淺談Kubler編碼器在西門子Profibus-DP總線中的應(yīng)用

摘要：編碼器是把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號的一種裝置.本文介紹了編碼器和現(xiàn)場總線技術(shù)，簡要說明了Kubler編碼器在西門子Profibus-DP總線中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：編碼器；現(xiàn)場總線；Kubler；西門子Profibus-DP

中圖分類號：TN762文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 編碼器的簡要介紹

編碼器是把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號的一種裝置。按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對式兩類。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號，再把這個(gè)電信號轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移的大小。絕對式編碼器的每一個(gè)位置對應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關(guān)，而與測量的中間過程無關(guān)。

如果要測量旋轉(zhuǎn)超過360度范圍，就要用到多圈絕對式編碼器。編碼器生產(chǎn)廠家運(yùn)用鐘表齒輪機(jī)械的原理，當(dāng)中心碼盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過齒輪傳動另一組碼盤（或多組齒輪，多組碼盤），在單圈編碼的基礎(chǔ)上再增加圈數(shù)的編碼，以擴(kuò)大編碼器的測量范圍，這樣的絕對編碼器就稱為多圈式絕對編碼器，它同樣是由機(jī)械位置確定編碼，每個(gè)位置編碼唯一不重復(fù)，而無需記憶。

多圈編碼器優(yōu)點(diǎn)是由于測量范圍大，實(shí)際使用往往富裕較多，這樣在安裝時(shí)不必要費(fèi)勁找零點(diǎn)，將某一中間位置作為起始點(diǎn)就可以了，而大大簡化了安裝調(diào)試難度。多圈式絕對編碼器在長度定位方面的優(yōu)勢明顯，已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于工控定位中。

2 現(xiàn)場總線技術(shù)的介紹

隨著計(jì)算機(jī)、控制、通信、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展，作為工業(yè)控制數(shù)字化、智能化與網(wǎng)絡(luò)化典型代表的現(xiàn)場總線（FieldBus）技術(shù)也得到了迅速發(fā)展、影響巨大，引起了工程技術(shù)界的普遍興趣與重視。現(xiàn)場總線是當(dāng)今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一。

根據(jù)國際電工委員會（IEC）和美國儀表協(xié)會(ISA)的定義：現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)，它的關(guān)鍵標(biāo)志是能支持雙向多節(jié)點(diǎn)、總線式的全數(shù)字通訊。具有可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、通信速率快、系統(tǒng)安全、造價(jià)低廉、維護(hù)成本低等特點(diǎn)。常用的現(xiàn)場總線協(xié)議類型如下：

應(yīng)用于各種制造工業(yè)自動化的Profibus-DP，DeviceNet，AS-i，Interbus-S，Canopen，ModBus等。

應(yīng)用于各種過程自動化的Profibus-PA，F(xiàn)oundation Fieldbus等。

應(yīng)用于防爆場合本安型現(xiàn)場總線協(xié)議Sensoplex2Ex，SensoplexMC。

3 Kubler(58X8) Profibus-DP編碼器

Kubler (58X8)系列是把編碼器技術(shù)和現(xiàn)場總線技術(shù)結(jié)合應(yīng)用的一個(gè)全新的突破，是專門用于Profibus-DP通訊的編碼器，以Kubler（5858，5888）為例，Kubler（5858）為單圈編碼器（Single turn），Kubler（5888）為多圈編碼器（Multiturn）。

3.1 Kubler編碼器的硬件配置

硬件配置包括編碼器內(nèi)Profibus-DP地址的撥碼設(shè)定，如圖1所示，和通訊及電源的連接端口，如圖2所示

圖1 編碼器地址設(shè)定

說明：地址為1~7DH（1~125decimal）之間的任意數(shù)。上面的為低位地址，下面為高位地址。

圖2上：編碼器三個(gè)接線端的管角圖，

下：編碼器的終端電阻撥碼

說明：如編碼器為DP BUS最終設(shè)備如圖，A、B終端電阻均為ON。

3.2 Kubler編碼器的軟件配置

以西門子公司Profibus-DP總線為例，CPU選西門子公司的S7 300系列可編程序控制器，數(shù)據(jù)最大傳率為187.5Kbps。如圖3所示，程序硬件配置：安裝GSD文件后在右側(cè)欄中添加5858單圈/5888多圈16位/32位輸入輸出模板（單圈16位/32位，多圈32位）及16位測速板模。添加16位模板時(shí)數(shù)據(jù)為-32767~+32767（PIW258），32位模板時(shí)0~65536（PID256）即單圈最大計(jì)數(shù)值65536。多圈編碼器5888單圈讀數(shù)65536（16位精度），圈數(shù)為12位，總計(jì)數(shù)為28位（228，268435456），如圖4所示。

說明：紅圈內(nèi)上面的值為單圈最大計(jì)數(shù)值即單圈最大216=65536，16位精度，可設(shè)范圍1～65536，本KUBLER多圈編碼器圈數(shù)固定為4096圈，精度為12位即212，所以下面與上面的比值固定為4096，設(shè)置時(shí)須注意。下面為最大計(jì)數(shù)值228。設(shè)定范圍為單圈設(shè)定值X4096。

3.3 編碼器預(yù)置值的設(shè)定

選擇32位模板，當(dāng)MSB=1（如上圖Presetcontrol）即第31位為1時(shí)（上升延觸發(fā)）時(shí)，0~30位中所設(shè)置的預(yù)置值生效。選擇16位模板如上圖下半部分。

以下為多圈KUBLER編碼器實(shí)例 ，其中PQD256為輸出編碼器預(yù)置值格式如下：

2#1000 0000 0000 0000 0000 0000 0100 0110，其中MSB=1使能預(yù)置值70，

DW#16# 80000046十六進(jìn)制預(yù)置70。如圖5所示。

圖5預(yù)置值的設(shè)定

說明：PIW260和PIW262為編碼器輸出的即時(shí)轉(zhuǎn)數(shù)RPM/MIN。

結(jié)束語

近幾年來隨著計(jì)算機(jī)、控制、通信、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的飛速發(fā)展，帶來了自動控制領(lǐng)域一場新革命。推動工業(yè)自動化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，解決國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展面臨的深層問題，進(jìn)一步提高國民經(jīng)濟(jì)整體素質(zhì)和綜合國力，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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