 方波脉冲 U a0 以及其反相脉冲 90 电子角 ( 如果需要其他脉冲宽度, 可按要求提供 ) t d 50 ns 单 TTL 方波脉冲 故障时 : 低电平 ( 可选 :U a1 /U a2 高阻抗 ) 正常时 : 高电平 t S 20 ms 符合 EIA 标准 RS-422 的差分线路驱动器 增量信号 U a1 和 U a2 的两个相邻沿间的距离通过 1 倍频 2 倍频或 4 倍频处理后得到一个测量步距 后续电子电路必须能检测到方波脉冲的每个沿 技术参数 中的最小边缘间距 a 适用于电缆长度为 1 m 的指定输入电路并相对差分信号接收电路输出端的测量值 允许负载 Z 相应输出信号间 I L 20 ma 每路输出的最大负载 (ERN 1x23:10 ma) C load 1000 pf 相对 0 V 输出端有对 0 V 短路的保护 切换时间 (10 % 至 90 %) 连接电缆 电缆长度传输时间 t + / t 30 ns(10 ns 典型值 ) 1 m 电缆和推荐的输入电路时 海德汉屏蔽电缆例如 PUR [4( mm 2 ) + (4 0.5 mm 2 )] 最长 100 m( 最长 50 m), 分布电容为 90 pf/m 典型值 6 ns/m 信号周期 360º 电子角 故障 注意部分编码器不输出参考点信号 故障检测信号或其反相信号 请见它的接头信号编号 4 倍频处理后的测量步距 反相信号,, 未图示 7

8 编码器和 5 倍频细分 ( 或更高 ) 的细分电子电路都提供时钟输出信号 它们从内部时钟获取边缘间距 同时, 时钟频率决定增量信号允许的输入频率 (1 V PP 或 11 µa PP ) 并进而决定最高允许的运动速度或轴速 : a nom = 1 4 IPF fe nom a nom 名义边缘间距 IPF 细分倍数 fe nom 名义输入频率 内部时钟发生器的公差对输出信号和输入频率 f e 的边缘间距有影响, 因此影响运动速度和轴速 边缘间距数据已考虑 5 % 的公差因素 : 不标注名义边缘间距, 而是标注最小边缘间距 a min 另外, 最高允许输入频率必须考虑不小于 5 % 的公差 这意味着最大允许运动速度或轴速也相应降低 通常无细分功能的编码器和细分电子电路没有时钟输出信号 在技术参数中, 标注最高允许输入频率的最小边缘间距 a min 如果输入频率降低, 边缘间距相应增大 不同电缆在传输时间的差异使每米电缆另外减小边缘间距 0.2 ns 为避免计数错误, 必须考虑 10 % 的安全余量, 且后续电子电路的设计需能处理不低于 90 % 的边缘间距 请注意 : 严禁超过最大允许轴速或运动速度, 原因是可能造成不可修正的计数错误 计算举例 1 LIDA 400 直线光栅尺要求 : 显示步距 0.5 µm, 运动速度 1 m/s, 输出信号 TTL, 连接到后续电子电路的电缆长度为 25 m 后续电子电路需处理的最小边缘间距是多少? 选择细分倍数 20 µm 栅距 :0.5 µm 显示步距 = 40 倍细分后续电子电路的信号处理 4 倍细分 10 倍选择边缘间距运动速度 60 m/min( 相当于 1 m/s) + 公差值 5 % 63 m/min 技术参数选择 : 下个 LIDA 400 版 120 m/min( 技术参数数据 ) 最小边缘间距 0.22 µs ( 技术参数数据 ) 确定后续电子电路必须处理的边缘间距 减去不同电缆传输时间的差异 每米 0.2 ns 如果电缆长度 = 25 m 5 ns 得到边缘间距 µs 减去 10% 安全余量 µs 后续电子电路的最小边缘间距 µs 计算举例 线的 ERA 4000 角度编码器要求 : 测量步距 0.1", 输出信号 TTL( 需 IBV 外部接口电子电路 ), IBV 到后续电子电路的电缆长度 = 20 m, 后续电子电路可处理的最小边缘间距 = 0.5 µs( 输入频率 = 2 MHz) 旋转速度可达多少? 选择细分倍数 线相当于 40" 信号周期信号周期 40": 测量步距 0.1" = 400 倍细分后续电子电路的信号处理 4 倍 IBV 的细分倍数 100 倍计算边缘间距后续电子电路允许的边缘间距 0.5 µs 这相当于所得边缘间距的 90 % 因此 : 得到边缘间距 µs 减去不同电缆传输时间的差异每米 0.2 ns 如果电缆长度 = 20 m 4 ns IBV 102 的最小边缘间距 0.56 µs 选择输入频率根据产品信息, 输入频率, 则可设置 IBV 102 的边缘间距 下个适用边缘间距 µs 100 倍细分时输入频率 4 khz 计算允许的轴速减去 5 % 公差 3.8 khz 结果是每秒 3800 个信号或每分钟 个信号 对 线的 ERA 4000 意味着 : 最大允许旋转速度 6.95 rpm 8

9 TTL 方波信号传给后续电子电路所允许的电缆长度取决于边缘间距 a 值 最大允许长度为 100 m 或如有故障检测信号则为 50 m 其前提条件是必须保证编码器端的供电质量 ( 参见技术参数 ) 可以用传感器线测量编码器端电压, 并根据需要用自动控制系统 ( 远程传感器电源 ) 进行补偿 咨询海德汉后, 可提供更大电缆长度 允许的电缆长度相对边缘间距 电缆长度 [m] 无 有 边缘间距 [µs] 后续电子电路的输入电路 规格 IC 1 = 推荐的差分接收电路 DS 26 C 32 AT 仅限 a > 0.1 µs: AM 26 LS 32 MC 3486 SN 75 ALS 193 增量信号参考点信号 故障检测信号 编码器 后续电子电路 R 1 = 4.7 k R 2 = 1.8 k Z 0 = 120 C 1 = 220 pf( 用于提高抗噪性能 ) 9

10 增量信号 HTL 方波信号 HTL 输出信号的海德汉编码器自带正弦扫描信号的数字化电子电路, 分为带和不带细分电路两大类 增量信号以相位差为 90º 电子角的系列方波脉冲信号 U a1 和 U a2 进行传输 参考点信号包括一个或多个参考脉冲 U a0, 它由增量信号触发 此外, 内置电子电路还生成其反相信号, 和, 实现无噪声信号传输 ( 不适用于 HTL 信号 ) 图示的输出信号顺序 - 信号 U a2 滞后 U a1 - 适用于图示运动方向 故障监测信号 代表故障状态, 如光源失效等 用于自动化生产中的机床停机等目的 增量信号 U a1 和 U a2 的两个相邻沿间的距离通过 1 倍频 2 倍频或 4 倍频处理后得到一个测量步距 后续电子电路必须能检测到方波脉冲的每个沿 技术参数中的最小边缘间距 a 是在给定的差分输入电路的输出端测量 为避免计数误差, 后续电子电路的设计必须至少能处理 90 % 边缘间距 a 的信号 严禁超出最大允许的轴速或运动速度 接口 增量信号 参考点信号 脉冲宽度延迟时间 故障检测信号 脉冲宽度 HTL, HTL 方波信号 两路 HTL 方波信号 U a1,u a2 和其反相信号, (HTL 无, ) 一路或多路 HTL 方波脉冲 U a0 和其反相脉冲 (HTL 无 ) 90 电子角 ( 如果需要其他脉冲宽度, 可按要求提供 ) t d 50 ns 一路 HTL 方波脉冲 故障时 : 低电平正常时 : 高电平 t S 20 ms 信号电平 U H 21 V, I H = 20 ma 时 供电电压 U L 2.8 V, I L = 20 ma 时 U P = 24 V, 无电缆 允许负载 I L 100 ma 每路输出最大负载,( 不含 ) C load 10 nf 相对 0 V 最长 1 分钟与 0 V 和 U P 的输出短路性能 ( 不含 ) 切换时间 (10 % 至 90 %) 连接电缆 电缆长度 传输时间 t + /t 200 ns( 不含 ) 1 m 电缆和推荐的输入电路 海德汉屏蔽电缆例如 PUR [4( mm 2 ) + (4 0.5 mm 2 )] 最长 300 m(htl 最长 100 m) 分布电容为 90 pf/m 时 6 ns/m 信号周期 360º 电子角 故障 4 倍频处理后的测量步距 反相信号,, 未图示 HTL 信号的增量式编码器允许的电缆长度取决于编码器输出频率 有效供电电压和工作温度 电缆长度 [m] HTL HTLs HTL 输出信号的编码器电流消耗取决于输出频率和连接后续电子电路所用的电缆长度 输出信号频率 [khz] 10

