編碼器信號擴(kuò)展監(jiān)控功能

“編碼器監(jiān)控?cái)U(kuò)展功能”支持以下編碼器信號檢測相關(guān)的功能擴(kuò)展：通過參數(shù)  p0437  和  r0459  來激活“編碼器監(jiān)控?cái)U(kuò)展功能”。r0458.12 = 1  可顯示硬件是否支持?jǐn)U展的編碼器監(jiān)控功能。

注意 

·   僅可在編碼器調(diào)試方法期間對“編碼器監(jiān)控?cái)U(kuò)展”的功能進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。在運(yùn)行期間不能修改其相關(guān)參數(shù)！ 

·   相關(guān)功能的參數(shù)設(shè)置只能通過  STARTER的專家列表進(jìn)行修改。 

·   如下功能適用于  SMC30  模塊和采用內(nèi)部編碼器檢測的控制單元，針對信號波形如圖1所示的HTL、TTL方波編碼器。

圖1 HTL、TTL信號波形圖

1 編碼器信號監(jiān)控  Encoder track monitoring

        此功能在使用推挽信號的方波編碼器中監(jiān)控編碼器信號 A/B ? -A/B ，以及 R ? -R。編碼器信號監(jiān)控用于檢測最重要的信號特性，如：振幅、偏移、相位。  

1.1 調(diào)試方法

        激活編碼器信號監(jiān)控功能必須設(shè)置以下參數(shù)： 

·   p0404.3 = 1 ，切換到方波編碼器 

·   p0405.0 = 1 ，切換到雙極性信號 

設(shè)置  p0405.2 = 1  以激活編碼器信號監(jiān)控功能。 

        若已從參數(shù)  p0400  的列表中選擇了編碼器，則p0405.2 = 1  上述為預(yù)設(shè)值且無法進(jìn)行修改。若自行配置編碼器參數(shù)，可以在圖2中找到p0405.2參數(shù)。

圖2 激活編碼器信號監(jiān)控功能

1.2 取消信號監(jiān)控

        在編碼器信號監(jiān)控激活時(shí)，可設(shè)置  p0437.26 = 1  取消激活此功能。對所有信號監(jiān)控都可單獨(dú)進(jìn)行計(jì)算。此時(shí)即可使用  HTL  編碼器，也可使用  TTL  編碼器。識別出故障時(shí)會輸出故障信息  F3x117¹⁾，故障信號以位編碼記錄在故障值中。   

注意 

在  CU310-2 、 CUA32 、 D410-2  和  SMC30 （僅訂貨號為  6SL3055-0AA00-5CA0  和 

6SL3055-0AA00-5CA1 ）模塊中連接了無 R 信號的方波編碼器，則會在激活信號監(jiān)控時(shí)輸出F3x117¹⁾ 故障。 

為了避免此故障，必須在編碼器接口上將“編碼器電源接地”（引腳  7 ）和“參考信號  R”（引腳  10 ）相連，并將“編碼器電源”（引腳  4 ）和“反向參考信號  R”（引腳  11 ）相連。

2 脈沖信號沿有效  Signal edge evaluation（ 1 x ， 4 x ）

        “脈沖信號沿有效”功能讓驅(qū)動器可以使用加工公差較高的方波編碼器或者較舊的編碼器。使用此功能可在編碼器信號脈沖負(fù)載系數(shù)不均勻的脈沖編碼器上計(jì)算出較為“平穩(wěn)”的轉(zhuǎn)速實(shí)際值。從而在設(shè)備更新時(shí)便可保留舊電機(jī)以及舊編碼器。

2.1 調(diào)試方法

·  設(shè)置如下參數(shù)p0437位4和位5以激活“脈沖信號沿有效”功能。

表1 激活脈沖信號沿有效功能

2.2 工作原理

        在4 x（4 倍）計(jì)算中，會對A信號和B信號上一對脈沖的兩個(gè)上升沿和兩個(gè)下降沿分別進(jìn)行計(jì)算。在1 x（1倍）計(jì)算中，只會對A信號和B信號上一對脈沖的第一個(gè)或最后一個(gè)脈沖沿進(jìn)行計(jì)算。

與1 x計(jì)算相比，4 x計(jì)算可以檢測的最小速度是1 x計(jì)算的四分之一。但在編碼器A B 脈沖信號偏差非90°的增量編碼器中，4x 計(jì)算可能會導(dǎo)致轉(zhuǎn)速實(shí)際值的“不穩(wěn)定”。

