µm级高精度测量现场总线盒——正弦余弦编码器接口的IP67模块

　　标准的数字或模拟信号满足了绝大部分应用。但是，就像IP20的应用一样，用户越来越多地要求提供特殊信号类型。如果不能把所有的信号通过总线传送给控制器，那么使用分布式I/O的优势就不明显。Beckhoff 的正弦/余弦接口总线端子盒IP5209-Bxxx就是一个特殊功能模块，可通过总线传送所有的信号。


正弦/余弦接口介绍
　　这种接口在许多地方都有应用，例如转轴编码器或探针测量器。与数字方波信号相比，在分辨率不变的情况下输入信号的频率有明显的降低。相对于传输率为MHz，速度为6000rpm，正弦信号只需要100kHz。正弦信号A和B相位差90°，因此叫正弦/余弦接口。信号电压典型值为1 Vss电流为11 µAss。

　　根据正弦/余弦输出信号，探针也提供一个参考标记。测量探针的标记位于测量范围上升的前面或下降的后面。当到达或经过一个标记，会产生一个信号给下一个电子设备，作为下一步的控制参考。

传送数据到控制器
　　正弦/余弦测量传感器的输出通常连接在一个连续的电子系统中，采样信号最初转换成方波信号，然后通过带增量型编码器I/O端子的总线端子耦合器经现场总线传给PLC。

　　使用Beckhoff的模块不需要其他的连续电子设备。IP5209-Bxxx总线端子盒，其插补电子和总线接口集成在同一个设备中。测量传感器通过防水的M23接头直接连接到IP67总线端子盒。所有的信号，包括传感器的工作电源，都通过此接头传输。

　　为符合更为广泛的应用要求，总线端子盒系列为所有的通用总线系统所设计。IP5209-B310具备一个Profibus从站接口。当系统启动后，例如，当系统连接到安装有Profibus主站卡的工控机，相关软件运行后，就可通过Profibus得到测量传感器的当前计数值。该总线端子盒计算传感器的正弦/余弦信号，把这些类增量信号加到内部的32位计数器中。这样，这个系统就独立于上位控制器和总线。并且，计数值可以直接转换为传感器的物理位置。

测量信号的转换和比例
　　信号通过零点交叉和震动插补计算出来。零点交叉计算完成传感器1/4精度测量。例如：测量传感器的信号周期是2µm，其精度就为0.5µm。


　　震动插补提供了完整的11位镜像，例如2048步。理论上，系统的精度能够达到1nm(2µm/2048)，事实上，系统的精度受限于测量传感器和整个系统。把数据转换成实际值
可以通过右移或除以2的方式得到。例如，测量传感器以一个信号2µm来测量12mm的长度，得到的数据为12mm/2 µm * 2048 = 12,288,000。

　　该领域发展趋势显而易见，设备变得越来越紧凑，其外观尺寸和成本变得越来越重要。具备各种特殊功能的IP67实用现场总线端子盒使得成本效益实现最优化。