11 后续电子电路的输入电路 HTL 增量信号参考点信号 编码器 后续电子电路 故障检测信号 HTL 增量信号参考点信号 编码器 后续电子电路 故障检测信号 11

12 位置值串口 EnDat 信号接口是一种用于编码器的双向数字接口 它传输位置值, 也传输或更新保存在编码器中的信息或保存新信息 由于采用串行数据传输方式, 它只需要四条信号线 数据传输保持与后续电子电路时钟信号同步 传输的数据类型 ( 位置值 参数或诊断信息等 ) 通过后续电子电路发至编码器的模式指令选择 有些功能只用于 EnDat 2.2 模式指令 接口数据传输数据输入数据输出 EnDat 串行双向 位置值, 参数和附加数据 差分线路接收器, 基于 EIA RS 485 标准的 CLOCK,CLOCK,DATA 和 DATA 信号 差分线路驱动器, 基于 EIA RS 485 标准的 DATA 和 DATA 信号 历史和兼容性诞生于 90 年代中期的 EnDat 2.1 接口已升级到 EnDat 2.2 版 ( 建议在新应用中采用 ) EnDat 2.2 的通信 指令集和时间条件兼容 2.1 版, 但有更明显优点 例如, 它能随位置值一起传送附加数据 ( 例如传感器值, 诊断信息等 ), 而无需单独请求发送 这说明它支持更多编码器类型 ( 例如带后备电池, 增量式编码器等 ) 接口协议也得到扩展, 时间条件 ( 时钟频率 处理时间 恢复时间 ) 进一步优化 支持的编码器类型 EnDat 2.2 接口现在支持以下编码器类型 ( 该信息从编码器的存储区读取 ): 增量式直线光栅尺 绝对式直线光栅尺 增量式单圈旋转编码器 绝对式单圈旋转编码器 多圈旋转编码器 带后备电池的多圈旋转编码器有些情况时, 不同编码器型号的参数的含义不同 ( 参见 EnDat 技术参数 ) 或必须处理 EnDat 的附加数据 ( 例如增量式编码器或后备电池编码器 ) 位置值沿箭头方向运动为增加 ( 参见编码器的 规格 ) 增量信号 订购标识订购标识定义主要技术参数并提供以下信息 : 典型供电电压范围 指令集 是否有增量信号 最高时钟频率订购标识的第二个字符代表接口版本 对于最新接口版本的编码器, 订购标识从编码器存储器读取 增量信号部分编码器也提供增量信号 通常用于提高位置值分辨率或用于第二个后续电子电路系统 最新接口版本的编码器的内部分辨率高, 因此不需要提供增量信号 订购标识提供编码器输出增量信号的信息 : EnDat 01 有 1 V PP 增量信号 EnDat H 有 HTL 增量信号 EnDatT 有 TTL 增量信号 EnDat21 无增量信号 EnDat02 有 1 V PP 增量信号 EnDat22 无增量信号 有关 EnDat01/02 的说明 : 信号周期保存在编码器存储器中 取决于编码器 1 V PP,TTL,HTL( 参见相应增量信号 ) 供电电压编码器的典型供电电压与接口有关 : EnDat01 EnDat21 EnDat02 EnDat22 EnDatH EnDatT 5 V ± 0.25 V 3.6 V 至 5.25 V 或 14 V 10 V 至 30 V 4.75 V 至 30 V 技术参数中的例外情况 指令集指令集提供有关可用模式指令信息, 它决定编码器与后续电子电路间的信息交换 EnDat 2.2 指令集包括全部 EnDat 2.1 的模式指令 此外,EnDat 2.2 还提供更多模式指令, 用于选择附加数据, 访问存储器, 甚至用在闭环控制环中 EnDat 2.2 指令集的模式指令发给只支持 EnDat 2.1 指令集的编码器时, 将生成出错信息 支持的指令集保存在编码器的存储区中 : EnDat01/21/H/T 指令集 2.1 或 2.2 EnDat02/22 指令集 2.2 更多信息, 参见 EnDat 技术信息或访问 12

13 时钟频率时钟频率与电缆长度 ( 最长 150 m) 有关, 在 100 khz 与 2 MHz 之间 如果在后续电子电路中对传输延时进行补偿, 时钟频率可提高到 16 MHz, 或最大电缆长度可达 100 m 对于 EnDat x2 订购标识的 EnDat 编码器, 最大时钟频率保存在编码器存储区中 对于所有其它编码器, 最大时钟频率为 2 MHz 传输延迟时间的补偿只适用于订购标识为 EnDat 21 和 EnDat 22 的编码器, 对于 EnDat 02, 参见下面说明 电缆长度 [m] EnDat01 EnDatT EnDatH 2 MHz( 参见图中 无传输延时补偿 ) EnDat 2.1;EnDat 2.2 无传输延迟补偿 EnDat 2.2 带传输延迟补偿 时钟频率 [khz] EnDat21 EnDat02 EnDat22 2 MHz 2 MHz 或 8 MHz 或 16 MHz ( 参见说明 ) 8 MHz 或者 16 MHz 咨询海德汉公司后, 有些应用的最大电缆长度可达 300 m 位置值位置值的传输可带也可不带附加数据 超过计算时间 t cal 后不传给后续电子电路 计算时间用编码器允许的最高时钟频率确定, 但不能超过 8 MHz 附加数据根据发送数据类型 ( 通过 MRS 码选择 ), 可将附加数据的一项或两项追加到位置值中 相应编码器支持的附加数据保存在编码器参数中 最高数据传输频率 16 MHz 及大长度电缆对电缆提出极高技术要求 由于数据传输技术原因, 直接连接编码器的适配电缆不允许超过 20 m 如需更大电缆长度, 可用不超过 6 m 的适配电缆和加长电缆 通常, 对整个传输路径设计时需基于相应时钟频率 有关 EnDat02 的说明 EnDat02 编码器带一个可插式电缆组件 选择适配电缆版本时, 客户也需要确定编码器是否使用增量信号 这也影响最大允许时钟频率 对于有增量信号的适配电缆, 时钟频率限制在最高不超过 2 MHz 范围内 ; 参见 EnDat 01 对于无增量信号的适配电缆, 时钟频率最高可达 16 MHz 具体数据保存在编码器的存储区中 只传输要求位数的位置值 位数取决于相应编码器并可从编码器中读取, 方便参数的自动设置 典型操作模式操作模式 EnDat 2.1: 该模式适用于提供附加增量信号的编码器 绝对位置信息与增量位置信息同时读取, 并都用于计算位置值 否则, 基于增量信号形成控制环中的位置值 只能用 EnDat 2.1 模式指令 操作模式 EnDat 2.2: 该模式适用于纯串行编码器 该位置值在每一个控制周期中都从编码器中读取 EnDat 2.2 模式指令主要用于读取位置值 EnDat 2.1 模式指令主要用于在开机后读取和写入参数 EnDat 2.2 接口可读取位置信息和附加数据, 也能执行一些功能 ( 例如读 / 写参数, 复位出错信息等 ), 全部在闭环内 附加数据包括 : 状态信息, 地址和数据 WRN 警告 RM 参考点 Busy 参数请求 附加数据 1 诊断 位置值 2 存储参数 MRS 码确认 测试值 温度 附加传感器 附加数据 2 换向信号 加速度 限位信号 异步位置值 工作状态错误源 时间戳 13