下列公式描述了不等于0的最小轉(zhuǎn)速： 

n__min  = 60 / (x*p0408) [rpm] 其中  x = 1  或  4 （ x  為計(jì)算次數(shù)）

3 “0”轉(zhuǎn)速檢測時(shí)間的設(shè)置  Setting the measuring time to evaluate speed '0' 

        此功能適用于低速（額定轉(zhuǎn)速40轉(zhuǎn)/分鐘以下）時(shí)，正確反饋接近于0的實(shí)際轉(zhuǎn)速。這樣可避免驅(qū)動系統(tǒng)在靜止?fàn)顟B(tài)下速度控制器的積分( I )分量緩慢增加，從而產(chǎn)生不必要的轉(zhuǎn)矩。   

        調(diào)試方法   

·  在參數(shù) p0453 中輸入所需的測量時(shí)間：若在此時(shí)間內(nèi)未識別出 A/B 信號的脈沖，則反饋的轉(zhuǎn)速實(shí)際值為“0”。 

4 轉(zhuǎn)速實(shí)際值的滑動平均值計(jì)算 Sliding averaging of the speed actual value

        在使用低速電機(jī)(< 40 rpm)和每轉(zhuǎn)脈沖個(gè)數(shù)為 1024 的標(biāo)準(zhǔn)編碼器時(shí)會碰到問題：每個(gè)電流控制器的時(shí)鐘周期中檢測到的編碼器脈沖數(shù)量并不完全相同（p0430.20 = 1：不采用脈沖沿間隔時(shí)間計(jì)算轉(zhuǎn)速，采用增量差值法計(jì)算轉(zhuǎn)速）。檢測到的編碼器脈沖數(shù)量的不同會導(dǎo)致轉(zhuǎn)速實(shí)際值的躍變，盡管編碼器以恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。   

        調(diào)試方法 

·  設(shè)置參數(shù) p0430.20=0 （工廠設(shè)置：脈沖沿間隔時(shí)間計(jì)算轉(zhuǎn)速）用于計(jì)算滑動平均值。

·  在參數(shù) p4685 中輸入電流控制器的時(shí)鐘周期的數(shù)量，通過此數(shù)值計(jì)算轉(zhuǎn)速平均值。通過求平均值可根據(jù)給定的周期數(shù)量對偶發(fā)的故障脈沖進(jìn)行平滑。p4685最大可以設(shè)置到20，即對20個(gè)電流控制器的時(shí)鐘周期中檢測值取平均，作為轉(zhuǎn)速實(shí)際值。

5 零脈沖容差  Zero mark tolerance

        在此功能用于忽略與兩個(gè)零脈沖之間與檢測到的編碼器脈沖個(gè)數(shù)相關(guān)的偶發(fā)故障。 

5.1 調(diào)試方法

        設(shè)置參數(shù)  p0430.21 = 1，以激活“零脈沖容差”功能。

5.2 工作原理 

·   在檢測到第2 個(gè)有效零脈沖后，“零脈沖容差”功能開始生效。 

·   此后兩個(gè)零脈沖間的脈沖數(shù)量首次與所配置的脈沖數(shù)量（旋轉(zhuǎn)編碼器 p0425、直線編碼器 p0424 ）出現(xiàn)不一致時(shí)，先不會輸出F3x100 ¹⁾（零脈沖間脈沖個(gè)數(shù)錯(cuò)誤）或 Fx3101¹⁾ （零脈沖標(biāo)記故障)，而是會先輸出報(bào)警A3x400¹⁾ （零脈沖間脈沖個(gè)數(shù)報(bào)警）或 A3x401¹⁾ （零脈沖標(biāo)記報(bào)警）; 

·   若下一個(gè)零脈沖重新在正確的位置出現(xiàn)，則消除報(bào)警。 

·   若再次識別出錯(cuò)誤的零脈沖位置，則會輸出故障  F3x100 ¹⁾ 或Fx3101¹⁾ 。

6 凍結(jié)轉(zhuǎn)速原始值  Freezing the speed raw value

        若在反饋的轉(zhuǎn)速實(shí)際值變化率較大的情況下，dn/dt 監(jiān)控報(bào)出了故障（見參數(shù) p0492 參數(shù)說明）。此時(shí)可通過“凍結(jié)轉(zhuǎn)速原始值”功能在短時(shí)間內(nèi)將反饋的轉(zhuǎn)速實(shí)際值信號設(shè)為某一固定值，從而對轉(zhuǎn)速實(shí)際值的變化進(jìn)行均衡。    

