数控机床上的光栅尺

数控机床上的光栅尺

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数控机床上的光栅尺在工业现场的干扰是错综复杂的，由来自控制现场如电动机的启动停止、大电流接触器的切换、可控硅的调相干扰、电弧电脉冲、电磁波等等复杂的干扰群，那纵向和横向电磁干扰是罗列不完。

问题* 终综合反映在计数脉冲上，产生了寄生毛刺信号或寄生干扰脉冲，寄生毛刺脉冲又没有得到有效的遏止整形。所以必然会导致PLC高速计数器的计数精度不稳定、不可靠、产生累计误差、经常会碰到偶发性的计数出错等一系列问题。

所以许多部件在实验室做模拟试验时是完好无误的，而一旦到了工业现场却出现种种不正常的现象。这往往是因为忽略了系统设计的整体概念，各个系统与系统之间的不匹配所产生的系统性干扰。它会直接影响到PLC控制精度，使得原本为了提高控制精度而设置的功能，却发挥不了本该提高精度的效果。即理论设计精度与实际得到的效果差距甚远。有时误认为PLC高速计数器质量有问题、编码器有故障、码盘线数还不够多……。且没有找到问题的真迹源头在哪里而无从着手，也没有采取有效克服措施或者没有找到有效的克服干扰的方法。

为此我们针对这些在国内电气系统、工业自动化控制系统普遍存在而又常见的有共性的技术问题，* 门精心比照分析，研究了许多国外引进的大系统集成项目，自动化控制程度比较高的比较经典的控制系统时。发现有许多是常被我们设计师所忽略的细节，往往认为是“多余”的或者是认为可以“节省”开销的部件，似乎那些接口件去掉照样可以工作。常常是在设计时从成本角度考虑被“精简”掉了。

我们对那些可“精简多余”接口部件进行分析研究后又在工业现场实地试验后方知,它在构成系统整体时存在的必要性，和选好对应匹配的接口,是对系统长期稳定运行的可靠保障。尤其是准确 度要求比较高的机械电气合一的数控项目中尤为重要。为此我们引进了好而又成熟的技术，吸收消化了许多细节的处理方法。* 门设计了半国产化的MHM-02A/B型双高速光栅隔离耦合器和MHM-06双高速差模信号转换器接口。而且分别还有多种输出方式，可以满足国内外现有形式的PLC控制器的要求。它已经在许多PLC数控系统上，尤其是在那些问题系统上、在老系统进行数控改造项目上实际应用得到了验证。使控制精度有非常显著提高，使理论设计精度与实际得到的效果完全吻合。的确是“多”而不“余”，着实能解决掉问题，起到事半功倍立竿见影的效果。从而再回* 发现国际上许多* 品牌的产品为什么和我们的同类产品相比会有相当的差距呢？细细比较我们的确是把知其所以，而不知其所以然的精华给忽略掉了。

旋转编码器、光栅尺基本原理：将光源、圆型的旋转编码盘(编码盘的线数有360线到2400线数不同)和光电检测器件等组合在一起构成的通常称光电旋转编码器，码盘的线数决定了旋转角精度。同样两块长光栅(动尺和定尺)光栅的单位密度也决定了其单位精度，与光电检测器件等组合在一起构成的光栅传感器通常称为光栅尺。

旋转编码器每旋转一格光栅角，每一个光栅电信号对应一个旋转角或光栅尺每输出一个电信号，动尺移动一个栅距，输出电信号便变化一个周期.

 
通过对信号变化周期的测量来测出动就与定就职相对位移。目前使用的光电旋转编码器与光栅尺的输出信号一般有两种形式，一是相位角相差90o的2路方波信号，二是相位依次相差90o的4路正弦信号。这些信号的空间位置周期为W。针对输出方波信号的光栅进行计数，而对于输出正弦波信号的光栅，经过整形可变为方波信号输出进行计数。就可以检测。输出方波的旋转编码器、光栅尺有A相、B相和Z相三个电信号，A相信号为主信号，B相为副信号，两个信号周期相同，均为W，相位差90o。Z信号可以作为较准信号以消除累积误差。

随着控制精度的要求提高，自动化控制的越来越普及。自然PLC应用得也就越来越广泛，因此对不同性能功能组件间的连接也提出了更高的接口要求。MHM-02、03型高速光栅隔离器就是一款性能非常良好的为旋转编码器、光栅尺与PLC控制器之间转换接口，同时可以对于输出正弦波信号的光栅，经过整形变为方波信号输出。现已广泛的应用到许多进口的、国产的旋转编码器、光栅尺与许多进口的、国产的不同类型PLC上。为此特别为自动化过程控制系统推荐