14 存储区编码器提供多个保存参数的存储区 后续电子电路可以读取存储区中信息, 其中有些信息还允许编码器制造商 OEM 厂商甚至最终用户写入 参数数据保存在永久存储区中 该存储区只允许有限次写操作, 不能用于周期性数据保存 部分存储区可设置成写保护 ( 只能由编码器制造商复位 ) 绝对式编码器 增量信号 *) 绝对位置值 EnDat 接口 后续电子电路 1 V PP A*) 1 V PP B*) 参数保存在多个存储区中, 例如 : 编码器专有信息 OEM 信息 ( 例如电机的 电子 ID 标签 ) 工作参数 ( 原点平移, 指令等 ) 工作状态 ( 报警或提示信息 ) 工作参数 工作状态 OEM 厂商参数 编码器制造商参数 EnDat 2.1 EnDat 2.2 *) 取决于编码器,1 V PP 图示举例 EnDat 接口的监测和诊断功能用于详细检查编码器 出错信息 警示 基于评估数据的在线诊断 (EnDat 2.2) 安装接口 功能安全 基本原理 EnDat 2.2 完全支持编码器在功能安全中的应用 DIN EN ISO ( 原为 EN 954-1),EN 和 EN 为基础标准 这些标准提供了功能安全系统的评价方法, 例如基于整体部件和子系统的失效概率 这种模块化方法为功能安全系统制造商实施其全套系统提供了方便, 因为可以从合格的子系统开始 后续电子电路的输入电路 数据传输 编码器 后续电子电路 规格 IC 1 = RS 485 差分线路接收器和驱动器 Z 0 = 120 增量信号取决于编码器 ( 例如 1 V PP ) 1 V PP 14

15 公司专用串口 西门子型号标识后面有代码字母 S 的海德汉编码器表示用于连接以下西门子控制系统 DRIVE-CLiQ 接口订购标识 DQ01 发那科型号标识后面有字母 F 的海德汉编码器表示用下面方式连接发那科控制系统 发那科串行接口 接口订购标识 :Fanuc02 正常速度和高速, 双对传输 发那科串行接口 i 接口订购标识 :Fanuc05 高速, 单对传输包括 接口 ( 正常速度和高速, 双对传输 ) 三菱型号标识后面有字母 M 的海德汉编码器表示用下面方式连接三菱控制系统三菱高速接口 订购标识 :Mitsu01 双对传输 订购标识 :Mit02-4 第 1 代, 双对传输 订购标识 :Mit02-2 第 1 代, 单对传输 订购标识 :Mit03-4 第 2 代, 双对传输 安川型号标识后面有代码字母 Y 的海德汉编码器表示用于连接以下安川控制系统 安川串行接口订购标识 YEC02 松下型号标识后有代码字母 P 的海德汉编码器适用于连接以下松下控制系统 松下串行接口订购标识 Pana01 DRIVE-CLiQ 是西门子公司的注册商标 15

16 位置值 PROFIBUS-DP 串口 PROFIBUS-DP 总线 PROFIBUS 是一种非专有 开放的并符合 EN 国际标准的现场总线 通过现场总线系统连接传感器可以最大限度降低电缆连接成本和减少编码器与后续电子电路间的连线数量 拓朴结构和总线分配 PROFIBUS-DP 总线采用线性结构 它支持的传输速度最高可达 12 Mbit/s 可构成单主单元也可构成多主单元系统 每个主单元只服务于自己的从单元 ( 查询方式 ) 从单元周期性地被主单元查询 例如, 从单元可以是绝对式旋转编码器 直线光栅尺类的传感器, 也可以是电机变频器类的控制装置 物理特性 PROFIBUS-DP 总线的电气特性符合 RS- 485 标准 总线连线采用带屏蔽的双绞线双芯电缆, 其两端接有源总线端子 例如 :LC 115 型绝对式直线光栅尺 例如 : 变频器及电机 例如 :ROQ 437 型多圈旋转编码器 例如 :ROC 425 型单圈旋转编码器 例如 :RCN 8000 型绝对式角度编码器 PROFIBUS-DP 总线结构 初始配置系统配置所需的海德汉编码器的特性参数, 请见 电子数据参数表, 在网关处也称为 设备标识码 (GSD) 这些设备标识码 (GSD) 完整和准确地用明确定义的格式描述设备特性 因此可以简单和方便地将编码器集成到总线系统中且对应用友好 配置 PROFIBUS-DP 设备可根据用户要求进行配置和分配参数 一旦用配置工具并在 GSD 文件帮助下完成这些设置, 它们将被保存在主单元中 然后, 在网络每次启动时将配置 PROFIBUS 设备 因此, 它能简化设备的更换 : 无需编辑或重新输入配置数据 有两个可选的不同 GSD 文件 : DP-V0 框架的 GSD 文件 DP-V1 和 DP-V2 框架的 GSD 文件 * EnDat 接口 16

17 PROFIBUS-DP 框架 PNO(PROFIBUS 用户组织 ) 为连接绝对式编码器与 PROFIBUS-DP 定义了一套标准的和非专有的框架 以此确保使用这些标准化框架的整个系统配置灵活和简单 DP-V0 框架如需该框架, 请用订购号 向德国卡尔斯鲁厄 (Karlsruhe) 的 Profibus 用户组织 (PNO) 订购 框架中定义了两个等级, 等级 1 提供最基本功能 ; 等级 2 支持附加功能, 其中部分功能为可选功能 DP-V1 和 DP-V2 框架如需该框架, 请用订购号 向德国卡尔斯鲁厄 (Karlsruhe) 的 Profibus 用户组织 (PNO) 订购 该框架也区分两类设备 : 等级 3 有基本功能和 等级 4 全面标度和预设功能 除等级 3 和 4 的强制功能外, 还能定义可选功能 支持的功能分布式现场总线系统最重要的功能是诊断功能 ( 例如警告和报警 ) 和有关编码器类型 分辨率和测量范围的电子 ID 标签方面的信息 而且还支持编程功能, 例如变换计数方向 预设点 / 零点平移和修改分辨率 ( 缩放 ) 还能记录编码器工作时间和速度 PROFIBUS-DP 的编码器内置 PROFIBUS-DP 接口的绝对式编码器可直接连接 PROFIBUS 编码器背面的 LED 指示灯显示供电和总线工作状态 用于寻址 (0 至 99) 和选择终端电阻的编码开关可以很容易地在总线壳下找到 如果旋转编码器是 PROFIBUS-DP 的最后一个设备且没有外部终端电阻, 需激活终端电阻 DP-V0 等级功能 尺寸等级旋转编码器直线光栅尺数据字长 16 bit 31 bit 1) 31 bit 1) 位置值, 纯二进制编码 1.2 数据字长度 标度功能测量步距数 / 圈总分辨率 2 2 改变计数方向 1.2 预设值 ( 输出数据 16 或 32 bit) 2 诊断功能 警告和报警 2 工作时间记录 2 速度 2 2) 2) 框架版本 2 序列号 2 1) 数据字宽 > 31 bit, 仅传输上 31 bit 2) 需一个 32 bit 输出数据配置和一个 bit 输入数据配置 DP-V1,DP-V2 等级功能 尺寸等级旋转编码器直线光栅尺 数据字长 32 bit > 32 bit 报文 标度功能 4 改变计数方向 4 预设点 / 原点平移 4 非周期参数 3.4 通过报警通道与通道相关的诊断 3.4 工作时间记录 3.4 1) 1) 1) 速度 3.4 1) 1) 框架版本 3.4 序列号 3.4 1) DP V2 不支持 17

