Bestaat er een maximumlengte voor encoderkabels?

Juergen Wagenbach weet waar je op moet letten bij lange encoder- of hall-sensorkabels.

Standaardkabels voor motoren en sensoren hebben een lengte van 30 cm tot 3 m. Soms is dit niet lang genoeg, vooral als controllers in een machinekast worden geïnstalleerd die enkele meters verderop of zelfs in een andere ruimte staat.

Op de vraag of er een maximale kabellengte bestaat, kan geen algemeen antwoord worden gegeven. Een kabellengte tot 10 m is ongecompliceerd, mits met een paar speciale factoren rekening wordt gehouden. Zelfs kabellengtes tot 50 of 100 m zijn geen probleem als de installatie perfect wordt uitgevoerd en de signaalkwaliteit bij de eerste inbedrijfstelling wordt gecontroleerd en bevestigd.

Speciale maatregelen bij lange kabellengtes

Vaak denkt men dat bij lange draden het wegvallen van de netspanning het kritieke punt is. In feite klopt dit niet omdat sensorsignalen vaak gewoon moeten voldoen aan de TTL-specificatie die een "High"-signaal al bij een spanningsniveau boven 2,1 V accepteert. Het vereiste signaalniveau wordt nader toegelicht in de "Hardware Reference" van de maxon controllers in de hoofdstukken over de encoder- en hall-sensoringangen.

1) Voedingsspanning van de sensor

Encoders hebben doorgaans geen ruime tolerantie ten aanzien van de voedingsspanning. Bijvoorbeeld bij 5V +/-5% betekent dit dat op de encoder-ingang ten minste 4,75 V aanwezig moet zijn om ervoor te zorgen dat de encoder functioneert. Met het oog op de voedingsspanning kan het spanningsverlies van lange kabels kritisch worden. Onvoldoende voedingsspanning kan tot gevolg hebben dat sensorsignalen niet aanwezig zijn, foutief zijn of soms ontbreken. De hoofdoorzaak van ontbrekende pulsen is vaak de voedingsspanning en niet het verwachte signaalniveau. Daarom is het belangrijk dat de opgegeven voedingsspanning op de connector van de encoder aanwezig is. Dikkere draaddiktes in de kabel kunnen dit verbeteren. Eigenlijk zijn dikkere draden alleen voor de voedingsspanning en de aardingsdraad nodig. De spanningsval van de sensordraden is niet zo kritisch als hierboven vermeld.

Het nadeel van dikkere draden is dat deze kabels minder flexibel, zwaarder en duurder zijn. Kabels met verschillende draaddiktes zijn exclusieve producten en nog duurder. Er bestaat echter een eenvoudige oplossing om deze nadelen tegen te gaan:

het gebruik van meer dan één draad voor voeding en aardingsdraad

Koop een kabel met meer draden dan eigenlijk nodig is, bijvoorbeeld een kabel met 10 of 12 draden in plaats van 8 draden (een encoder heeft normaliter 8 draden nodig). Gebruik 2 - 3 draden voor de voeding en GND. Dit zijn standaardkabels, het meest kostenefficiënt, en zijn toch flexibeler dan een kabel met dikkere draaddiktes.

2) Signaaltype van de sensor

Algemeen wordt aanbevolen encoders met differentiële signaallijnen te gebruiken om de ongevoeligheid voor ruis te verbeteren en het risico van foutieve pulsherkenning te verminderen, vooral bij positiebepaling. Deze algemene aanbeveling is nog belangrijker voor lange kabels:

Gebruik alleen encoders met differentiële signaallijnen!

Hall-sensoren bieden vaak geen differentiële signaallijnen, maar zijn niet zo gevoelig voor simpele, verkeerde pulsen. Maar ook bij hall-sensoren moet het risico van signaalruis en negatieve effecten worden geanalyseerd. Andere genoemde factoren spelen hier ook een rol in. Indien bovengenoemd risico of foutstatussen met betrekking tot de hall-sensorsignalen bestaat, moet overwogen worden om een lijndriver dicht bij de motor te installeren. Geïnstalleerd wordt tegelijkertijd een lijnontvanger dicht bij de controller voor de hall-sensorsignaallijnen.

3) Invloed van elektromagnetische interferentie verminderen

Het risico van een EMI-storing is vele malen hoger in het geval van lange signaallijnen, omdat het bijvoorbeeld vaak niet volledig duidelijk is welke andere kabels zich in de buurt van signaalkabels in een machine bevinden. Het is dan nog belangrijker om afgeschermde kabels te gebruiken voor alle stroomleidingen van inductieve belastingen zoals motoren, relais, hoofdschakelaars, pompen, ventilatoren, maar ook starters van neonbuizen om er maar een paar te noemen.

• Combineer geen signaal- en motorkabels in één kabel!
• Gebruik geen platte kabels! Deze kabeltypes zijn gevoeliger voor EMI en bieden minder afscherming.
• Gebruik afgeschermde kabels voor stroom- en motorkabels!
• Bevestig de afscherming met aardklemmen aan beide uiteinden van de lange kabel!
• Probeer motorkabels en signaal- of sensorkabels te scheiden en leg ze niet over elkaar heen (indien mogelijk).
   

Door al deze maatregelen op te volgen en ten slotte de signaalkwaliteit bij de eerste inbedrijfstelling te controleren, kunnen de nadelen en risico's van lange kabels tijdens het gebruik worden beperkt.