关于PLC高速计数与增量型编码器连接的信号

一讲到PLC与编码器的连接，很多人就立刻想到了高速计数，高速计数仅仅是针对于增量型编码器的方波脉冲信号，对于绝对值编码器实际上无需计数累加，“高速计数”已没有意义。而即使是增量的方波脉冲信号，也有很多技术特征不同，PLC使用人员在选择编码器时必须分辨清楚：
1)，5V差分驱动信号，编码器特征是工作电压是5V，ABZ信号输出线有6根：A+,A-；B+,B-；Z+,Z-。注意A-是相对于A+的反相（就是当A+为高电平，A-就是低电平，当A+为低电平，A-就是高电平），有时也有是在A的头上加一个横线表示。
含反相信号的优点是抗干扰能力强，传输距离远，因为脉冲信号是电压信号，A+，A-互为反相两个线缆双绞在一起，从电缆外部看几乎都没有“变化”了，没有电磁场的波也就不易受外部电磁场的影响，即使有干扰影响，在接收端的“差分”（“差”就是做减法的意思）后消除了共模干扰。但是5V信号电压偏低，对于较大型电机和较复杂的现场工控就不适合，目前主要用户是伺服电机等小型化设备中，PLC大都不用（如有运动控制卡的会用此信号接口）。

在欧系产品的有些说明书里面，这个信号有时会用TTL表示，但是在国际RS422标准出来推广以后，逐渐的也有用RS422表示，并且有些RS422的信号做到的是5--24V。

2)，集电极开路信号，（PNP或者NPN），就是简单的10-24V的ABZ三根线，没有反相信号。注意这个信号有PNP与NPN之分，事实上确实就是三极管放大电路，应该完全对应接收端匹配。例如NPN的编码器配NPN的PLC。早先的半导体放大电路的发展，日本与欧洲各自有所侧重，日本的基本是以NPN结晶体管放大电路为主，而欧洲的基本是以PNP电路为主，两者虽然可以用“上拉电阻”采集电压信号同样获得方波互通，但是通过这种上拉电阻的方波信号在高速和干扰杂波的情况下信号品质很差，容易造成误读。上拉电阻仅仅是经济而临时性办法，不应一直有用。
集电极开路输出的信号，尽量要与原极性一致的匹配，而不是上拉电阻（编码器内部或PLC内部预先加入的上拉电阻），在编码器选择性和PLC的选型是需要特别注意。
目前的经济性PLC和日系经济型编码器很多就是这种“集电极开路信号”的。
集电极开路信号除了信号匹配性需要特别注意以外，由于没有反相信号平衡，它的抗干扰能力较差，而对于感应到的反向冲击电压很容易烧毁电路（例如电机启动瞬间产生的电磁场冲击），这种信号是较低端的信号，一般建议只用在小型加工设备（固定设计环境）的场合。

3)，推挽式放大电路（HTL-3），编码器特征也是10-30V的ABZ三根线，但是它是将集电极开路的NPN和PNP的放大电路叠加，形成“推拉放大”，因此它可以兼容PNP和NPN的接口，并且没有上拉电阻的漏电流可能，另外它对于反向冲击电压有回路把冲击能带走，也不易烧毁电路。具有推挽式（也有叫推拉的，也有叫HTL的）信号的编码器可以兼容连接集电极开路的PNP或者NPN接口。

4)，推挽式放大电路含反相信号（HTL-6），编码器特征是10-30V并6根线，A+,A-；B+,B-；Z+,Z-，它既有了推挽式HTL三线式的优点，又有了差分式抗干扰平衡的优点。另外请注意，哪怕PLC只有ABZ三个接口而没有A-B-Z-,这种编码器的电缆也要保留至接收端，A-B-Z-悬空封闭，因为编码器信号是电压式的，这类编码器信号就算不接电缆保留至接收端，它仍然能够有电压在上面而起到电压平衡的效果（如果接收端三线接口，差分效果就没有了），仍然有提高抗干扰的能力。编码器信号能够传输200米距离的就是指这种信号（例如GI58N增量型编码器）。

请注意，这是西门子等大品牌欧系主推的增量编码器接口！西门子的变频器和高端PLC基本都是这种接口，哪怕只接三根线。

5)，5—30V推挽式含反相信号（HTL-G6）,这是全兼容上述四种信号的，并且为防止接错线，这个信号做了电源短路保护和信号短路保护，包括电源在内的8跟线接错是不应该烧电路的，接错也不烧是HTL-G6的特征。这个信号可以传输达300米（编码器专用电缆），信号强度大，抗干扰能力强，是今后自动化应用值得推荐的编码器信号接口。当然，对于5V差分你如果预先确定的话，请还是选择第1种信号，5V差分驱动。

