rs485怎么控制电机（rs-485的电气特性）

独特的3 通道RS-485 收发器的应用显示出许多不寻常的功能，可提高电机控制应用中的可靠性和故障检测。 MAX3097和MAX3098专为电机轴编码器应用而设计，具有三个差分通道，用于处理光学编码器数据、15kV ESD保护、增强型共模抑制至-10和+13.2V、三个独立的故障报警标志以及故障安全开路和短路检测。警报标志指示开路或短路情况、共模电压范围过大以及信号强度低。

现代工厂使用大型电动机来控制工厂运行所需的机械。为了提高灵活性和准确性，这些电机有时由处理器控制。控制这些大型电机的电子设备必须经过精心设计，以便在出现问题时电机能够安全、快速地关闭。如果未能检测到问题并充分控制电机，可能会导致代价高昂的设备损坏以及人身伤害甚至死亡。 MAX3097E/MAX3098E专门设计用于绝对定位控制环路中的电机。这些部件具有独特的功能，可在恶劣的工业环境中实现更安全、更坚固的设计。为了更好地了解MAX3097E/MAX3098E的独特功能，我们首先回顾一下电机控制的基础知识。

图1. 处理器控制的电动机的主要构建模块。

图1中的模块包括处理器、电机驱动电路、电机和编码器。处理器决定电机的驱动强度和驱动位置。电机驱动电路包含驱动电机所需的所有电力电子器件，编码器向处理器提供位置、方向和速度信息，从而形成闭环。要了解MAX3097E/MAX3098E的工作原理，必须很好地掌握编码器的工作原理。

编码器操作

编码器的功能是向处理器提供速度、方向和位置信息。电机编码器可以采用多种不同的形式。 MAX3097E/MAX3098E设计用于与通常采用光学结构的三输出编码器配合使用。光学编码器的工作原理是让光线穿过轮子或标记圆盘，轮子或标记圆盘随电机旋转。根据应用和所需的精度，编码器边缘周围有不同数量的凹槽/标记。此外，位于下方的另一个插槽用于索引。两个光学传感器的位置可提供主槽的正交信息。最终结果是三个数字输出，通常称为A、B 和Z。请参见图2。

图2. 光学编码盘。

速度

编码器轮通常使电机每转旋转一次，或者以一定的齿轮比旋转一次。因此，A 和B 输出的数字信号频率与电机速度成比例变化。例如，将1000 线编码器直接耦合到转速为5000RPM 的电机会产生83kHz 的频率。因此，通过测量A或B输出的频率，处理器可以确定电机的速度。

方向

可以通过测量A 和B 输出之间的相位差来确定方向。在图2 中，如果A 先于B 上升，则电机朝一个方向转动，或者如果B 先于A 上升，则电机朝另一个方向转动。

地点

索引脉冲可用作电机旋转位置的参考点。一旦知道索引脉冲的位置，就可以对A 和B 输出进行计数，以更准确地确定位置。使用100槽光学编码器，可以将电机轴的位置解析到小于4度。

使电子设备远程化

MAX3097E/MAX3098E 是如何融入图片中的？拼图中缺少一块。在典型的工业设置中，通常希望将所有控制电子设备置于一个中心点，以简化维护和接线问题。以传送带系统为例。传送带可能长达数百英尺，但控制电子设备通常位于机柜本地。这给设计人员带来了一个问题，因为使用这些系统的环境通常充满电子噪音。为了降低噪声，设计人员经常采用通过RS-485设备传输三编码器信号的方法（本文中RS-422和RS-485互换使用）。 RS-485 因其高抗噪性和长距离传输能力而成为自然选择。在典型应用中，使用四通道驱动器和接收器：26LS32和26LS31或类似器件，如图3所示。

图3. 电机编码器的典型远程安装。

该解决方案比没有RS-485 驱动程序的系统更加稳健。然而，长线路存在一些问题，MAX3097E/MAX3098E是专门为解决这些问题而设计的。在26LS31和26LS32型设备上，可以通过以下方式进行改进：

高静电防护

更好的共模抑制

故障识别

高静电防护

所有器件均具有ESD 保护，但MAX3097E/MAX3098E 的保护级别远高于典型保护级别：使用人体模型时为15kV。这意味着ESD 事件不太可能导致错误，从而导致电机控制器停止正常运行。 ESD 结构的详细描述超出了本文的范围，但可以从应用笔记651“I/O 端口的ESD 保护”中获取更多信息。

