PROFINET编码器为什么比PROFIBUS-DP抗干扰好

• 关键词：profinet编码器,profibus-dp编码器,工业以太网编码器
• 作者：殷铭敏
• 摘要：作为节能减排的“关键靶点”，工业制造自动化领域也迅速投身到绿色制造升级中，在各种自动化改造中，经常会遇到多种不同品牌的的电气设备搭配混用，并协同工作，干扰问题也随之而来。

    近日中国中科院发布警告：2022年全球气候问题未得到明显的改善且极端天气仍不断频发，“双碳”目标是我国就全球气候变化问题向世界做出的庄严承诺，“双碳”目标下，推动产业升级要下大气力推动钢铁、有色、石化、化工、建材等传统产业优化升级，加快工业领域低碳工艺革新和数字化转型。要加大垃圾资源化利用力度，大力发展循环经济，减少能源资源浪费。

作为节能减排的“关键靶点”，工业制造自动化领域也迅速投身到绿色制造升级中，在各种自动化改造中，经常会遇到多种不同品牌的的电气设备搭配混用，并协同工作，干扰问题也随之而来。

    干扰很讨厌，如果处理不好会影响项目的验收，在中国的工控现场是不可能只用一家品牌的电器的，比如在自动化控制有双电机同步控制或者多电机联动，需要有PLC作为控制元件，变频器或者驱动器控制电机作为执行元件，而编码器作为检测同步数据的传感器元件，电气工程师需要对这些不同的元器件选型进行电气搭配来使用，这些不同品牌间电器通信和控制要靠工业总线来连接，我们以西门子PLC来举例，过去S7-300常用的工业总线profibus-DP，自从PLC1200和1500发布以来多采用工业以太网profinet。主要因为这两款PLC集成的profinet网口可以方便的连接其他设备，而且PROFINET速度快、信号稳定、诊断灵活，由于采用以太网的连接方式，增加设备时只需要连接到交换机的端口即可，这样可以方便连接超多个设备。

那么PROFINET相比PROFIBUS-DP抗干扰性具有哪些优势：

1、从通讯协议来讲profibus是总线通讯协议，是以轮询的方式，主站访问从站、从站应答、完成一个站点的访问，如果一个有问题，会再次发送请求，如果三次失败，这个站点就有问题了。所以现场有干扰影响到一组数据，就会因此降速或者数据包丢失。而profinet不会出现这样情况，profinet是工业以太网，以太网都是点对点一对一通讯，使用的是IP地址，速度快，而且一条网线干扰也不会影响另外一条网线的通讯。

2、从线缆结构层面上来讲，profibus的接头能正确安装的非常少，更换接头时，屏蔽层或锡纸层有接错或未接的，还有接地方面的问题。profinet而且使用的是标准接头，网线的双绞线要比PB电缆细，而且绞得密，用的是交换机，其性能和屏蔽更好，比如做个RJ45接头，即使技术不好也不会出现大问题。

编码器器作为检测长度角度数据的传感器选型也尤其重要。

要解答这个问题先了解一下编码器的分类：

编码器分为增量编码器和绝对值编码器，绝对值编码器又分为单圈绝对值编码器和多圈绝对值编码器。

增量编码器输出的是脉冲信号，PLC通过高速计数模块采集脉冲信号，增量编码器优点是构造简单使用成本低，缺点是脉冲信号在传输中，容易受到干扰丢脉冲造成计数不准的问题，而且断电后无法保存位置，必须重新确定系统零点。

绝对值编码器输出的是数字信号，PLC通过各种通讯模块采集数据信号，常用的就有modbusRTU、profibus-DP、Canopen这类工业总线，还有就是profinet这类工业以太网。绝对值编码器分单圈和多圈，单圈就是360度的值，多圈就是360度后有更多的360度的值，每个机械位置对应唯一的值，不依赖计数装置 ，什么时候需要就去读那个值，和增量编码器相比安装时不必费劲找零点，将任意位置作为起始点就可以了，大大简化了安装调试难度。

在了解了编码器分类后，对于编码器的应用场合非常清晰了，做同步控制的必须要用到绝对值机械多圈编码器，那么绝对值编码器从硬件上抗干扰该怎么选？

1、机械齿轮多圈，比电子计数多圈抗干扰要强

多圈绝对值编码器分机械、韦根、电池 ，除了机械多圈的其他方式都要靠计数，计数方式只要干扰一来就有计错的风险，所以就有数据出错的可能，机械齿轮箱所有的位置都是一一对应的，干扰来了不可能出错，所以也不惧任何干扰。

2、电源的抗干扰设计

我们的PN编码器不是简单的模仿，而是根据中国实际工况做了改进，我们的工况现场就是多种电气都在一起 ，变频器、PLC都接在一起，电气环境非常复杂，干扰基本上是从电源或者信号侧进入，我们的编码器在电源侧加了3个电源模块为了隔离干扰，PN板载有2块电源模块，一个为整块电路板供电，一个为通讯模块的隔离供电，编码器上还有为芯片供电的宽电压电源，这3块电源都是隔离电源，能有效防止电源干扰问题。

3、硬件先天的防潮抗震的特性

我们的绝对值编码器为全磁的，全磁的设计除了抗震动的好处外，还有抗潮湿的优点，尤其是在南方湿热的环境下，受潮的电气特别容易出问题，电气设备长期处于潮湿环境会降低绝缘，从而影响使用寿命，进口品牌大多采用光学的码盘设计，光学器件没有办法全封闭 ，而全磁的电路板可以做全防水封闭，北方有高低温温差的问题，所以无论南北，全磁的机械齿轮绝对值编码器使用寿命比光学的更长。

所以我们的编码器不是单纯的模仿进口 ，我们是根据中国的特有的电气环境做了改进，更加贴合中国用户的使用习惯，我们编码器的体积大是因为机械齿轮箱以及电源的设计需要内部空间，这些都是为了抗干扰做了特别的优化。

除了双电机的同步控制，自动化控制中还有多个电机做联动的控制，在profinet的方案中，因为profinet是以太网的可以在一条IP信息中传输多个编码器数据，所以可以采用同步信号控制器的方案。

采用同步信号的方案的好处有：

（1）多个编码器采集的数据是以同步并行的方式采集的。

（2）多个编码器数据同时到达PLC没有先后，对编码器数据传输非常有优势。

（3）传统的profinet编码器采集数据也需要排队读取的，尽管profinet速度已经快了，还是有先后，采用同步信号采集的方式，这是真正意义上的同步。

（4）在profinet以太网的上时间，多只编码器的数据是一起发出的，节省传输时间，节省PLC资源，技术上更经济-就像小轿车带一个人到目的地和商务车带多个人到目的地，损坏肯定是商务车更低一个道理。

（5）前端编码器对环境要求低，防护等级高，减少故障率，或许能省一个交换机

（6）前端编码器采用快速485协议，信号成熟稳定，接线方便（跟DP比没有特殊的端子），电缆成本低（相对pn电缆，如果是户外电缆成本很高，采用普通电缆到电器柜里再改用pn线成本省好多），芯片供应稳定。