由一个垃圾焚烧厂起重机的编码器引起的思考-再论恶劣环境下编码器的选型

刚刚收到两个现场返回来的编码器，是安徽一个垃圾焚烧处理场用了五年的又脏又臭的绝对值多圈编码器，因为太脏了，信号有点不稳定，用户希望检测一下看是否还能用吗。擦拭干净查看标签一品一码，是13年6月交货的，就在这么脏的垃圾吊上用了五年。因为现场还有其他几个同型号的还用得好好的，用户处于设备维护成本考虑，要我们检测一下是否是维修师傅误判，是否还能继续使用，这是用户对我们产品的充分信任，他们认为这是一款足够强大的产品。

那么恶劣环境下的绝对值编码器该如何选呢？编码器使用工程师经常掉入的误区：

第一，是“能用就好”只剩下功能了。这个“能用”是过去在哪个级别应用？接下去用有没有越级使用？典型的是经济级的日系编码器，用到了欧系电机所需要的标准工业等级上。表面上看，通上电确实是能用的。但是用下来经常这个问题那个问题的，需要返回到现场去找毛病。工程师大量的时间，浪费在去现场出差的路上。那么这个时候的性价比，已经输在大量的人工成本浪费上了，还有什么性价比可言？

第二，就是大品牌就好，尤其是挂上“进口”两个字，不管它是什么品牌，总以为就是好的。实际上大品牌有各种产品，编码器不一定是它的优势主力产品。那么进口编码器也有等级之分的，高低的分别。你选择的进口编码器，他的等级是不是到位了。也就是说，它的性能是不是适用于你所使用的环境。这个你如果不了解，仅仅是对大品牌的信任，选择了低级别的编码器，用到了必须高级别的使用环境上去，那就要吃亏了。例如起重设备工程机械（没有空调环境下），以及户外使用的环境下，就必须选择标准工业等级的编码器了，温度范围需要达到85度，外壳防护等级需要达到IP67。

第三，就是这个品牌，听说人家用得很多啦，或者它卖了很多了，这就是把“或然事件”当作了“必然事件”认识。别人家用的很多，它是用在哪个级别？哪个应用场合下？它卖了很多，是卖到了哪个级别？哪种应用场合？也许别家用得不好的并没说出来，这可能也不仅是编码器技术问题。

第四,设计指定或者用户指定。这其实是早期的“设计费”“上图费”销售的做了工作遗留下来的问题。十多年前设计单位不熟悉编码器，市场上可选的进口编码器也还不多，编码器销售做了工作，给了样本和“其他的许诺”，设计就上图了。以后是天下设计一大抄，一直延伸抄到现在。而原先设计的编码器也许早就被偷梁换柱了，既然被指定，仍然可以大摇大摆的进入。例如产地从德国换到波兰、马来西亚、印度，越南……，温度从原先的85度降低了等级到70度，外壳螺丝明晃晃的，就这样都能被指定，一旦出了麻烦工程师自认倒霉。

第五,老板要用便宜的,那么就选性价比最高的。但是，也许大部分工程师还不真正了解编码器的性价比怎么比。例如小型加工设备、小型伺服电机，现在的编码器用量都很大。那么这种数量多，它不代表说他的级别高，如果听了它的大、性价比高的宣传，编码器被用到了“越级”高的等级上，也许就要吃亏了。它那个用的多，其实都是有局限性的，是集中在一两个小型机器设备，一两个专用的使用条件下的。如果换几个机器，换几个使用条件，也许它的适用性就不够了，就要吃亏了。

编码器的比较，都要在同级别上的比较，高一级的可以向下兼容，而低一级的不可以向上兼容。100个编码器只是在一个两个方面的应用，不如100个编码器在十个方面的应用，这是性能的预估。

编码器的参数分为功能参数和性能参数两部分，功能参数就是这个编码器可以做什么用处的。而性能参数就是保证这些用处在什么样的工况条件下能够保证用好它。

比如一个增量型编码器，它的分辨率是1024，它有A B Z三相输出，这些是它的性能参数。而它的温度工作范围。是从零下25度。到正85度。那么在这个温度范围里边。它是可以正常工作的。超出了这个温度范围，就无法保证它的工作正常。这个温度范围就是它的性能参数。还有其他性能参数，例如防尘防水的防护等级IP67。抗振动等级、抗冲击等级参数。EMC电磁兼容性抗干扰等级，信号驱动传输距离，等等。

编码器的可应用范围很广。针对不同的应用范围，编码器的性能设计，它也是大致可分等级的。目前世界上还没有一家编码器厂家能够做出所有的编码器来。每一家编码器厂家，都会根据自身的技术经验与市场细分，找到适合自己的应用领域，来对应设计编码器性能参数要求。