6.1 調(diào)試方法

        設(shè)置參數(shù)p0437.6 = 1，以激活“凍結(jié)轉(zhuǎn)速原始值”功能。 

6.2 工作原理

·   若 dn/dt 監(jiān)控作出了響應(yīng)，則系統(tǒng)首先會輸出報(bào)警  A3x418¹⁾ “編碼器 x ：超出了每個(gè)采樣率的轉(zhuǎn)速差值”，而不是F3x118¹⁾ 故障。 

·   此時(shí)凍結(jié)轉(zhuǎn)速實(shí)際值，凍結(jié)時(shí)間為2個(gè)電流控制器的時(shí)鐘周期。 

·   轉(zhuǎn)子位置繼續(xù)累加。

·   在 2 個(gè)電流控制器的時(shí)鐘周期后會解除速度實(shí)際值凍結(jié)。 

7 可調(diào)節(jié)的硬件濾波器  Adjustable hardware filter

7.1 調(diào)試方法

        設(shè)置參數(shù)  p0438 ≠ 0，以激活“可調(diào)節(jié)的硬件濾波器”功能。

7.2 工作原理

·   在參數(shù)  p0438 （方波編碼器濾波時(shí)間）中輸入一個(gè)在  0  至100 μs范圍內(nèi)的濾波時(shí)

間。硬件濾波器僅支持0 （無濾波）、0.04 μs 、0.64 μs 、2.56 μs 、10.24 μs 和 

20.48 μs 這些賦值。若輸入的數(shù)值不是上述固定值時(shí)，則會自動將硬件濾波時(shí)間r0452設(shè)置成比之較大的接近值。p0438設(shè)置為10.24 μs以上時(shí)，r0452會自動設(shè)定為20.48 μs。

·   激活生效的濾波時(shí)間可在參數(shù)  r0452 中查看。

·   濾波時(shí)間會對電機(jī)允許運(yùn)行的最大轉(zhuǎn)速有影響，其計(jì)算方法如下： 

n__max [rpm] = 60 / (p0408 · 2 · r0452) ；  p0408：旋轉(zhuǎn)編碼器的脈沖數(shù)。  

示例 

若p0408 = 2048 、r0452 = 10.24 [μs] ；

此時(shí)  n__max = 60 / (2048 · 2 · 10.24 · 10^-6) = 1430 [rpm]

也就是說，使用此濾波時(shí)間內(nèi)電機(jī)的最大運(yùn)行轉(zhuǎn)速可達(dá)1430 rpm ，超過此速度運(yùn)行則正常的編碼器脈沖信號也會被濾除掉，造成設(shè)備故障停機(jī)。  

8 零脈沖沿有效  Edge evaluation of the zero mark

        此功能適用于零脈沖寬度  ≥ 1個(gè)脈沖寬度的編碼器。此類編碼器在使用時(shí)激活零脈沖邊沿監(jiān)控會引發(fā)故障。

        當(dāng)正向旋轉(zhuǎn)時(shí)檢測零脈沖的上升沿，反向旋轉(zhuǎn)時(shí)檢測其下降沿。這樣便可將零脈沖寬度大于一個(gè)脈沖的編碼器當(dāng)作等距零脈沖編碼器（ p0404.12 = 1 ）進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，也就是說此時(shí)可以激活零脈沖監(jiān)控，系統(tǒng)不會誤報(bào)F3x100, F3x101¹⁾  。

8.1 調(diào)試方法

·   設(shè)置參數(shù)  p0437.1 = 1  以激活“零脈沖沿有效”功能。出廠設(shè)置  p0437.1 = 0表示運(yùn)行時(shí)激活零脈沖監(jiān)控。 

8.2 工作原理

·   在極端情況下，若電機(jī)以1轉(zhuǎn)速度在零脈沖寬度范圍內(nèi)擺動，零脈沖寬度監(jiān)控可能會出現(xiàn)數(shù)量級上的錯(cuò)誤。

·   上述問題可通過對參數(shù)“p4686  零脈沖最小長度”賦值來解決。可將參數(shù)  p4686 設(shè)為零脈沖寬度的? ，以盡可能地減少上述錯(cuò)誤。 

·   為了能在有稍許不精確時(shí)，驅(qū)動設(shè)備不會輸出故障  F3x100 (N, A) ¹⁾  “編碼器  x ：零脈沖間脈沖個(gè)數(shù)故障”，可以允許調(diào)節(jié)零脈沖間脈沖個(gè)數(shù)的偏差： 