特点：FEATURES MHM-02型、MHM-03C型品

A. MHM-02型高速光栅隔离器(采用好蓝光技术)可以应用于包括微处理器系统TTL与PLC之间数据高速传输转换接口(如解决雷诺德旋转编码器输出与PLC控制器之间转换接口、应用于西门子FM350-2高速计数模块)、电动机数字光电编码器、光栅尺与PLC控制器之间转换接口、变频器脉冲信号与PLC控制器之间的信号传输、数据输入/输出转换接口、微处理器系统和计算机外设接口、还特别适用于电机控制应用等* 域。尤其是能克服工控系统复杂的现场环境下的强干扰，将强电传动执行机构和远程PLC控制网络系统之间电气隔离，排除强电场、强磁场等电气干扰。MHM-02型高速光电耦合模块可以分隔系统和有效保护较为敏感的电路，有效地提高了系统之间的抗干扰性能，为工业自动化控制系统中的高低电压之间提供一个完全物理隔离的**接口。

B. MHM-02型高速光栅隔离器常规产品输入，有PLC电平接口02A、有TTL电平接口02B，特殊要求可定制。输出，有推挽型和集电极开路输出型02AO、02BO，还有固定TTL电平输出02AT、02BT，三种任选一种。

C.结构上采用了片状模块卡口式结构，可直接卡入标准道轨安装，安装拆卸维护方便。可以多片紧凑叠合安装在标准道轨上DIN，可节省和替代控制柜输入、输出接线端子。

技术参数 SPECIFICATIONS

输入参数

INPUT DATA

工作电压范围

Operating Voltage Range

5 - 24 V

输入接口电压类型

Input  Voltage

A型为PLC电平0 - 24 V ，B型为TTL电平0 - 5V

典型输入电流

Type Input Current With Un

5 mA

典型传输频率

Transmission Frequency

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

输出参数

OUTPUT DATA

输出高电平

High Level Output Voltage

常规输出高电平为模块工作电压减 1V (DC)

输出低电平

Low Level Output Voltage

常规输出低电平为 < 0.4V ( Io = 25 mA )

连续负载电流输出电流

Continuous Load Current

常规输出25 mA   \\\\   集电极开路型 100 mA

典型开关速度

Switch – Off Delay

0.5  us

典型运行参数

TYPE GENERAL DATA

输入输出隔离电压

Isolation Voltage in / out

2500  V

工作温度范围

Operating Temperature Range

-20 - +70 ℃

外形尺寸

Outside dimension

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

注：MHM-02AT型输入为PLC电平、MHM-02BT型输入为TTL电平，模块工作电源范围可DC 8 – 30 V，输出固定为TTL电平。

MHM-02AO型输入为PLC电平、MHM-02BO型输入为TTL电平，模块的工作电源范围可DC 5 – 30 V，输出为集电极开路OC。

数控机床上的光栅尺在应用PLC高速计数器时往往会碰到，计数器与输入计数脉冲信号的脉冲电平不匹配、旋转编码器、光栅尺数据输出是TTL电平，而PLC高速计数器却要求接受的是0 - 24v传输脉冲信号、有的编码器为了提高编码器的可靠性，提供A+、A-，B+、B-，Z+、Z- 对称反相计数脉冲或者提供A+、A-，B+、B-，Z+、Z- 对称反向的正弦矢量信号，但PLC高速计数器接收的计数脉冲是单相脉冲。使用者没有选用合适的接口而放弃了其中一相(是为提高系统抗干扰能力而提供的双相计数脉冲)进行计数。

又如在应用旋转编码器、光栅尺的场合非单方向匀速运动，其运动速度是时快时慢、时动时静止、时正时反的不确定性、或者在运动速度非常低的场合，如果接口没有匹配处理好是非常容易发生计数误差的、还有脉冲数据传输距离稍长些，脉冲传输过程中会产生脉冲波形奇变。

数控机床上的光栅尺有许多应用场合虽然计数脉冲频率不高，而忽略了PLC高速脉冲计数器对计数脉冲的沿口是有速率要求(脉冲形成的上升、下降沿口响应速度要陡峭)，尤其是在应用线数比较高的编码器在低速运行时，由于机械运动必然产生细微斗动或者编码器前* 安有变速齿轮，就很容易会引起编码脉冲前后沿口上出现锯齿口。还有长期机械运动产生磨损，使间隙变大也会引起编码脉冲前后沿口上出现锯齿口。