对标编码器的性能分级，在同级别比较，那么大约可以分出这么几级：

0星级：是没有编码器外壳的简易型的编码器芯片，或者模块式编码器。比如单圈绝对值磁编芯片，输出的信号是SPI信号（有些说是SSI信号，其实不能与成品编码器标准SSI信号混淆）。

这种编码器是给用户做二次开发用的，直接做在某种设备里边。如果要分星级的话，这种是没有星级的。然后就是这种芯片与模块式的编码器的简易封装。提供了一个转轴、轴承、底座和外壳。外观上看似像一个成品编码器了。但这种产品成本很低，内部谈不上有什么性能考量，仅仅是一些功能参数，没有确定的性能，也就没有性价比。性价比=0/1=0。

1星级：往上一级，就是简单地设计了内部电源啊，信号处理啊，这些最基本的成品编码器所需要的性能参数，适用于小型加工设备。属于小型加工设备经济级编码器。

这种经济级编码器，它主要只需要适用于一两种机械设备能够用，满足有限的性能要求，然后就可以批量生产了。

2星级：那么再上一级，就是经过有性能设计的小型经济级编码器，可以更通用一些。多种小型机械设备都能够适用，这种针对小型设备的电气机械等环境因素，它都是有过一定的性能设计，目前最典型的就是大量的经济级的小型伺服电机编码器,这种小型伺服电机的编码器目前的市场量非常大，2500线UVW为主。各种小型伺服电机配置。

当然，有些伺服电机编码器也有特定的性能要求和较高等级的设计，例如温度有些设计到了120度。

3星级：经济级自动化编码器。主要是以日系的经济级小型PLC所配的自动化编码器为主。

自动化的编码器的要求比伺服编码器的要求更高一些。因为自动化的应用环境更复杂些，具体用到哪里，预先是不知道的。那里的电气环境，温度范围，现场振动，灰尘水汽防护等级的要求都要高了。典型以市场上大量日系的连接PLC的普通增量编码器为主。

5星级：欧系标准性能要求一般比日系的要求高一些，也有较经济型编码器和标准等级编码器两个级别，为了便于理解先说5星级的标准工业级编码器。以编码器外径58为标准，温度范围从零下25度到零上85度。外壳防尘防水的防护等级达到了IP67，要求编码器外壳圆周上没有一颗螺丝。抗震等级达到10G以上，电磁兼容性EMC达到了两级。这些性能参数达到了标准工业级使用环境，可适用于各种室内与室外环境的自动化应用，这个编码器的等级就是五星级编码器。

4星级：达不到上面这个5星要求的，只能在工厂室内使用的，只能是4星级编码器，比如编码器的温度只能达到70度。或者编码器的外壳圆周上有螺丝钉了，在各种振动及通电断电的工作升温降温，热胀冷缩的那些条件下呢，能防尘防水的防护等级就会下降，性能要比五星级的标准工业等级差一级。

也许从编码器外壳上也可以简易判断等级：

低等级编码器采用塑料外壳有螺钉，或者金属外壳有螺钉或铆钉

五星级编码器采用金属外壳，外壳没有螺钉，温度范围-25度~85度。

性价比的性能有多重要？性能是要能够保证编码器在各种状况下都能正常使用的，编码器的性能设计，就是容错性设计，对应各种可能出现的错误，包括内部器件和外部环境的变化，都还能保证编码器用好。

例如：外壳防护等级的重要性，因为在编码器通电和停电变化中，内部器件的温度是会有变化的，这种变化引起的热涨冷缩会引起编码器外壳内部和外部的气压变化，如果防护等级不高，会有压缩性粉尘水汽的进入，编码器是精细电子产品，这些粉尘水汽的进入容易引起内部器件与电路的性能改变，而使编码器出现偶发的不正常故障。 

编码器不正常引起的停机检查甚至维修更换，所带来的时间人力损失成本，损害了编码器的“性价比”，如果出现生产质量事故甚至安全事故，那损失更大。作为编码器的性能设计者的容错性设计，就要预估到现场可能出现的状况。而编码器使用者也需要评估这个编码器一旦出现不正常了，它所带来的出错成本有多高。

性价比的价格是什么？

其实是用户成本。

成本不仅仅是买一个编码器的价格。

前面讲了是性能，那么性价比中的价格，也不仅仅是简单的把编码器拆开来看了，看着它里面的电子元器件加起来的价格。或者买一个编码器的价格。

这里边的成本是具有编码器领域专业技术积累、售后服务、产品品质管理积累和品质保证，企业诚信度信誉，企业文化积累，等等。企业无形价值所积累的品牌价值对产品价格的附加。