18 位置值 PROFINET IO 串口 PROFINET IO PROFINET IO 是一个工业通信的开放工业以太网标准 它以现场工作可靠的 PROFIBUS-DP 为基础, 应用快速以太网技术为物理传输方式, 因此适用于高速传输 I/O 数据 它允许同时传输所需数据, 参数和 IT 功能 其他现场设备 PROFINET 可以将局域现场设备连接至控制设备并描述控制设备与现场设备间的交换数据以及支持参数化和诊断功能 PROFINET 技术是模块化的 用户自己可选级联功能 这些功能的主要区别是为满足高速运动的高性能要求的数据交换类型不同 拓朴结构和总线分配 PROFINET-IO 系统包括 : IO 控制单元 ( 数控系统 /PLC, 控制自动化任务 ) IO 设备 ( 局域现场设备, 例如旋转编码器 ) IO 监测器 ( 开发或诊断工具, 例如 PC 计算机或编程设备 ) PROFINET IO 基于供方 需方模型工作, 提供以太网终端间的通信 其优点是供方对数据的传输不需要通信参与方的任何请求 物理特性海德汉编码器用一根满足 PROFINET 技术要求 100BASE-TX(IEEE 款 ) 标准的屏蔽双绞线电缆连接 传输速度为 100 Mbit/s( 快速以太网 ) PROFINET 框架海德汉编码器满足 框架 4.1 版的定义要求 设备框架定义了编码器功能 支持 4 级 ( 全标度和预设 ) 功能 有关 PROFINET 的更多信息, 请向 PROFIBUS 用户组织 PNO 订购 支持的功能 等级 旋转编码器 单圈 位置值 3.4 同步模式 3.4 等级 4 功能标度功能每圈测量单位数整个测量范围周期操作 ( 二进制标度 ) 非周期操作预设码序预设点控制 G1_XIST 多圈 兼容模式 ( 编码器框架 V.3.1) 3.4 工作时间 3.4 速度 3.4 框架版本 3.4 偏移值的永久保存 4 标识和维护 (I & M) 外部固件升级 18

19 调试为使 PROFINET 接口的编码器正常工作, 必须下载设备标识码 (GSD) 并导入到配置软件中 GSD 包括 PROFINET-IO 设备工作所需的参数 配置框架提供了可用功能和部分设备所用的 PROFINET 或类似旋转编码器的应用性能特性的预定义配置 其定义来自 PROFIBUS & PROFINET International (PI) 组织并由该组织发布 框架关系到开放性, 互操作性和互换性, 极为重要, 因此能确保最终用户用标准化方法使用不同制造商的类似设备 PROFINET 的编码器带 PROFIBUS-DP 接口的绝对式编码器可直接接入网络中 编码器地址通过 PROFINET 协议自动分配 网络中的 PROFINET-IO 现场设备用其物理设备的 MAC 地址寻址 编码器背面有两个诊断总线和设备的双色 LED 灯 最后一个设备的终端电阻不是必须的 19

20 位置值 SSI 串口 绝对位置值从 最高有效位 (MSB 最前 ) 开始用控制系统发出的时钟信号 (CLOCK) 同步地通过数据线 (DATA) 传输 单圈编码器的 SSI 标准数据字长为 13 bit, 多圈编码器为 25 bit 除绝对位置值外, 还能传输增量信号 参见增量信号对信号的描述 接口 订购标识 数据传输 SSI 串行 单圈 :SSI 39r1 多圈 :SSI 41r1 绝对位置值 对于 ECN/EQN 4xx 和 ROC/ROQ 4xx 旋转编码器, 通过对接口输入端施加电源电压 U P 编程激活以下功能 : 旋转方向连续使针脚 2 为高电平 (t min > 1 ms), 将升序位置值的旋转方向反向 置零 ( 原点设置 ) 将正沿 (t min > 12 ms) 作用于针脚 5, 使当前位置值为零 数据输入 数据输出 编码类型 差分线路接收器, 基于 EIA RS 485 标准的 CLOCK 和 CLOCK 信号 差分线路驱动器, 基于 EIA RS 485 标准的 DATA 和 DATA 信号 格雷码 升序位置值顺时针旋转 ( 从法兰端看 )( 可通过接口切换 ) 增量信号 取决于编码器 1 V PP,TTL,HTL( 参见相应增量信号 ) 注意 : 编程输入端必须有终端电阻 ( 参见 后续电子电路输入电路 ) 编程输入 非有效有效 连接电缆 电缆长度传输时间 旋转方向和置零复位 ( 用于 ECN/EQN 4xx,ROC/ ROQ 4xx) 低电平 < 0.25 x U P 高电平 > 0.6 x U P 海德汉屏蔽电缆例如 PUR [(4 x 0.14 mm 2 ) + 4(2 x 0.14 mm 2 ) + (4 x 0.5 mm 2 )] 最长 100 m, 分布电容为 90 pf/m 时 6 ns/m 完整数据格式的控制周期不传输时, 时钟和数据线都为高电平 内部和周期形成的位置值在时钟第一个信号下降沿时保存 然后保存的数据在时钟第一个上升沿传出 一个完整数据字传输结束后, 数据线保持低电平一段时间 (t 2 ) 直到编码器准备好查询新值 SSI 39r1 和 SSI 41r1 接口的编码器还需后接一个暂停时钟 t R 如果在此期间 (t 2 或 t 2 +t R ) 收到另一个数据输出请求 (CLOCK), 将再次输出同数据 如果数据输出中断 (t t 2 为 CLOCK = 高电平 ), 新位置值将在时钟下个下降沿保存 下个上升沿时后续电子电路接收数据 数据传输 T = 1 至 10 µs t cal 参见技术参数 t µs ( 无电缆 ) t 2 = 17 至 20 µs t R 5 µs n = 数据字长度 ECN/ROC 为 13 bit EQN/ROQ 为 25 bit 未图示 CLOCK 和 DATA 允许的时钟频率与电缆长度的关系 时钟频率 [khz] 20 电缆长度 [m]

21 增量信号部分编码器也提供增量信号 通常用于提高位置值分辨率或用于第二个后续电子电路系统 通常, 有 1 V PP 的增量信号 例外情况用订购标识表示 : SSI41H 有 HTL 增量信号 SSI41T 有 TTL 增量信号 后续电子电路的输入电路 数据传输 编码器 后续电子电路 规格 IC 1 = 差分线路接收器和驱动器例如 SN 65 LBC 176 LT 485 Z 0 = 120 C 3 = 330 pf( 用于提高抗噪性能 ) 增量信号例如 1 V PP 通过接头编程对于 ECN/EQN 4xx ROC/ROQ 4xx 置零复位 旋转方向 21

22 其它信号条块换向的换向信号 条块换向信号 U V 和 W 分别由三个独立刻轨提供 全部采用 TTL 电平方波信号传输 换向信号 ( 机械角值 ) 接口 换向信号宽度 信号电平 增量信号 连接电缆 电缆长度传输时间 方波信号 TTL 三路方波信号 U,V,W 和其反相信号 U,V,W 2x180 机械角,3x120 机械角或 4x90 机械角 ( 根据用户要求, 可提供其它版本 ) 参见增量信号 TTL 参见增量信号 TTL 海德汉屏蔽电缆例如 PUR [6(2 x 0.14 mm 2 ) + (4 x 0.5 mm 2 )] 最长 100 m(492 ft) 6 ns/m 22

23 正弦换向的换向信号 换向信号 C 和 D 由 Z1 刻轨提供, 每转一圈形成一路正弦和一路余弦信号 1 k 电阻值时的典型信号幅值为 1 V PP 后续电子电路的输入电路与 1 V PP 接口相同 但要求的终端电阻 Z 0 是 1 k, 而不是 120 带 Z1 刻轨的电子换向 接口 换向信号 增量信号 连接电缆 电缆长度传输时间 正弦电压信号 1 V PP 两路近正弦信号 C 和 D 有关信号电平信息, 参见增量信号 1 V PP 参见增量信号 1 V PP 海德汉屏蔽电缆例如 PUR [4(2 x 0.14 mm 2 ) + (4 x 0.14 mm 2 ) + (4 x 0.5 mm 2 )] 最长 150 m(492 ft) 6 ns/m 位置值输出 一圈 模拟开关 A/D 转换器 Z1 刻轨 绝对位置值大致换向 EEPROM 和计数器 增量信号 增量信号 多路复用器 细分电子电路 参考点信号 绝对参考位置准确换向 23

