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Esiste una lunghezza massima per i cavi degli encoder?

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Juergen Wagenbach sa bene quali sono le misure importanti quando si ha a che fare con cavi lunghi degli encoder o dei sensori Hall.

I cavi standard in uso sui motori e sensori potrebbero essere lunghi da 30 cm fino a 3 m. A volte non sono lunghi abbastanza, soprattutto se le unità di comando vengono installate in un armadio macchina posizionato a distanza di alcuni metri o persino in un'altra stanza.

Per quanto riguarda la lunghezza massima dei cavi non esiste una risposta generalmente valida. Adottando le opportune misure è possibile gestire senza problemi lunghezze dei cavi fino a 10 m. Se tutto viene installato alla perfezione e viene controllata e confermata la qualità del segnale durante la prima messa in servizio, è possibile raggiungere persino lunghezze di 50 o 100 m.

Misure speciali in caso di cavi particolarmente lunghi

Molto spesso il primo pensiero potrebbe essere che il fattore critico è il calo della tensione del segnale sulle lunghe distanze. Di fatto ciò non è vero perché spesso i segnali dei sensori devono semplicemente soddisfare la specifica TTL che accetta un segnale “high” già con un livello di tensione superiore a 2,1 V. Il livello di segnale richiesto viene specificato in “Riferimento hardware” delle unità di comando maxon, nei capitoli relativi agli ingressi di encoder e sensori Hall.

1) Tensione di alimentazione del sensore

Solitamente gli encoder presentano un range di tolleranza ridotto per quanto riguarda la tensione di alimentazione. In caso di specifiche 5 V +/-5%, deve essere presente una tensione di almeno 4,75 V sull'ingresso della tensione di alimentazione dell'encoder per far sì che funzioni. Dal punto di vista della tensione di alimentazione, il calo di tensione dei cavi lunghi può essere critico. Se la tensione di alimentazione è insufficiente, i segnali del sensore sono errati o assenti. Il motivo principale degli impulsi assenti è spesso riconducibile alla tensione di alimentazione e non al livello del segnale come previsto. Pertanto è importante assicurarsi che sia presente la tensione di alimentazione specificata sul connettore dell'encoder. Questa può essere migliorata utilizzando cavi con fili più spessi. Solitamente questi cavi più spessi sono necessari per la tensione di alimentazione e il filo GND. Il calo di tensione dei fili del sensore non è quindi così critico come indicato sopra.

Di contro, i cavi con fili più spessi sono generalmente meno flessibili, più pesanti e costosi. I cavi con fili di calibro misto presentano design speciali e sono molto più costosi. Esiste una soluzione semplice per venire incontro a questi svantaggi:

Utilizzare più di un filo per alimentazione e GND

Acquistate più cavi di quelli effettivamente necessari, ad esempio un cavo con 10 o 12 fili invece degli 8 solitamente richiesti da un encoder. Utilizzate 2, 3 fili per alimentazione e GND. Questi cavi standard sono più efficienti dal punto di vista dei costi e continuano a essere più flessibili dei cavi con fili dal diametro maggiore

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2) Tipo di segnale del sensore

La raccomandazione generale è quella di utilizzare encoder con linee di segnale differenziale per migliorare l'immunità ai disturbi e ridurre il rischio di rilevamento di impulsi errati soprattutto in caso di comandi di posizionamento. Questo requisito generale risulta ancora più importante in caso di cavi lunghi:

Usare solo encoder con linee di segnale differenziale!

I sensori Hall spesso non offrono linee di segnale differenziale ma non sono critici per quanto riguarda i singoli impulsi errati. Tuttavia è opportuno valutare anche il rischio di disturbo del segnale e gli effetti negativi in caso di sensori Hall, che dipendono dalle altre misure indicate. In presenza di questo rischio o di stati di errore dell'unità di comando relativi ai segnali del sensore Hall, valutate l'idea di installare un line driver accanto al motore e un line receiver accanto all'unità di comando per le linee di segnale del sensore Hall.

3) Ridurre le influenze EMI

Il rischio di disturbi elettromagnetici aumenta fortemente in caso di linee di segnale lunghe, poiché spesso non è ben chiaro quali altri cavi potrebbero essere adiacenti ai cavi di segnale all'interno di una macchina. Risulta quindi particolarmente importante utilizzare cavi schermati per tutte le linee di alimentazione dei carichi induttivi quali ad esempio motori, relè, contattori principali, pompe, ventilatori o starter di tubi al neon.

  • All'interno di un cavo non combinate linee di segnale e linee di alimentazione motore!
  • Non utilizzate cavi piatti! Questo tipo di cavi sono più critici dal punto di vista delle interferenze elettromagnetiche e offrono meno possibilità di schermatura.
  • Utilizzate cavi schermati per le linee di alimentazione e le linee motore!
  • Collegate la schermatura a terra utilizzando i morsetti di terra su entrambe le estremità del cavo lungo!
  • Provate a separare i cavi motore e i cavi segnale o sensore e non sovrapporli (se possibile).
     

Prestando attenzione a tutte queste misure e controllando da ultimo la qualità del segnale durante la prima messa in servizio potete ridurre gli svantaggi e i rischi in caso di impiego di cavi lunghi.

Autore: Juergen Wagenbach

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