对于用户来说，还有编码器使用过程中所需要投入的配置能力，调试维护等等的成本，以及可能发生的出错概率所带来的出错成本。

无论怎样看，性价比中的性能不可数字化。而价格是可数字化的。一个产品的价格。既有内在的品牌价值与技术支援与售后服务内容，也要考量用户在使用中还要增加的哪些成本，以及长期使用中，还需要增加的哪些成本。

有些编码器对于容错性设计的不确定，往往为了防止出错，还需要增加一些漏洞的补防措施与硬件跟进，而这些补漏的措施与硬件东西也是有成本增加投入的。

比如有些产品好是好，但需要有懂技术的专业工程师来投入去安装、调试、维护。那么所需要附加投入的成本就比较高。而有些傻瓜型设计的产品，一个普通的电工拿着万用表就可以去工作了，那所需要附加投入的成本就比较低，把这两个产品比较的性价比，那就是“傻瓜型”的-电工拿着万用表就可以去用的编码器，它的“性价比”当然就要高很多了。

综上所述，回到文章开头，这个垃圾焚烧处理场用了五年的又脏又臭的绝对值多圈编码器所具备的特质：

金属外壳，无螺丝密压，高抗震动等级，高防护等级，适合户外极恶劣工况；

宽工作温度，从我国极寒的北方到温暖潮湿的南方都能适用，-25℃~85℃；

宽工作电压，极性保护和短路保护，无论现场谁接线，万一接错线都不会烧；

4-20mA输出，广泛的PLC支持基础，电工拿万用表也能维护；

具有十几年产品研发生产的经验，容错性设计，应对各种可能出现的故障；

同型号的产品在十几项国家重点项目中应用，已然经过长期的市场检验；

产品一品一码，产品质量可追溯，售后、服务、配件有保障；

只有是5星级的标准工业等级编码器，才经得起这样的考验。

后记：

1、profinet信号和4-20mA信号输出的编码器的比较

profinet编码器是来自德国设计的先进技术，工业以太网也是将来的大趋势。但是它的初期开发技术投入附加值高，现场使用成本也高，需要专业的工业以太网电缆，优质的接插件配置，不然现场就容易丢信号，以及懂profinet的现场工程师和以后使用的维护成本，这样的附加成本也就高了。

中国的现场条件不同于德国，在德国现场EMC比较规范，德国工人的素养高，做事规矩。而在中国的现场，由于各家产品的混用，EMC混用后的电气环境复杂，技术工程师与现场工人的技术素养参差不齐，也就是在德国用得很好的profinet，或者在外资工厂用得很好的profinet，换个复杂点使用环境都能用得好吗？

你需要选择专业的编码器供应商，要能够懂profinet，能够提供售前选型与售后服务，是否有profinet信号测试手段，是否有现场出现问题能够提供分析判断而帮助解决问题？而用户自己也要提升使用配置的电缆接插件与布线专业性成本，培训工程师和现场工人，预设今后的维护保养成本与更换备件成本，那它的性价比计算，就不仅仅是看编码器报价了。

而4-20mA信号输出的编码器，看似一个AD转换成本不高，但是模拟量信号的稳定与抗干扰是技术积累的活，懂得电器设计的工程师都知道，模拟电路稳定性设计的难度大于数字电路，如果是音响发烧友，知道模拟放大器的价格远远高于数字放大器的价格。那要靠长期的技术积累，做得好是个技术附加值。

而4-20mA的使用就很简单了，信号两根粗一点的线，一个电工一个万用表就能搞定的，所以它几乎没有附加使用成本。

2、十八个月编码器性能反馈周期

编码器用得好不好，编码器的性能与性价比，最终是要由市场用户检验，用户反馈来评说的。

编码器的市场性能反馈周期是十八个月，编码器产品从交货到系统集成，系统集成到终端设备，终端设备到使用现场调试，再到用户验收，再到终端用户使用半年后的反馈，有多长时间？十八个月了。

所以我有一个编码器性能反馈周期十八个月的论点，这还是没有什么需要大的设计改动的。如果需要有大的设计改动，提升性能，再走18个月周期，就是三年了。中国现场的八国联军设备，日系欧系混用的电气环境，如果再加上低端不专业的配置，现场工人素养的参差不齐，现场复杂性远远大于德国工厂现场，即使进口的编码器也常常水土不服的，三年后败下阵来，不稀奇。

选错编码器、用错编码器，总是性价比最差的。

选合适的编码器，用好了编码器，总是性价比最好的。

敬畏市场经济竞争、敬畏行业规则、敬畏专业分工时间积累、敬畏风险；

切忌无知者无畏，浮夸冒进。也许出错成本是你输不起的。