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PROFINET編碼器為什么比PROFIBUS-DP抗干擾好
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近日中國中科院發布警告:2022年全球氣候問題未得到明顯的改善且惡劣天氣仍不斷頻發,“雙碳”目標是我國就全球氣候變化問題向世界做出的莊嚴承諾,“雙碳目標下,推動產業升級要下大氣力推動鋼鐵、有色、石化、化工、建材等傳統產業優化升級,加快工業領域低碳工藝革新和數字化轉型。要加大垃圾資源化利用力度,大力發展循環經濟,減少能源資源浪費。

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作為節能減排的“關鍵靶點”,工業制造自動化領域也迅速投身到綠色制造升級中,在各種自動化改造中,經常會遇到多種不同品牌的的電氣設備搭配混用,并協同工作,干擾問題也隨之而來。

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    干擾很討厭,如果處理不好會影響項目的驗收,在中國的工控現場是不可能只用一家品牌的電器的,比如在自動化控制有雙電機同步控制或者多電機聯動,需要有PLC作為控制元件,變頻器或者驅動器控制電機作為執行元件,而編碼器作為檢測同步數據的傳感器元件,電氣工程師需要對這些不同的元器件選型進行電氣搭配來使用,這些不同品牌間電器通信和控制要靠工業總線來連接,我們以西門子PLC來舉例,過去S7-300常用的工業總線profibus-DP,自從PLC12001500發布以來多采用工業以太網profinet。主要因為這兩款PLC集成的profinet網口可以方便的連接其他設備,而且PROFINET速度快、信號穩定、診斷靈活,由于采用以太網的連接方式,增加設備時只需要連接到交換機的端口即可,這樣可以方便連接超多個設備。


那么PROFINET相比PROFIBUS-DP抗干擾性具有哪些優勢:

1、從通訊協議來講profibus是總線通訊協議,是以輪詢的方式,主站訪問從站、從站應答、完成一個站點的訪問,如果一個有問題,會再次發送請求,如果三次失敗,這個站點就有問題了。所以現場有干擾影響到一組數據,就會因此降速或者數據包丟失。而profinet不會出現這樣情況,profinet是工業以太網,以太網都是點對點一對一通訊,使用的是IP地址,速度快,而且一條網線干擾也不會影響另外一條網線的通訊。


2、從線纜結構層面上來講,profibus的接頭能正確安裝的非常少,更換接頭時,屏蔽層或錫紙層有接錯或未接的,還有接地方面的問題。profinet而且使用的是標準接頭,網線的雙絞線要比PB電纜細,而且絞得密,用的是交換機,其性能和屏蔽更好,比如做個RJ45接頭,即使技術不好也不會出現大問題。

 

編碼器器作為檢測長度角度數據的傳感器選型也尤其重要。

要解答這個問題先了解一下編碼器的分類:

編碼器分為增量編碼器和絕對值編碼器,絕對值編碼器又分為單圈絕對值編碼器和多圈絕對值編碼器。

增量編碼器輸出的是脈沖信號,PLC通過高速計數模塊采集脈沖信號,增量編碼器優點是構造簡單使用成本低,缺點是脈沖信號在傳輸中,容易受到干擾丟脈沖造成計數不準的問題,而且斷電后無法保存位置,必須重新確定系統零點。


絕對值編碼器輸出的是數字信號,PLC通過各種通訊模塊采集數據信號,常用的就有modbusRTU、profibus-DP、Canopen這類工業總線,還有就是profinet這類工業以太網。絕對值編碼器分單圈和多圈,單圈就是360度的值,多圈就是360度后有更多的360度的值,每個機械位置對應一個值,不依賴計數裝置 ,什么時候需要就去讀那個值,和增量編碼器相比安裝時不必費勁找零點,將任意位置作為起始點就可以了,大大簡化了安裝調試難度。

 

在了解了編碼器分類后,對于編碼器的應用場合非常清晰了,做同步控制的必須要用到絕對值機械多圈編碼器,那么絕對值編碼器從硬件上抗干擾該怎么選?

1、機械齒輪多圈,比電子計數多圈抗干擾要強

多圈絕對值編碼器分機械、韋根、電池 ,除了機械多圈的其他方式都要靠計數,計數方式只要干擾一來就有計錯的風險,所以就有數據出錯的可能,機械齒輪箱所有的位置都是一一對應的,干擾來了不可能出錯,所以也不懼任何干擾。

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2、電源的抗干擾設計

我們的PN編碼器不是簡單的模仿,而是根據中國實際工況做了改進,我們的工況現場就是多種電氣都在一起 ,變頻器、PLC都接在一起,電氣環境非常復雜,干擾基本上是從電源或者信號側進入,我們的編碼器在電源側加了3個電源模塊為了隔離干擾,PN板載有2塊電源模塊,一個為整塊電路板供電,一個為通訊模塊的隔離供電,編碼器上還有為芯片供電的寬電壓電源,這3塊電源都是隔離電源,能有效防止電源干擾問題。

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3、硬件先天的防潮抗震的特性

我們的絕對值編碼器為全磁的,全磁的設計除了抗震動的好處外,還有抗潮濕的優點,尤其是在南方濕熱的環境下,受潮的電氣特別容易出問題,電氣設備長期處于潮濕環境會降低絕緣,從而影響使用壽命,進口品牌大多采用光學的碼盤設計,光學器件沒有辦法全封閉 ,而全磁的電路板可以做全防水封閉,北方有高低溫溫差的問題,所以無論南北,全磁的機械齒輪絕對值編碼器使用壽命比光學的更長。

所以我們的編碼器不是單純的模仿進口 ,我們是根據中國的電氣環境做了改進,更加貼合中國用戶的使用習慣,我們編碼器的體積大是因為機械齒輪箱以及電源的設計需要內部空間,這些都是為了抗干擾做了特別的優化。

 

除了雙電機的同步控制,自動化控制中還有多個電機做聯動的控制,在profinet的方案中,因為profinet是以太網的可以在一條IP信息中傳輸多個編碼器數據,所以可以采用同步信號控制器的方案。

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采用同步信號的方案的好處有:

(1)多個編碼器采集的數據是以同步并行的方式采集的。

(2)多個編碼器數據同時到達PLC沒有先后,對編碼器數據傳輸非常有優勢。

(3)傳統的profinet編碼器采集數據也需要排隊讀取的,盡管profinet速度已經快了,還是有先后,采用同步信號采集的方式,這是真正意義上的同步。

(4)在profinet以太網的上時間,多只編碼器的數據是一起發出的,節省傳輸時間,節省PLC資源,技術上更經濟-就像小轎車帶一個人到目的地和商務車帶多個人到目的地,損壞肯定是商務車更低一個道理。

(5)前端編碼器對環境要求低,防護等級高,減少故障率,或許能省一個交換機

(6)前端編碼器采用快速485協議,信號成熟穩定,接線方便(跟DP比沒有特殊的端子),電纜成本低(相對pn電纜,如果是戶外電纜成本很高,采用普通電纜到電器柜里再改用pn線成本省好多),芯片供應穩定。

 

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