PROFINET編碼器為什么比PROFIBUS-DP抗干擾好

    近日中國(guó)中科院發(fā)布警告：2022年全球氣候問(wèn)題未得到明顯的改善且極端天氣仍不斷頻發(fā)，“雙碳”目標(biāo)是我國(guó)就全球氣候變化問(wèn)題向世界做出的莊嚴(yán)承諾，“雙碳”目標(biāo)下，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)要下大氣力推動(dòng)鋼鐵、有色、石化、化工、建材等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級(jí)，加快工業(yè)領(lǐng)域低碳工藝革新和數(shù)字化轉(zhuǎn)型。要加大垃圾資源化利用力度，大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，減少能源資源浪費(fèi)。

作為節(jié)能減排的“關(guān)鍵靶點(diǎn)”，工業(yè)制造自動(dòng)化領(lǐng)域也迅速投身到綠色制造升級(jí)中，在各種自動(dòng)化改造中，經(jīng)常會(huì)遇到多種不同品牌的的電氣設(shè)備搭配混用，并協(xié)同工作，干擾問(wèn)題也隨之而來(lái)。

    干擾很討厭，如果處理不好會(huì)影響項(xiàng)目的驗(yàn)收，在中國(guó)的工控現(xiàn)場(chǎng)是不可能只用一家品牌的電器的，比如在自動(dòng)化控制有雙電機(jī)同步控制或者多電機(jī)聯(lián)動(dòng)，需要有PLC作為控制元件，變頻器或者驅(qū)動(dòng)器控制電機(jī)作為執(zhí)行元件，而編碼器作為檢測(cè)同步數(shù)據(jù)的傳感器元件，電氣工程師需要對(duì)這些不同的元器件選型進(jìn)行電氣搭配來(lái)使用，這些不同品牌間電器通信和控制要靠工業(yè)總線來(lái)連接，我們以西門子PLC來(lái)舉例，過(guò)去S7-300常用的工業(yè)總線profibus-DP，自從PLC1200和1500發(fā)布以來(lái)多采用工業(yè)以太網(wǎng)profinet。主要因?yàn)檫@兩款PLC集成的profinet網(wǎng)口可以方便的連接其他設(shè)備，而且PROFINET速度快、信號(hào)穩(wěn)定、診斷靈活，由于采用以太網(wǎng)的連接方式，增加設(shè)備時(shí)只需要連接到交換機(jī)的端口即可，這樣可以方便連接超多個(gè)設(shè)備。

那么PROFINET相比PROFIBUS-DP抗干擾性具有哪些優(yōu)勢(shì)：

1、從通訊協(xié)議來(lái)講profibus是總線通訊協(xié)議，是以輪詢的方式，主站訪問(wèn)從站、從站應(yīng)答、完成一個(gè)站點(diǎn)的訪問(wèn)，如果一個(gè)有問(wèn)題，會(huì)再次發(fā)送請(qǐng)求，如果三次失敗，這個(gè)站點(diǎn)就有問(wèn)題了。所以現(xiàn)場(chǎng)有干擾影響到一組數(shù)據(jù)，就會(huì)因此降速或者數(shù)據(jù)包丟失。而profinet不會(huì)出現(xiàn)這樣情況，profinet是工業(yè)以太網(wǎng)，以太網(wǎng)都是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)一對(duì)一通訊，使用的是IP地址，速度快，而且一條網(wǎng)線干擾也不會(huì)影響另外一條網(wǎng)線的通訊。

2、從線纜結(jié)構(gòu)層面上來(lái)講，profibus的接頭能正確安裝的非常少，更換接頭時(shí)，屏蔽層或錫紙層有接錯(cuò)或未接的，還有接地方面的問(wèn)題。profinet而且使用的是標(biāo)準(zhǔn)接頭，網(wǎng)線的雙絞線要比PB電纜細(xì)，而且絞得密，用的是交換機(jī)，其性能和屏蔽更好，比如做個(gè)RJ45接頭，即使技術(shù)不好也不會(huì)出現(xiàn)大問(wèn)題。

編碼器器作為檢測(cè)長(zhǎng)度角度數(shù)據(jù)的傳感器選型也尤其重要。

要解答這個(gè)問(wèn)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(duì)值編碼器，絕對(duì)值編碼器又分為單圈絕對(duì)值編碼器和多圈絕對(duì)值編碼器。

增量編碼器輸出的是脈沖信號(hào)，PLC通過(guò)高速計(jì)數(shù)模塊采集脈沖信號(hào)，增量編碼器優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單使用成本低，缺點(diǎn)是脈沖信號(hào)在傳輸中，容易受到干擾丟脈沖造成計(jì)數(shù)不準(zhǔn)的問(wèn)題，而且斷電后無(wú)法保存位置，必須重新確定系統(tǒng)零點(diǎn)。