更好的共模抑制

电机编码器的使用环境通常充满电噪声。系统内的不同接地之间可能会出现共模差异。典型RS-485 设备的共模抑制范围为-7V 至+12V。在MAX3097E/MAX3098E中，Maxim将该范围从-10V扩展至+13.2V。

故障识别

虽然上述优点很有帮助，但MAX3097E/MAX3098E的真正强大之处在于它能够识别和指示电机控制器P中的故障。查看图4，请注意有五个引脚，分别标记为AlarmA、AlarmB、AlarmZ、AlarmD 和Delay。这些引脚是MAX3097E/MAX3098E 所独有的，可为电机控制器提供发生物理电路错误的信息。一旦电机控制器确定发生错误，它就可以采取适当的措施来确保系统有序、安全地关闭。

图4. MAX3097引脚排列

AlarmA、AlarmB 和AlarmZ 具有相同的功能，但指示各自导体上的故障。故障D 输出是三个信号的或。此外，它还具有内置可编程延迟。此输出适用于全局警报。延迟是为了防止信号相互交叉时错误触发故障检测器。下面介绍了可以检测到的错误以及如何使用MAX3097E/MAX3098E确定发生了哪些错误。

检测共模范围过大

如前所述，MAX3097E/MAX3098E的共模范围为-10V至+13.2V。虽然这明显优于典型RS-485 设备的共模范围（-7V 至+12V），但仍有可能超出该范围。如果超出典型RS-485 接收器的共模输入范围，则不能依赖它提供正确的输出状态。 MAX3097E/MAX3098E 也是如此，但相关的ALERT 引脚输出将被驱动为高电平，向处理器表明数据不可靠。参见图5。

图5. 该图显示了由于共模范围过大而在通道A 上发出的故障警报；该故障表明该时间段内的数据可能不可靠。

检测开路输入线

与任何电缆一样，电线可能会从连接器中脱出、连接器断裂，并且电缆可能会被无意中切断。

通常，接收器连接包含一个终端电阻来抑制反射，如图6 所示。典型值为100 或120，具体取决于所使用的连接电缆的阻抗。

图6. 接收器输入连接。

图6显示了电机编码器信号接收器的连接。由于终端电阻的存在，如果A突然断开，A的电压电平将被拉向A处的电压电平。MAX3097E中有一个阈值比较器，如果| | 则触发故障输出。 VA-A | 400毫伏。该技术允许设备检测其中一条线路上是否存在开路。为了使该技术发挥作用，必须存在终端电阻。因此，终端电阻应与接收器放置在同一板上，并且不要连接到外部螺丝端子，因为端子可能会脱落。

在正常转换期间，信号A 和A 具有交叉时间。这将触发故障比较器|VA-A| 400毫伏。为了避免杂散信号，应使用全局故障输出（故障D）。 MAX3097E/MAX3098E具有故障D故障消隐功能，确保故障持续一段固定时间后输出不会切换(用户可通过外部电容器进行编程)。这确保了电机控制器不会因虚假交叉信号而经历不必要的中断。

检测输入线短路在一起

使用长电线和端子块连接，电线可以轻松短接在一起。由于RS-485 通常通过双绞线传输，因此差分信号可能会短接在一起。

这种情况与开路情况非常相似，因为如果A和A短接在一起，电压差将小于400mV，因此故障输出。

图7. 检测差分信号之间的短路。

检测信号强度差

在从编码器到控制电子设备的长电缆上，接收端的信号可能小于RS-485 和RS-422 规定的200mV 所需差分信号。例如，可以安装电缆并接收输入电平| VA-A |安装时只能大于200mV。如果随着时间的推移湿气进入电缆，电缆的电容就会增加。因此，接收到的输入|VA-A|将降至200mV 阈值以下。在这种情况下，无法保证接收到的数据，并且MAX3097E/MAX3098E会标记故障情况。如图8所示，检测电路工作。

图8. 检测信号强度差。

不同的安装需要安全阈值或允许的最大电线长度。为了满足这两种需求，MAX3097E和MAX3098E具有不同的信号强度阈值。在MAX3097E中，低压差分检测以0.4V为中心，确保低于200mV的信号被标记为故障。在MAX3098E中，该故障阈值以0.2V为中心，以确保接收到最低电平信号。这两个组件之间的选择取决于系统设计是否需要预警(MAX3097E)或是否需要实现最大距离(MAX3098E)。

审稿编辑：郭婷