欧系品牌的编码器，例如德国海德汉、Sick、TR等增量编码器都有上述HTL-6的增量信号可供选择；
GEMPLE提供的增量型编码器的输出信号，属于上述的第4种和第5种,例如GI58N和GI40N等都有这个接口可选。

日系编码器（包括韩国品牌）在中国市场上没有看见有第4种和第5种，绝大部分是第1种和第2种，5V差分驱动和集电极开路输出，而且集电极开路输出也是基本上是NPN，这个信号与欧系PLC的连接在匹配上存在差异，如需选择请特别关注信号匹配性要求。

其他：增量编码器还有一种输出信号是正余弦信号输出，这一般用于伺服电机和电梯曳引机上，PLC基本上没有这样的接口，除非是高档的运动控制卡有些。

太多PLC与编码器信号连接上的干扰问题，或者容易烧坏等问题，其实在编码器选型之初已经埋下错误。

关于高速计数的电子开关频率
这个是PLC高速计数的反应灵敏度，实际上这个数值并非越高越好，因为反应过于灵敏，（即电子开关频率较高，有些大于300KHz），反而会对于干扰信号的窜入难于判别，同时plc内部的CPU在此所占用资源耗大，对于程序容量相应减少。我曾经碰到一位老兄，选择的是1MHz的响应，用的却是一个日系编码器（经济等级NPN的），现场搞了半个月的抗干扰布线，再来找我问为什么干扰弄不好。

目前PLC自带的高速计数的开关频率都不高（受限于CPU资源和抗扰动处理），一般都是50kHz或以下，而且请注意是单个编码器还是两个编码器，以及是仅用A相还是A/B双相，这样的开关频率都是不一样的，需要看好手册数据。这样对于编码器的分辨率选择以及转速就有限制，在选择编码器是需要计算的。例如50kHz的开关频率，选择常用的1024PPR方波脉冲（AB还是仅A相看plc手册），那么它的转速最高是：50000x60/1024=2330RPM（转/分钟）。但请不要用足这个数，建议使用75%左右。

对于编码器信号选型的不了解，遇到干扰问题或者烧坏编码器，太多人把时间都冤枉花在查现场布线、查干扰源上，而实际上对于编码器选型的正确性，以及电子开关频率是否正确（太高或太低）都不清楚，有时选型已经埋下错误，到了现场做的都是东补西补的救火队工作，效果还是不能长期保证的。
我碰到的太多用户来问增量编码器问题，一半以上都是选型就已经不正确了。

Z信号对于PLC的连接应用：
大部分的PLC接收设备只写了接收A/B信号，而没有接收Z信号的口，很多人不熟悉这个Z怎么用。实际上Z信号可以进PLC普通开关输入点，因为每圈只有一个，它的开关频率较低，普通开关点就可以接收。Z信号是增量编码器上除了A,B信号以外，另外的一个信号，每转就一个，脉冲宽度相当于A/B相信号的脉冲宽度，或1/4宽度（各厂家有不同的），有规定其上升沿对齐A相一个脉冲周期的哪个位置。这样，Z信号在一个转圈内位置是“唯一绝对”的零位，通过读取Z信号，可以在一个转圈内修正增量信号因丢脉冲而产生的计数误差，如果是很多圈工作，可以在每圈作为参考信号修正。

  这种方法在光栅尺与角度编码器中更加重要，在光栅尺和角度编码器上，这种信号叫参考信号“R”(有的为I），光栅尺有每隔一段位置一个R信号，而角度编码器是每隔几十度一个R信号（如20度），每隔一段距离（角度）的位置就可以修正参考。

例如A/B的脉冲数是1000线，4倍频以后每圈的计数是4000一个周期的出现1个Z，而如果是4002或3998的再出现Z，那多出来或少了的2就可以判别修正了。
但是，另一方面Z信号也是有可能出错的，而一旦出错带来的判断那就是错的很大了，所以它也只是“参考信号”，真正要解决增量信号干扰及计数出错，还是要用绝对值编码器作为更为可靠的“参考信号“。

需要说明的是，Z信号一般是进PLC普通开关点，它在PLC内的扫描是与高速计数不同步的，如果是现场干扰引起的A,B出错，或者停电后有惯性与下滑移动，Z信号判断同样也有出错可能，不能以为有了Z信号的判断修正就完全可以解决增量信号因干扰丢脉冲问题。
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