24 其它信号限位开关 带限位开关的编码器, 例如 LIDA 400, 有两个限位开关, 用于检测限位位置和用作回零轨 限位开关用不同的粘性磁条区分左限位和右限位位置 磁条可被安置成序列形成回零轨 限位开关信号通过独立电缆传送, 因此可以直接使用 LIDA 47x LIDA 48x 输出信号每个限位开关 L1 和 L2 各一个 TTL 方波脉冲信号, 高电平有效 信号幅值 推挽级的 TTL ( 例如 74 HCT 1G 08) 集电极电路输出的 TTL 信号相对 5 V 电压的负载电阻为 10 k 允许负载 I al 4 ma I ah 4 ma 切换时间 (10 % 至 90 %) 上升时间下降时间 t + 50 ns t 50 ns 用 3 m 电缆和推荐的输入电路测量 t + 10 µs t 3 µs 用 3 m 电缆和推荐的输入电路测量 允许的电缆长度 最长 20 m L1/L2 = 限位开关 1 和 2 的输出信号开关点公差 :± 2 mm = 测量长度起点 (ML) = 限位开关 1 的磁条 N = 限位开关 2 的磁条 S 后续电子电路的输入电路 规格 IC 3 例如 74AC14 R 3 = 1.5 k LIDA 400 限位开关 24

25 位置检测 带位置检测功能的编码器除有增量光栅外, 例如 LIF 4x1, 还有回零轨和检测限位位置的限位开关 信号通过独立电缆 H 和 L 用 TTL 电平传送, 因此可以直接使用 输出信号信号幅值允许负载允许的电缆长度 LIF 4x1 回零轨 H 和限位开关 L 各一个 TTL 脉冲信号 TTL U H 3.8 V, I H = 8 ma 时 U L 0.45 V,I L = 8 ma 时 R 680 II LI 8 ma 最长 10 m = 参考点位置 = 测量长度起点 (ML) LI = 限位标志, 可调 = 回零轨开关 Ho = 回零触发点 后续电子电路的输入电路 规格 IC 3 例如 74AC14 R 3 = 4.7 k 限位开关回零轨 LIF

26 更多信息接口电子电路 海德汉公司的接口电子电路用于将编码器信号调整为可连接后续电子电路接口的信号 如果后续电子电路不能直接处理海德汉编码器的输出信号, 或如果还需要细分信号时需用接口电子电路 接口电子电路输入信号海德汉公司的接口电子电路用于连接 1 V PP ( 电压信号 ) 或 11 µa PP ( 电流信号 ) 正弦信号的编码器 串行接口 EnDat 或 SSI 的编码器也能连接多种接口电子电路 接口电子电路输出信号接口电子电路支持以下后续电子电路接口 : TTL 系列方波脉冲 EnDat 2.2 DRIVE-CLiQ 发那科串行接口 三菱高速接口 安川串行接口 Profibus 细分正弦输入信号除信号转换外, 正弦编码器信号还能在接口电子电路中进行细分 因此可以细分测量步距并得到更高控制质量和更优定位特性 形成位置值有些接口电子电路还内置计数功能 从前一个参考点确定后开始, 过参考点时形成绝对位置值并传输给后续电子电路 盒式 接头式 集成板卡 顶盖安装轨式 26

27 1) 输出输入结构 - 防护等级插补或细分 型号 接口 数量 接口 数量 TTL 1 1 V PP 1 盒式 IP 65 5/10 倍 IBV /25/50/100 倍 IBV 102 无细分 IBV /50/100/200/400 倍 IBV 660 B 插头式 IP 40 5/10/20/25/50/100 倍 APE 371 集成板卡 IP 00 5/10 倍 IDP /25/50/100 倍 IDP µa PP 1 盒式 IP 65 5/10 倍 EXE /25/50/100 倍 EXE 102 无细分功能 /5 倍 EXE 602 E 25/50/100/200/400 倍 EXE 660 B 集成板卡 IP 00 5 倍 IDP 101 TTL/ 1 V PP 可调 2 1 V PP 1 盒式 IP 65 2 倍 IBV /10 倍 IBV /10 倍和 20/25/50/100 倍 IBV 6272 EnDat V PP 1 盒式 IP 倍细分 EIB 192 插头式 IP 倍细分 EIB 盒式 IP 倍细分 EIB 1512 DRIVE-CLiQ 1 EnDat 盒式 IP 65 EIB 2391 S 发那科串行接口 1 1 V PP 1 盒式 IP 倍细分 EIB 192 F 插头式 IP 倍细分 EIB 392 F 2 盒式 IP 倍细分 EIB 1592 F 三菱高速接口 1 1 V PP 1 盒式 IP 倍细分 EIB 192 M 插头式 IP 倍细分 EIB 392 M 2 盒式 IP 倍细分 EIB 1592 M 安川串行接口 1 EnDat 2.2 2) 1 插头式 IP 40 EIB 3391 Y PROFIBUS-DP 1 EnDat 2.1;EnDat 顶盖安装轨式 PROFIBUS 网关 1) 可切换 2) 只有 LIC 4100 为 5 nm 测量步距,LIC 2100 为 50 nm 和 100 nm 测量步距 27

28 诊断和测试设备 海德汉编码器也都同时提供调试 监测和诊断所需的所有信息 信息类型与增量式或绝对式编码器的类型以及所用接口有关 增量式编码器主要使用 1 V PP TTL 或 HTL 接口 TTL 和 HTL 编码器在内部监测其信号幅值并生成简单的故障检测信号 对于 1 V PP 信号, 只能用外部测试设备或在后续电子电路 ( 模拟诊断接口 ) 中通过计算分析输出信号 绝对式编码器用串行方式传输数据 根据接口类型, 可输出 1 V PP 的附加增量信号 这些信号在编码器内进行全面监测 监测结果 ( 特别是有效数据 ) 与位置值一起通过串行接口发给后续电子电路 ( 数字诊断接口 ) 提供以下信息 : 出错信息 : 位置值不可靠 警告 : 已达到编码器内部功能极限 有效数据 : 有关编码器功能性保护区的详细信息 所有海德汉编码器一致的缩放系数 可周期性输出因此后续电子电路能够评估编码器的当前状态, 即使在闭环模式中代价也很低 在海德汉数控系统的控制环中进行诊断显示有效数据或模拟编码器信号 海德汉也提供编码器分析的相应检查设备 PWM 和检测设备 PWT 根据安装方式的不同有两类诊断方式 : 编码器诊断 : 编码器直接连接测试或检测设备 可以全面分析编码器功能 在控制环中诊断 :PWM 相位测量仪接入闭环控制回路中 ( 例如通过适当测试适配接头 ) 因此能在工作时实时诊断机床或系统 其功能与接口有关 用 PWM 20 和 ATS 软件诊断 28 用 PWM 20 和 ATS 软件调试

