为什么编码器也要带以太网接口？

经常接触运动控制设备的朋友会发现，这两年我们在市面上开始看到不少编码器产品开始带以太网接口了。那么，和传统的编码器相比较，如果使用带有以太网的编码器会有什么不同呢？怎么评估其性价比呢？希望通过本文的内容，给大家一些帮助。

传统的编码器

传统的编码器，使用时都需要有专门的接口去读取编码器测量反馈数值，比如脉冲式 （如：TTL）编码器需要使用高速计数模块，SSI 编码器需要使用SSI模块，正余弦编码器（比如：HiperFace）需要连接相应的反馈端口等。所以，在使用传统编码器的时候，总需要在设备上敷设专门的编码器线缆，用于连接编码器和相应的接口模块。

而由于线缆芯数是比较多的（比如：TTL的有电源和±A/±B/±Z相，HiperFace有电源加 ±Sin/±Cos/±Data信号），传统编码器线缆的使用（规划、布线、接线和工程以及维护），其实是件比较蛋疼事情，需要考虑的事情真的很多，而且稍一闪失就会出问题。

对于单机小设备，如果编码器数量少，且离控制器较近的话，那么上面说的可能并不是太大的问题。但一旦设备大了，编码器数量增加，编码器电缆的问题就会一点点暴露出来。接线和工程量、EMC电磁噪音干扰的问题等等，这些其实都会直接或间接的影响设备的性能和效益。

这个问题其实不仅出现在编码器上，设备体积和占地的增加和元件的分散分布，对于 输入输出I/O的布局接线也是个巨大的挑战。于是就出现了将分散分布的设备传感器通过分布式远程 I/O 接入控制系统的方法。编码器作为位置测量的传感器，也可以通过远程 I/O 中的编码器模块接入设备，在很大程度上可以减少编码器线缆的布线问题。但是，无论如何，还是要根据编码器的特性去单独选择合适的编码器模块，比如普通高速模块或SSI模块等，而其设计选型和接线的工作量并没有减少。

传统编码器的另一个问题是无法诊断。因为系统从编码器电脉冲只能读取其测量脉冲位置值，而系统对编码器本身的工作状态等完全是不知道的。如果编码器出现任何问题导致其反馈值错误，控制系统程序如果不加以判断，基本肯定中枪。并且中枪后基本都需要借助波形图等工具去诊断编码器是否有故障。

总线接口

对于一台体积较大、设备元件布局分散的设备，一般都应该已经具备网络总线了。如果采用带有总线端口的编码器，其作为总线的一个设备远程 I/O 节点接入系统（而不是远程I/O节点下分布的一个I/O点），可以很快解决线缆方面的问题。

因为这些总线通常采用标准的接线端口，在系统设计时可以直接引用标准端口；如果采用总线标准线缆，甚至不需要考虑接线，接线时直接采用快插，省去大量的接线工作。同时立即省去了编码器的专用模块。

而且上面说的信息化诊断也可以通过总线实现，因为在总线上可以传输的不仅仅是编码器测量位置信息，自身的运行状态等信息也都是可以通过总线实时监控的。

其实带有网络总线的编码器一直就有，比如Profibus、DeviceNet、CANopen等端口的各类增量型、绝对型编码器。但这些，在我看来都属于上一代工业总线了。其数据传输的速率和数据量、网络的带宽和实时性，对于需要采集实时位置（或速度）数据的编码器应用来说是很难满足需求的。一方面系统读取编码器位置（速度）值会有极大的延时；另一方面，能够在总线上传输的信息量也是有限的。

以太网编码器

这几年工业以太网技术的发展，网络带宽和传输速率有了极大的提升，使得工业以太网在生产设备上逐步普及，已经很显然成为新一代工业现场总线的趋势。对于编码器来说，使用现代工业以太网技术显著提升了测量反馈数据的刷新速率，尤其是带有时钟同步技术的以太网总线的发展，使得编码器应用的体验极大提升。

因为以太网的带宽较上一代现场总线极大提高，控制系统采集编码器数据速度可以更快。如果需要具备运动控制的实时运动反馈，还可以采用带有时钟同步的以太网编码器，如EtherCAT、EtherNet/IP Sync （CIP Sync）、ProfiNet编码器，当然这还得取决于控制系统的总线。

柜内接线采用 标准 RJ45端口，编码器侧采用和现场 I/O相同的IP67插头，接线异常简单，编码器可以从设备上任意一个以太网端口接入系统，无论从设计和工程实施的角度，都是极大的方便。

除此以外，由于网络带宽的巨大提升，使得系统可以从编码器上读取的更多的信息量，如编码器的运行状态、诊断信息、运行时钟等等，而且还可以同时读取编码器的位置值和速度值，这在传统编码器应用中，只能通过程序计算出来。有些编码器甚至还可以测量环境温度等信息。也就是说，编码器本身的功能因为网络总线能力的提升而增强了。用比较时髦的4.0和IoT的说法，就是更加智能化了。

因为采用以太网接口，诊断的手段也可以极为灵活，上图显示的是通过移动设备wifi对以太网编码器进行配置和调试。

关于以太网编码器的一些细节功能，我们在后面会找样品进行单独浅读。

所以，回到本文的主题，为什么编码器也要带以太网，我觉得是有几个驱动力的：

设备从单个分离元件走向系统化

复杂设备系统布局和连接的简化

生产、制造、运营、维护流程的信息化

而这样的系统性优化的驱动力，带来的这种工业现场传感的网络化和智能化不仅仅体现在编码器上。事实上，我们注意到一些不同类型的以太网、智能型新型传感器已经面市了。关于这方面的动态，我们会持续关注。