“p4680  允許零脈沖監(jiān)控公差”在設(shè)置了  p0430.22 = 0 （無磁極位置適配）和  p0437.2 = 0 （故障時(shí)不進(jìn)行脈沖數(shù)量補(bǔ)償）時(shí)，此參數(shù)可減少故障  F3x100 ¹⁾  的觸發(fā)幾率。 

9 故障時(shí)的脈沖數(shù)補(bǔ)償  Pulse number correction for faults

        干擾電流或其他 EMC 問題可能會使編碼器檢測的結(jié)果出現(xiàn)偏差。此時(shí)可以通過零脈沖對所測得的編碼器信號進(jìn)行補(bǔ)償。     

9.1 調(diào)試方法

·  設(shè)置  p0437.2 = 1  以激活“故障時(shí)的脈沖數(shù)補(bǔ)償”功能。 

·  用零脈沖間脈沖個(gè)數(shù)（ p4680 ）參數(shù)定義允許的公差（編碼器脈沖個(gè)數(shù)）。

·  用參數(shù)p4681 ，p4682 定義驅(qū)動設(shè)備中脈沖數(shù)量補(bǔ)償?shù)墓顜Х秶?/span> 

·  通過 p4686 定義零脈沖的最小寬度。 

9.2 工作原理

        此功能用于在公差帶內(nèi)（ p4681 ， p4682 ）對兩個(gè)零脈沖間錯(cuò)誤的編碼器脈沖進(jìn)行完全補(bǔ)償。補(bǔ)償速度為每個(gè)電流控制器的時(shí)鐘周期最多可以補(bǔ)償編碼器脈沖個(gè)數(shù)的?。這樣便可對缺少的編碼器脈沖（例如由于編碼器碼盤臟污）進(jìn)行持續(xù)補(bǔ)償。p4681設(shè)置正向偏差上限脈沖個(gè)數(shù)，p4682設(shè)置負(fù)向偏差上限脈沖個(gè)數(shù)。若檢測到兩個(gè)零脈沖偏差超出了公差帶，則會輸出故障  F3x131 ¹⁾  。

·  通過p4686 設(shè)置零脈沖的最小長度。采用出廠設(shè)置1 可防止 EMC 問題導(dǎo)致零脈沖故障。僅在設(shè)置參數(shù) p0437.1 = 1 “零脈沖沿有效”時(shí)，才可以在小范圍內(nèi)抑制的零脈沖故障。 

·  若零脈沖偏差小于零脈沖最小長度（ p4686 ），則不會進(jìn)行補(bǔ)償。 

·  零脈沖持續(xù)出錯(cuò)的情況下會顯示故障  F3x101¹⁾ 或報(bào)警A3x401¹⁾ 。 

注意：

在“帶零脈沖的換向”功能激活時(shí) (p0404.15 = 1) ，系統(tǒng)會等待精同步完成后（ r1992.8 = 1 ）才進(jìn)行補(bǔ)償。 

對用于換向用的磁極位置同樣也會進(jìn)行補(bǔ)償。  因此不必激活磁極位置適配（ p0430.22 = 1 ）功能。  在轉(zhuǎn)速檢測中此功能不會執(zhí)行補(bǔ)償。

10 磁極位置適配  Pole position adaptation

        驅(qū)動通過不斷重復(fù)零脈沖在磁極位置中添加所缺少的脈沖（例如在編碼器碼盤臟污的情況下），從而對磁極位置中的錯(cuò)誤進(jìn)行補(bǔ)償。如果添加的脈沖過多（例如由于EMC干擾），則在超出零脈沖間脈沖個(gè)數(shù)范圍后其會自動減少。

10.1 調(diào)試方法

·  設(shè)置參數(shù)  p0430.22 = 1  以激活“磁極位置適配”功能。 

10.2 工作原理

        “磁極位置適配”功能激活時(shí)，會在用于換向的磁極位置中對  A/B  信號上的錯(cuò)誤脈沖進(jìn)行補(bǔ)償。   零脈沖的公差帶為  ±30°電角度。   補(bǔ)償速度為兩個(gè)零脈沖間編碼器脈沖的? ，這樣便可對個(gè)別錯(cuò)誤脈沖以及多余的脈沖進(jìn)行補(bǔ)償。  ¹⁾  x =  編碼器編號（ x = 1 、 2  或  3 ）。

11 編碼器故障排除  Troubleshooting

表2  編碼器信號故障圖、可能故障原因及解決方法

關(guān)鍵詞
S120，編碼器，監(jiān)控