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エンコーダケーブルに「最大長」はありますか?

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ユルゲン・ワーゲンバッハ氏は、長いエンコーダや長いホールセンサケーブルの使用にあたって注意する必要がある措置を熟知しています。

モータとセンサで使用される標準的なケーブルは、長さが 30 cm~3 m 程度です。しかし、特にコントローラが数メートル離れた機械のキャビネットに設置されている場合や、別の作業場所に設置されている場合には、この長さでは不足することがあります。

最大ケーブル長について、一般的な回答を出すことはできません。10 m 以下のケーブル長は、特別な措置を考慮することで問題なく取り扱うことができます。50 m または 100 m のケーブル長であっても、適切に設置され、初回始動時に信号品質の点検と確認が行われていれば、正常に使用することができます。

ケーブル長が長い場合に考慮すべき特別な対策

多くの場合、長い配線では信号の電圧降下が生じることが重大な問題だと考えがちです。実際には、これは少し違います。なぜなら多くの場合、センサ信号は、2.1 V を超える電圧レベルの「High」信号を受け入れる TTL 仕様を満たしていればよいからです。必要な信号レベルは、maxon コントローラの「ハードウェア リファレンス」のエンコーダおよびホール センサ入力に関する章で規定されています。

1) センサの供給電圧

標準的なエンコーダには、電源電圧に関して厳格な許容差が設けられています。5V +/-5% 規格の場合、これは、正常に動作させるにはにエンコーダの供給電圧入力が 4.75 V 以上でなければいけないことを意味しています。長いケーブルでの電圧降下は、供給電圧という観点では重大な問題となる可能性があります。供給電圧が不十分だと、センサ信号がなくなったり、もしくは不正な信号となったり、場合によっては欠落したりします。パルス欠落の根本的な原因は、良く考えられるように信号レベルではなく、ほとんどの場合は供給電圧にあります。このため、指定された供給電圧がエンコーダのコネクタに印加されていることを確認することが重要です。指定の供給電圧は、ワイヤゲージがより太いケーブルを使うことで確保できます。実際には、これらの太いワイヤは、電源電圧と GND ワイヤにのみ必要となります。センサワイヤでの電圧降下は、前述のようにそれほど重要ではありません。

太いワイヤの主な欠点は、ケーブルの柔軟性が低下し、重くなり、高価になることです。ワイヤゲージが混在するケーブルの場合は非常に特殊な設計が施されるため、価格はさらに上がります。ただし、簡単な対策を講じることで、これらの欠点は克服できます。

電源と GND に複数のワイヤを使用する

実際に必要となる本数よりも多くのワイヤを備えたケーブルを購入してください。たとえば、エンコーダで通常必要とされる 8 本のワイヤではなく、10 本または 12 本のワイヤを備えたケーブルを購入します。電源と GND には、2~3 本のワイヤを使用します。これらのケーブルは標準的で、最もコスト効率が高く、ワイヤゲージが太いケーブルよりも柔軟性があります。

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2) センサの信号タイプ

特に、位置制御を行う場合は、ノイズ耐性を向上し、誤ったパルス検出のリスクを低減するために、差動信号ラインを備えたエンコーダを使用することが一般的に推奨されます。長いケーブルの場合、この一般要件はさらに重要性を増します。

必ず、差動信号ラインを備えたエンコーダのみを使用してください!

ホールセンサは、ほとんどの場合は差動信号ラインを必要とせず、単一の不正パルスが問題となることはありません。ホールセンサを使用する場合は、信号ノイズのリスクと悪影響も判定する必要があります。なお、これらは前述の他の対策によっても異なります。ホールセンサ信号の制御の際にこうしたリスクやエラー状態が生じる場合は、モータの近くにラインドライバを設置し、ホールセンサ信号ラインのコントローラの近くにラインレシーバを設置することを検討する必要があります。

3) EMI の影響の低減

長い信号ラインでは、EMI 障害のリスクが大幅に増加します。これはつまり、ほとんどの場合、機械内の信号ケーブルの近くにあるケーブルがどのケーブルであるかを明確に認識することができないことを意味しています。このため、モータ、リレー、メインコンタクタ、ポンプ、ファンだけでなく、ネオン管スタータなどの誘導性負荷のすべての電力線にシールドケーブルを使用することがさらに重要になります。

  • 1 本のケーブル内に信号線とモータ電源線を混在させないでください!
  • フラットケーブルは使用しないでください!これらのケーブルタイプは、EMI において重要な問題となり、シールド効果を低めます。
  • 動力線とモータ線にはシールドケーブルを使用してください!
  • 長いケーブルの両端にあるアースクランプを使用して、シールドをアースに取り付けてください!
  • モータケーブルと信号ケーブルまたはセンサケーブルは分離し、互いに重ならないようにしてください (可能な場合)。

これらすべての対策に注意を払い、初回始動時に信号品質の最終点検を行うことで、作動時に長いケーブルによる欠点とリスクを軽減することができます。

Author: Juergen Wagenbach

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