PROFINET編碼器為什么比PROFIBUS-DP抗干擾好

近日中國中科院發(fā)布警告：2022年全球氣候問題未得到明顯的改善且惡劣天氣仍不斷頻發(fā)，“雙碳”目標(biāo)是我國就全球氣候變化問題向世界做出的莊嚴(yán)承諾，“雙碳”目標(biāo)下，推動產(chǎn)業(yè)升級要下大氣力推動鋼鐵、有色、石化、化工、建材等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級，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，減少能源資源浪費。

作為節(jié)能減排的“關(guān)鍵靶點”，工業(yè)制造自動化領(lǐng)域也迅速投身到綠色制造升級中，在各種自動化改造中，經(jīng)常會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，干擾問題也隨之而來。

    干擾很討厭，如果處理不好會影響項目的驗收，在中國的工控現(xiàn)場是不可能只用一家品牌的電器的，比如在自動化控制有雙電機同步控制或者多電機聯(lián)動，需要有PLC作為控制元件，變頻器或者驅(qū)動器控制電機作為執(zhí)行元件，而編碼器作為檢測同步數(shù)據(jù)的傳感器元件，電氣工程師需要對這些不同的元器件選型進行電氣搭配來使用，這些不同品牌間電器通信和控制要靠工業(yè)總線來連接，我們以西門子PLC來舉例，過去S7-300常用的工業(yè)總線profibus-DP，自從PLC1200和1500發(fā)布以來多采用工業(yè)以太網(wǎng)profinet。主要因為這兩款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)備時只需要連接到交換機的端口即可，這樣可以方便連接超多個設(shè)備。

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

1、從通訊協(xié)議來講profibus是總線通訊協(xié)議，是以輪詢的方式，主站訪問從站、從站應(yīng)答、完成一個站點的訪問，如果一個有問題，會再次發(fā)送請求，如果三次失敗，這個站點就有問題了。所以現(xiàn)場有干擾影響到一組數(shù)據(jù)，就會因此降速或者數(shù)據(jù)包丟失。而profinet不會出現(xiàn)這樣情況，profinet是工業(yè)以太網(wǎng)，以太網(wǎng)都是點對點一對一通訊，使用的是IP地址，速度快，而且一條網(wǎng)線干擾也不會影響另外一條網(wǎng)線的通訊。

2、從線纜結(jié)構(gòu)層面上來講，profibus的接頭能正確安裝的非常少，更換接頭時，屏蔽層或錫紙層有接錯或未接的，還有接地方面的問題。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，其性能和屏蔽更好，比如做個RJ45接頭，即使技術(shù)不好也不會出現(xiàn)大問題。

編碼器器作為檢測長度角度數(shù)據(jù)的傳感器選型也尤其重要。

要解答這個問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值編碼器，絕對值編碼器又分為單圈絕對值編碼器和多圈絕對值編碼器。

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

絕對值編碼器輸出的是數(shù)字信號，PLC通過各種通訊模塊采集數(shù)據(jù)信號，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，每個機械位置對應(yīng)一個值，不依賴計數(shù)裝置 ，什么時候需要就去讀那個值，和增量編碼器相比安裝時不必費勁找零點，將任意位置作為起始點就可以了，大大簡化了安裝調(diào)試難度。

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

1、機械齒輪多圈，比電子計數(shù)多圈抗干擾要強

多圈絕對值編碼器分機械、韋根、電池 ，除了機械多圈的其他方式都要靠計數(shù)，計數(shù)方式只要干擾一來就有計錯的風(fēng)險，所以就有數(shù)據(jù)出錯的可能，機械齒輪箱所有的位置都是一一對應(yīng)的，干擾來了不可能出錯，所以也不懼任何干擾。

2、電源的抗干擾設(shè)計

我們的PN編碼器不是簡單的模仿，而是根據(jù)中國實際工況做了改進，我們的工況現(xiàn)場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側(cè)進入，我們的編碼器在電源側(cè)加了3個電源模塊為了隔離干擾，PN板載有2塊電源模塊，一個為整塊電路板供電，一個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題。

3、硬件先天的防潮抗震的特性

我們的絕對值編碼器為全磁的，全磁的設(shè)計除了抗震動的好處外，還有抗潮濕的優(yōu)點，尤其是在南方濕熱的環(huán)境下，受潮的電氣特別容易出問題，電氣設(shè)備長期處于潮濕環(huán)境會降低絕緣，從而影響使用壽命，進口品牌大多采用光學(xué)的碼盤設(shè)計，光學(xué)器件沒有辦法全封閉 ，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題，所以無論南北，全磁的機械齒輪絕對值編碼器使用壽命比光學(xué)的更長。

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

除了雙電機的同步控制，自動化控制中還有多個電機做聯(lián)動的控制，在profinet的方案中，因為profinet是以太網(wǎng)的可以在一條IP信息中傳輸多個編碼器數(shù)據(jù)，所以可以采用同步信號控制器的方案。

采用同步信號的方案的好處有：

（1）多個編碼器采集的數(shù)據(jù)是以同步并行的方式采集的。

（2）多個編碼器數(shù)據(jù)同時到達PLC沒有先后，對編碼器數(shù)據(jù)傳輸非常有優(yōu)勢。

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

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

（5）前端編碼器對環(huán)境要求低，防護等級高，減少故障率，或許能省一個交換機

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