絕對(duì)值編碼器輸出的是數(shù)字信號(hào)，PLC通過(guò)各種通訊模塊采集數(shù)據(jù)信號(hào)，常用的就有modbusRTU、profibus-DP、Canopen這類工業(yè)總線，還有就是profinet這類工業(yè)以太網(wǎng)。絕對(duì)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(gè)機(jī)械位置對(duì)應(yīng)唯一的值，不依賴計(jì)數(shù)裝置 ，什么時(shí)候需要就去讀那個(gè)值，和增量編碼器相比安裝時(shí)不必費(fèi)勁找零點(diǎn)，將任意位置作為起始點(diǎn)就可以了，大大簡(jiǎn)化了安裝調(diào)試難度。

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

1、機(jī)械齒輪多圈，比電子計(jì)數(shù)多圈抗干擾要強(qiáng)

多圈絕對(duì)值編碼器分機(jī)械、韋根、電池 ，除了機(jī)械多圈的其他方式都要靠計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)方式只要干擾一來(lái)就有計(jì)錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)，所以就有數(shù)據(jù)出錯(cuò)的可能，機(jī)械齒輪箱所有的位置都是一一對(duì)應(yīng)的，干擾來(lái)了不可能出錯(cuò)，所以也不懼任何干擾。

2、電源的抗干擾設(shè)計(jì)

我們的PN編碼器不是簡(jiǎn)單的模仿，而是根據(jù)中國(guó)實(shí)際工況做了改進(jìn)，我們的工況現(xiàn)場(chǎng)就是多種電氣都在一起 ，變頻器、PLC都接在一起，電氣環(huán)境非常復(fù)雜，干擾基本上是從電源或者信號(hào)側(cè)進(jìn)入，我們的編碼器在電源側(cè)加了3個(gè)電源模塊為了隔離干擾，PN板載有2塊電源模塊，一個(gè)為整塊電路板供電，一個(gè)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(wèn)題。

3、硬件先天的防潮抗震的特性

我們的絕對(duì)值編碼器為全磁的，全磁的設(shè)計(jì)除了抗震動(dòng)的好處外，還有抗潮濕的優(yōu)點(diǎn)，尤其是在南方濕熱的環(huán)境下，受潮的電氣特別容易出問(wèn)題，電氣設(shè)備長(zhǎng)期處于潮濕環(huán)境會(huì)降低絕緣，從而影響使用壽命，進(jìn)口品牌大多采用光學(xué)的碼盤(pán)設(shè)計(jì)，光學(xué)器件沒(méi)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(wèn)題，所以無(wú)論南北，全磁的機(jī)械齒輪絕對(duì)值編碼器使用壽命比光學(xué)的更長(zhǎng)。

所以我們的編碼器不是單純的模仿進(jìn)口 ，我們是根據(jù)中國(guó)的特有的電氣環(huán)境做了改進(jìn)，更加貼合中國(guó)用戶的使用習(xí)慣，我們編碼器的體積大是因?yàn)闄C(jī)械齒輪箱以及電源的設(shè)計(jì)需要內(nèi)部空間，這些都是為了抗干擾做了特別的優(yōu)化。

除了雙電機(jī)的同步控制，自動(dòng)化控制中還有多個(gè)電機(jī)做聯(lián)動(dòng)的控制，在profinet的方案中，因?yàn)閜rofinet是以太網(wǎng)的可以在一條IP信息中傳輸多個(gè)編碼器數(shù)據(jù)，所以可以采用同步信號(hào)控制器的方案。

采用同步信號(hào)的方案的好處有：

（1）多個(gè)編碼器采集的數(shù)據(jù)是以同步并行的方式采集的。

（2）多個(gè)編碼器數(shù)據(jù)同時(shí)到達(dá)PLC沒(méi)有先后，對(duì)編碼器數(shù)據(jù)傳輸非常有優(yōu)勢(shì)。

（3）傳統(tǒng)的profinet編碼器采集數(shù)據(jù)也需要排隊(duì)讀取的，盡管profinet速度已經(jīng)快了，還是有先后，采用同步信號(hào)采集的方式，這是真正意義上的同步。

（4）在profinet以太網(wǎng)的上時(shí)間，多只編碼器的數(shù)據(jù)是一起發(fā)出的，節(jié)省傳輸時(shí)間，節(jié)省PLC資源，技術(shù)上更經(jīng)濟(jì)-就像小轎車帶一個(gè)人到目的地和商務(wù)車帶多個(gè)人到目的地，損壞肯定是商務(wù)車更低一個(gè)道理。

（5）前端編碼器對(duì)環(huán)境要求低，防護(hù)等級(jí)高，減少故障率，或許能省一個(gè)交換機(jī)

（6）前端編碼器采用快速485協(xié)議，信號(hào)成熟穩(wěn)定，接線方便（跟DP比沒(méi)有特殊的端子），電纜成本低（相對(duì)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(yīng)穩(wěn)定。