29 一览表 海德汉测试设备 接口输出信号 PWM 20 PWM 9 PWT 1x 1) EnDat 位置值增量信号 有有 无有 无无 发那科 位置值 有 无 无 三菱 位置值 有 无 无 DRIVE-CLiQ 位置值 有 无 无 安川 位置值 有 无 无 SSI 位置值增量信号 有有 无有 无无 1 V PP 增量信号有有 PWT µa PP 增量信号有有 PWT 10 TTL 增量信号有有 PWT 17 2) HTL 增量信号有 有 无 换向信号 条块换向正弦换向 计划中有 有有 无无 1) PWT 是一个安装和调试辅助工具 2) 通过信号适配器 PWM 9 是通用测量仪, 用于检验和调试海德汉增量式编码器 其扩展模块可检查多种类型的编码器信号 测量值显示在 LCD 屏幕上 软键操作方便简单 PWM 9 输入扩展模块 ( 接口电路板 ), 用于 11 µa PP, 1 V PP,TTL,HTL,EnDat*/SSI*/ 换向信号 * 不显示位置值或参数 功能输出供电电压尺寸 测量信号幅值, 电流消耗, 工作电压, 输出频率 图形显示增量信号 ( 幅值, 相位角和占空比 ) 及参考点信号 ( 宽度和位置 ) 符号化显示参考点, 故障检测信号, 计数方向 通用计数器, 细分倍数在 1024 倍以内可选 支持调整, 用于敞开式直线光栅尺 将输入信号提供给后续电子电路 连接示波器的 BNC 插座 10 V 至 30 V DC,max. 15 W 150 mm 205 mm 96 mm 29

30 PWT 是一个易用的海德汉增量式编码器调整工具 它的小 LCD 窗口用条形图显示信号相对其公差带情况 PWT 10 PWT 17 PWT 18 编码器输入 11 µa PP TTL 1 V PP 功能 测量信号幅值波形公差参考点信号的幅值和位置 供电电压通过电源单元供电 ( 已含 ) 尺寸 114 mm x 64 mm x 29 mm PWM 20 PWM 20 相位角测量仪以及相应的 ATS 调试和检测软件用于诊断和调试海德汉编码器 编码器输入 PWM 20 EnDat 2.1 或 EnDat 2.2( 绝对值有 / 无增量信号 ) DRIVE-CLiQ 发那科串行接口 三菱高速接口 安川串行接口 SSI 1 V PP /TTL/11 µa PP 接口 USB 2.0 供电电压 尺寸 100 V 至 240 V AC 或 24 V DC 258 mm x 154 mm x 55 mm ATS 语言 功能 系统要求和建议 可选英语和德语 位置显示 连接对话 诊断 安装向导,EBI/ECI/EQI,LIP 200,LIC 4000 等 其它功能 ( 如果编码器支持 ) 存储器内容 PC( 双核处理器 ;> 2 GHz) RAM > 2 GB Windows 操作系统 XP,Vista,7(32-bit/64-bit),8 200 MB 以上可用硬盘空间 DRIVE-CLiQ 是西门子公司的注册商标 30

31 APS 27 编码器诊断工具是确定 TTL 接口信号的 LIDA 27x 系列直线光栅尺安装公差的必备工具 检测时, 可将 LIDA 27x 通过 PS 27 检测接头连接后续电子电路, 或直接用于 PG 27 测试仪 增量信号和参考脉冲的绿色 LED 指示灯分别显示安装是否正确 如果显示红色, 必须重新检查安装情况 APS 27 编码器 LIDA 277/LIDA 279 功能 供电电压 TTL 信号的正常 / 非正常检测 ( 增量信号和参考脉冲 ) 通过后续电子电路或电源单元 ( 随产品提供 ) 零部件 PS 27 检测接头 PG 27 检测仪 PG 27 的电源单元 (110 至 240 V, 包括适配插头 ) 保护膜 SA 27 适配接头用于获取 APE 输出的 LIP 372 正弦扫描信号 它的外接头通过标准测量电缆可方便地连接示波器 SA 27 编码器 LIP 372 功能 供电电压 尺寸 连接示波器的测点 编码器供电 30 mm x 30 mm 31

32 一般电气信息 适用范围 一般电气信息适用于海德汉公司的编码器 不同之处, 参见技术参数 供电电压 只能将海德汉公司的编码器连接至 PELV 系统供电的后续电子电路 (EN ) 海德汉公司的编码器满足 IEC 标准要求, 条件是由带限流的辅助电路供电并满足第 3 版 IEC 标准的 9.4 节要求, 或由带功率限制的辅助电路供电并满足第 2 版 IEC 标准的 2.5 节要求, 或用 UL1310 标准中要求的 2 类辅助电路供电 1) 编码器需要用直流稳压的电压 U P 电源供电 有关电流和功率的消耗信息, 参见相应技术参数 直流电压最大允许波动量为 : 高频干扰 UPP < 250 mv,du/dt > 5 V/µs 低频基波干扰 UPP < 100 mv 然而, 电源供电的限制不能受谐波成份影响 所述值是在光栅尺或编码器端的测量值 可以用编码器的传感器线监测和调整电压 如果没有可调电源, 可将传感器线与相应电源线并联连接, 降低电压压降 计算编码器的电流和功率消耗时, 将电压 U P 视为给编码器的实际电压 该电压为后续电子电路的供电电压 U E 减去电源线的压降 U 对于宽电压范围供电的编码器, 计算电源线压降 U 时必须考虑非线性电流消耗 ( 参见下页 ) 对于非宽电压范围供电的编码器 ( 典型供电电压为 5 V), 电源线的压降 U 用下面公式计算 : U = L C I M A P 其中 : U 电线压降, 单位 V L C 电缆长度, 单位 m A P 电源线截面积, 单位 mm 2 ( 见电缆 ) I M 电流消耗, 单位 ma 2 输出线和输入线 1.05 双绞线长度系数 56 铜线电导率 如果压降值已知, 可计算出编码器的电压参数, 电流消耗, 以及功率消耗和后续电子电路供电功率 编码器开启 / 关闭特性开启时间 t SOT 后的输出信号有效 时间 t SOT 中, 输出信号电压达到表中的最大电压值 开启时间 t SOT 与接口有关 接口 开启时间 t SOT 最大电压 1 V PP 1.3 s 5.5 V 11 µa PP TTL HTL EnDat SSI PROFIBUS-DP 总线 U Pmax 5.5 V U Pmax 2 s 5.5 V PROFINET 10 s U Pmax 如果电源被关闭, 或供电电压低于 U Pmin 时, 输出信号也无效 而且, 还必须考虑特定接口的开启 / 关闭特性 如果接口电路插在编码器与后续电子电路之间, 接口电路的开启 / 关闭特性也必须考虑 重新启动期间, 电源接通前的信号电平必须保持低于 0.2 V 的时间达 t SOT 不考虑海德汉公司的其它专有接口 电源电压开 / 关的瞬态响应 U Pmax U Pmin U PP 0 无效输出信号 有效 无效 1) 第 3 版 IEC 标准的 9.4 节也可应用 DIN EN ,EN ,UL 和 号 CAN/CSA-C22.2 标准的相应章节, 第 2 版 IEC 标准的 2.5 节也可应用 DIN EN , EN ,UL , 号 CAN/CSA-C22.2 标准的相应章节 32

33 宽电压范围的编码器 电缆长度对后续电子电路输出功率的影响 ( 举例值 ) 宽电压范围的编码器的电流消耗与供电电压不是线性关系 另一方面, 功率消耗基本符合线型曲线 ( 参见电流和功率消耗图 ) 最小和最大供电电压时的最大功率消耗值, 参见技术参数 以下情况时, 功率消耗最大 : 推荐的接收器电路 电缆长度 :1 m 老化和温度影响 编码器的时钟频率和周期时间选择合理 后续电子电路输出功率 ( 基数单位 ) 为比较和检查, 表中还给出了空载 ( 只连接电源 ) 时典型电源电压或额定电压在典型环境和工作条件下的典型电流值或功率消耗值 供电电压 [V] 这些信息仅供参考 ; 如有变更, 恕不另行通知 最大功率消耗用于确定电源规格 编码器电缆 / 适配电缆 连接电缆 合计 电流和功率消耗与供电电压关系 ( 举例值 ) 功率消耗和电流需求 ( 基数单位 ) 供电电压 [V] 编码器功率消耗 ( 基于 5 V 时值 ) 编码器电流消耗 ( 基于 5 V 时值 ) 33

