差分输出伺服反馈编码器与 PLC 的连接方案

差分输出（A+/A-、B+/B-、Z+/Z-）的伺服反馈编码器，核心优势是抗干扰能力强，适配高速 / 长距离信号传输，与 PLC 连接的关键是匹配 PLC 的高速计数模块 / 差分信号接口，按 “信号类型适配→硬件接线→参数配置→程序读取” 四步实现稳定通讯。以下是适配主流 PLC（三菱、西门子、罗克韦尔）的完整方案。

一、核心前提：接口与信号适配

1. 差分编码器信号定义（通用）

伺服反馈编码器的差分信号为互补型（一对信号线传输一个通道），核心引脚如下：

2. PLC 接口选型（关键）

普通 PLC 的 DI 口（晶体管 / 继电器）无法直接接收差分信号，需选专用模块：

核心原则：模块需支持 “差分输入（Line Driver/RS422）”，而非单端 NPN/PNP 输入。

二、硬件接线（通用规范 + 品牌示例）

1. 通用接线规则

• 信号交叉 / 直连：编码器 A+→模块 A+、A-→模块 A-（直连，无需交叉），B/Z 相同理；

• 共地优先：编码器 GND 与 PLC 模块 GND 必须短接，避免电位差导致信号失真；

• 屏蔽层接地：编码器线缆屏蔽层单端接地（仅在 PLC 模块端接地，编码器端悬空），抗电磁干扰；

• 供电匹配：编码器供电优先由 PLC 模块提供（如 QD77MS 的 DC5V），避免外部电源纹波干扰。

2. 分品牌接线示例

示例 1：三菱 FX5U + FX5-40SSC-S 模块（最常用）

示例 2：西门子 S7-1200 + SM1226 模块

3. 线缆选型要求

• 线材：4 对 / 6 对双绞屏蔽线（A/B/Z 相各一对，电源线一对），线径≥0.2mm²；

• 线长：≤20m（无中继），超长需加差分信号中继器（如三菱 AJ65BT-RPT）；

• 布线：远离变频器、电机电源线（间距≥30cm），避免平行布线，交叉时呈 90°。

三、PLC 参数配置（核心步骤）

1. 三菱 FX5U + FX5-40SSC-S 配置（GX Works3）

1. 新建项目，添加 FX5-40SSC-S 模块，分配轴号（如轴 1）；

2. 进入模块参数→“高速计数设置”：

• 计数类型：差分输入（Line Driver）；

• 编码器线数：输入实际值（如 2500P/R）；

• 计数模式：增 / 减计数（根据 B 相判断方向）；

• 滤波设置：高速模式（禁用低速滤波，避免脉冲丢失）；

3. 启用 Z 相清零：设置 Z 相信号为 “位置复位触发”（可选）；

4. 下载参数至 PLC，重启模块生效。

2. 西门子 S7-1200 配置（TIA Portal）

1. 打开设备组态，双击 SM1226 模块→“高速计数器”；

2. 新建高速计数器（如 HSC1），配置：

• 信号类型：差分输入（RS422）；

• 计数方向：由 B 相控制（A/B 相正交计数）；

• 预设值 / 当前值存储：指定 DB 块地址（如 DB1.DBD0）；

3. 编译并下载组态至 PLC。

四、PLC 程序读取编码器数据（示例）

1. 三菱 FX5U 梯形图（读取位置 / 速度）

ladder

// 1. 读取轴1当前位置值（32位）→D100/D101
LD M8000
DRDSP K1 K0 D100  // K1=轴1，K0=读取当前位置

// 2. 读取轴1当前速度（差分编码器高速计算）→D200
LD M8000
MOV K1, D0
MOV K210, D1  // 速度寄存器地址
BMOV D0, D200, K3  // 读取模块内置速度值

// 3. Z相清零触发
LD X0.0  // Z相信号输入
RST D100  // 位置值清零

2. 西门子 S7-1200 ST 语言（读取正交计数）

st

// 定义变量
VAR
    HSC1_CurrentValue: DINT;  // 当前计数值
    HSC1_Speed: REAL;         // 计算速度
    Encoder_PPR: INT := 2500; // 编码器线数
    SampleTime: REAL := 0.1;  // 采样周期100ms
END_VAR

// 读取高速计数器当前值
HSC1_CurrentValue := "HSC1".CV;

// 计算转速（r/min）= (当前值-上一周期值)×60/(编码器线数×采样周期)
HSC1_Speed := (REAL(HSC1_CurrentValue - "HSC1_LastValue") * 60) / (REAL(Encoder_PPR) * SampleTime);
"HSC1_LastValue" := HSC1_CurrentValue; // 存储上一周期值

五、关键注意事项

1. 信号电平匹配

• 差分编码器多为 5V 电平，需确认 PLC 模块支持 5V 差分输入（避免 3.3V 模块烧损）；

• 若电平不匹配，加 5V→3.3V 差分电平转换器（如 TI SN75174）。

2. 方向判断

• 正交计数模式下，PLC 通过 A/B 相的相位差（90°）判断旋转方向：A 相超前 B 相为正转，反之反转；

• 若方向相反，可在参数中勾选 “反向计数”，无需调换接线。

3. 抗干扰强化

• 编码器外壳、PLC 模块外壳可靠接地（接地电阻≤4Ω）；

• 变频器侧加输出电抗器，减少高频干扰；

• 长距离传输时，在模块端加 120Ω 终端电阻（接 A+/A - 或 B+/B - 之间）。

六、常见故障排查

七、总结

差分输出伺服编码器与 PLC 连接的核心是：

1. 选支持差分输入的高速计数模块，避免用普通 DI 口；

2. 接线遵循 “直连、共地、单端屏蔽接地”，匹配 5V 供电；

3. 参数中启用差分模式、正交计数，禁用过度滤波；

4. 程序读取时优先用模块内置寄存器（位置 / 速度），减少手动计算误差。

按此方案连接后，高速运行（如 3000r/min）时计数精度可达 ±1 脉冲，满足伺服定位、速度反馈等工业场景需求。