34 在考虑电源线压降情况下, 编码器的实际功率消耗和后续电子电路所需输出功率用 4 步计算 : 步骤 1: 电源线电阻电源线电阻值 ( 适配电缆和编码器电缆 ) 用下面公式计算 : 1.05 L R L = 2 C 56 A P 步骤 2: 电缆压降计算系数 b = R L P Mmax P Mmin U E U Pmax U Pmin c = P Mmin R L + P Mmax P Mmin R L (U E U Pmin ) U Pmax U Pmin 步骤 3: 基于系数 b 和 c 的电压压降 U = 0.5 (b + b 2 4 c) 步骤 4: 后续电子电路和编码器参数编码器端电压 : U P = U E U 编码器的电流需求 : I M = U R L 编码器功率消耗 : P M = U P I M 后续电子电路输出功率 : P E = U E I M 其中 : R L 电源线电阻 ( 双向 ), 单位 ohm L C 电缆长度, 单位 m A P 电源线截面积, 单位 mm 2 ( 见电缆 ) 2 输出线和输入线 1.05 双绞线长度系数 56 铜线电导率 P Mmin, P Mmax 最小或最大供电电压的相应最大功率消耗, 单位 W U Pmin, U Pmax 编码器的最小或最大供电电压, 单位 V U E 后续电子电路供电电压, 单位 V U 电缆压降, 单位 V U P 编码器电压, 单位 V I M 编码器电流需求, 单位 ma P M 编码器功率消耗, 单位 W P E 后续电子电路输出功率, 单位 W 如果编码器通过接口电路连接后续电子电路, 编码器功率消耗和接口电路功率消耗值必须累加至计算所得的功率消耗值 根据接口电路情况, 可能需要考虑接口电路开关电源的效率补偿系数 ( 参见产品信息 ) 测量设备 M 连接后续电子电路 E: DRIVE-CLiQ 接口的编码器设计使用 24 V DC 额定电压 后续电子电路制造商规定的供电电压公差范围为 20.4 V 至 28.8 V DC 海德汉 DRIVE-CLiQ 接口的编码器允许更大电压范围 ( 参见技术参数 ) 允许短时间电压上升到 36.0 V DC 电压在 28.8 V 至 36.0 V DC 时的功率消耗将较高 接口电路在测量设备 M 与后续电子电路 E 之间 : 34

35 计算举例这个特别举例用于确定编码器工作所需的相应参数 : LC 415 长度 3 m 长度 15 m 后续电子电路 U E = 4.9 V 所用编码器 LC 415 供电电压为 3.6 V 至 14 V DC ( 技术参数数据 ) 14 V 时的功率消耗 : 1.5 W; 3.6 V 时 : 1.1 W( 技术参数数据 ) 所用电缆适配电缆 (L1) 长度 L C1 = 3 m 电缆直径 4.5 mm A P = 0.14 mm 2 ( 数据来自连接件和电缆 ) 连接电缆 (L2) 长度 L C2 = 15 m 电缆直径 4.5 mm A P = 0.34 mm 2 ( 数据来自连接件和电缆 ) 后续电子电路的限制 传感器线也用作电源线, 增加一倍截面积 后续电子电路的供电电压 U E = 4.9 V 步骤 1: 电源线电阻 R = 2 x (1.05 x L K )/(56 x 2A P ) R L1 = R L2 = R L = 步骤 2: 压降计算的系数 b = R L P Mmax P Mmin U Pmax U Pmin U E b = x ( )/(14 3.6) 4.9 b = c = P Mmin R L + P Mmax P Mmin R U Pmax U L (U E U Pmin ) Pmin c = 1.1 x ( )/(14 3.6) x ( )] c = 步骤 3: 基于系数 b 和 c 的电压压降 U = 0.5 (b + b 2 4 c) U = 0.5 [ (( 4.947) 2 4 x 1.413)] U = V 步骤 4: 后续电子电路和编码器参数编码器端电压 U P = U E U U P = 4.9 V V U P = V 编码器端电压大于 3.6 V, 因此在允许的范围内 编码器的电流需求 I M = U/ R L I M = V/1.229 I M = 248 ma 编码器的功率消耗 后续电子电路输出功率 P M = U P x I M P M = V x 248 ma P M = 1138 mw P E = U E x I M P E = 4.9 V x 248 ma P E = 1214 mw 35

36 电气允许的轴速 / 运动速度 编码器最大允许的轴速或编码器运动速度取决于 机械允许轴速或运动速度和 电气允许的轴速或运动速度 采用正弦输出信号的增量式编码器, 电气允许的轴速 / 运动速度由 -3dB/-6dB 截止频率或后续电子设备允许的输入频率决定 采用方波信号的增量式编码器, 电气允许的轴速 / 移动速度取决于 编码器的最高允许扫描频率 f max 和 后续电子电路最小允许的边缘间距 a 角度或旋转编码器 n max = f max z 直线光栅尺 v max = f max SP 其中 : n max 电气允许转速, 单位 min 1 v max 电气允许运动速度, 单位 m/min f max 编码器最高扫描 / 输出频率或后续电子电路输入频率, 单位 khz z 角度或旋转编码器每圈的信号周期数 SP 直线光栅尺信号周期数, 单位 µm 电缆 版本几乎所有海德汉公司编码器的电缆和适配器以及连接电缆的外层材料都是聚氨酯 (PUR) 此外, 也用特殊橡胶 (EPG), 特殊热塑橡胶 (TPE) 和聚氯乙烯 (PVC) 在样本中, 这些电缆用 PUR,EPG, TPE 或 PVC 标识 耐久性 PUR 电缆的耐油 耐水和耐菌性能符合 DIN EN 和耐菌性能符合 DIN EN 要求 这种电缆不含 PVC 和硅酮, 符合 UL 安全标准 UL 认证标识 AWM STYLE C 30 V E63216 在电缆处 EPG 电缆适用于高温应用和耐油性能符合 EN 要求, 耐水性能符合 EN 要求, 不含 PVC 硅酮和卤素 与 PUR 电缆相比,EPG 电缆仅有一定耐液体性能和耐反复弯曲以及连续扭曲性能 PVC 电缆耐油 UL 认证标识为印在电缆上的 AWM E64638 STYLE C VW- 1SC NIKKO 带编织套的 TPE 电线有有限耐油性能 固定敷设 反复弯曲 反复弯曲 温度范围 固定敷设 反复弯曲 PUR -40 C 至 80 C -10 C 至 80 C EPG -40 C 至 120 C TPE -40 C 至 120 C PVC -20 C 至 90 C -10 C 至 90 C 如果一定限度地接触水和工作介质, 部分 PUR 电缆可用于最高 100 C 的温度 如需帮助, 请与海德汉德国总部联系 电缆材料弯曲半径 R 固定敷设 反复弯曲 3.7 mm PUR 8 mm 40 mm 4.3 mm 10 mm 50 mm 4.5 mm 4.5 mm EPG 18 mm 5.1 mm PUR 10 mm 50 mm 5.5 mm PVC 根据要求提供 根据要求提供 6 mm PUR 20 mm 75 mm 6.8 mm 8 mm 40 mm 100 mm 10 mm 1) 35 mm 75 mm 14 mm 1) 100 mm 100 mm TPE 电线带编织套 TPE 10 mm 36 1) 金属外皮

37 长度技术参数中的电缆长度仅适用于海德汉电缆和推荐的后续电子电路输入电路 绝对式直线光栅尺和角度编码器允许的电缆长度实际应用中, 海德汉公司的直线光栅尺接口允许使用长电缆, 甚至可达 150 m 然而, 长电缆也造成电源线的较大压降 压降的大小取决于电源线的截面积, 以及其它电缆长度的一般性能参数和编码器所需电流大小 特别是长电缆和电流消耗高的编码器 ( 主要是绝对式直线光栅尺和角度编码器 ), 电压压降可导致编码器供电电压低于最小允许值 适用措施 : 对于长电缆, 选择大截面积的电缆 对于细电缆, 小截面积电线, 尽可能保持最小长度 对于无可调电源单元的后续电子电路, 仅并联连接传感器线与电源线 这样增加一倍的可用截面积 选择尽可能高的供电电压 U P, 例如 5.25 V DC 注意由于数据传输技术原因, 直接连接编码器 ( 例如 4.5 mm) 的适配电缆不允许超过 20 m 如需更大电缆长度, 可用不超过 6 m 的适配电缆和加长电缆 ( 6 mm) 除电缆的电压压降外, 其它性能参数 ( 例如时钟频率 ) 也对最大允许电缆长度有限制 最高数据传输频率 16 MHz 及大长度电缆对电缆提出极高技术要求 海德汉电缆最适合这类应用, 尤其是专用于这类应用的电缆结构 我们建议使用海德汉原厂电缆 37

38 产品 后续电子电路的供电电压 U P 适配电缆 4.5 mm 连接电缆 6 mm 电缆总长 RCN V DC 20 m/17 m 1) 20 m/17 m 6 m/6 m 68 m/26 m 74 m/32 m 1 m/1 m 80 m/39 m 81 m/40 m 5.25 V DC 20 m/20 m 20 m/20 m 6 m/6 m 83 m/34 m 89 m/40 m 1 m/1 m 95 m/46 m 96 m/47 m 12 V DC 6 m/6 m 94 m/94 m Max./Max. 产品 后续电子电路的供电电压 U P 电机内适配电缆 连接电缆 6 mm 电缆总长 ECN 1325 EQN V DC 0.3 m Max./64 m Max./64 m 5.25 V DC 0.3 m Max./75 m Max./75 m 产品 后续电子电路的供电电压 U P 编码器电缆 连接电缆 6 mm 电缆总长 LIC V DC 3 m Max./45 m Max./48 m 1 m Max./53 m Max./54 m 5.25 V DC 3 m Max./55 m Max./58 m 斜体 : 传感器线未并联连接 Max.: 不需要为电缆压降而缩短电缆长度 1) 由于电缆压降, 不能用电缆理论长度 1 m Max./63 m Max./64 m DRIVE-CLiQ 允许最大电缆长度 100 m, 但该值受多个因素影响而减小 : DRIVE-CLiQ 连接的点数 适配器或连接电缆长度系数 海德汉编码器的插入式适配电缆 带补偿系数的海德汉适配电缆长度 最大允许电缆长度计算公式 : n MG 5 m L AC + Σ k i L i + n C 5 m 100 m i 1) k i : 信号线 i 的长度补偿系数 ( 海德汉电缆为 4/3) 1) L i : 信号线 i 的总长度 n C : 节点数 n MG : 编码器的影响, 例如插入式适配电缆 ;n = 1 4/3: 海德汉适配电缆长度补偿系数 L AC : 海德汉适配电缆长度 1) 参见后续电子电路制造商的技术资料 38

39 电气安全和电磁兼容性 电气安全海德汉公司的编码器外壳与内部电路间相互隔离 电气隔离的浪涌电压为 500 V, 适用标准为 EN 微观环境需保证污染等级 2( 参见 EN ) 电磁兼容性 (EMC) 如果安装正确和使用海德汉公司的电缆, 海德汉公司的编码器符合电磁兼容性指令 2004/108/EC 以下方面的规定 : 抗噪声性能 (IEC ) 特别是以下基础标准 : 静电放电 EN 电磁场 EN 冲击 EN 浪涌 EN 传导干扰 EN 电源频率磁场 EN 电压骤降, 短暂断电 EN 辐射 EN : 特别是以下产品 ( 产品线 ) 标准 : 信息技术设备 EN 电气干扰源电气干扰主要来自容性或感性传导 感性传导可由信号线和输入输出接线端子引入到系统中 典型电气干扰源包括 : 变压器, 制动器和电动机的强磁场 继电器, 接触器和电磁阀 高频设备, 脉冲装置和来自开关类电源的杂散磁场 交流电源线和上述装置的供电电源线 措施必须采取以下措施满足系统无干扰地工作要求 如果采取其它措施, 这些措施必须满足电气安全和电磁兼容性要求 只能用海德汉公司原厂电缆 考虑电源线压降 使用带金属外壳的连接件 ( 例如接头或连接盒 ) 确保只有相连编码器的信号线和电源线连接这些元件连接件 ( 不包括 : 海德汉公司的复合电机电缆 ) 必须使光栅尺或编码器 连接件和信号处理电子装置的外壳连接电缆屏蔽线 必须确保屏蔽层全表面接触 (360 ) 如果编码器有一个以上电气接头, 参见相应产品文档 内层屏蔽和外层屏蔽电缆必须确保空间隔离 内层屏蔽连接至信号处理电子电路的 0 V 严禁内层屏蔽与外层屏蔽连接在一起, 包括编码器端和电缆端 根据安装说明, 将屏蔽层 ( 外层 ) 连接有效地线 避免屏蔽层 ( 例如接头壳 ) 与其它金属面接触 安装电缆时必须注意这点 严禁将信号电缆直接安装在干扰源附近 ( 感性器件, 例如接触器, 电机, 变频器, 电磁线圈等 ) 必须将干扰源与信号电缆进行充分退藕, 使其在空间中相隔 100 mm 或将电缆置于金属管中形成接地隔离区 与开关类电源中的电感至少相距 200 mm 如果需要在整个系统中补偿电流, 必须提供单独的等电位连接导线 屏蔽层无等电位导线作用 只用 PELV 系统 ( 相关术语说明, 参见 EN ) 为位置编码器供电并提供高频低阻地线连接 ( 参见 EN 第 EMC 章 ) 11 µa PP 接口的编码器 : 只能用海德汉公司电缆 ID 作为加长电缆 全长 :max. 30 m 距干扰源的最小距离 屏蔽线夹为备件 0.3 m 39

40 约翰内斯 海德汉博士 ( 中国 ) 有限公司 地址 : 北京市顺义区天竺空港工业区 A 区天纬三街 6 号邮编 : 电话 : 传真 : sales@heidenhain.com.cn 上海分公司 地址 : 上海市长宁区淞虹路 207 号 明基商务广场 B 栋 1 楼 单元 邮编 : 电话 : 传真 : shanghai@heidenhain.com.cn 海德汉有限公司 地址 : 香港九龙观塘开源道 49 号创贸广场 室 Unit , 20/F, Apec Plaza, 49 Hoi Yuen Road, Kwun Tong, Kowloon, Hong Kong 电话 : 传真 : sales@heidenhain.com.hk 哈尔滨办事处 地址 : 黑龙江省哈尔滨市长江路 398 号 工大集团总部大厦 室邮编 : 电话 : 传真 : harbin@heidenhain.com.cn 沈阳办事处 地址 : 沈阳市沈河区惠工街 10 号 卓越大厦 706 室 邮编 : 电话 : 传真 : shenyang@heidenhain.com.cn 西安办事处 地址 : 陕西省西安市长安北路 91 号富城国际大厦 907 室 邮编 : 电话 : 传真 : xian@heidenhain.com.cn 南京办事处 地址 : 江苏省南京市江宁区秦淮路 4 号 同曦青春水岸 2 幢 502 室邮编 : 电话 : 传真 : nanjing@heidenhain.com.cn 成都办事处 地址 : 四川省成都市人民南路一段 86 号 城市之心 19 楼 F 座邮编 : 电话 : 传真 : chengdu@heidenhain.com.cn 武汉办事处 地址 : 湖北省武汉市武昌区中南路 7 号 中商广场写字楼 A 座 2017 室 邮编 : 电话 : 传真 : wuhan@heidenhain.com.cn 宁波办事处 地址 : 浙江省宁波市江东区惊驾路 565 号中信泰富 B 座 204 室 邮编 : 电话 : 传真 : ningbo@heidenhain.com.cn 深圳办事处 地址 : 深圳市福田区华富路 1018 号 中航中心 13 楼 单元邮编 : 电话 : 传真 : shenzhen@heidenhain.com.cn 公司网址 : Z /2016 H 中国印刷 样本信息如有更新, 恕不另行通知, 所有技术参数均以订货合同为准