Подключение инкрементального энкодера с NPN выходом

В этой статье мы подробно разберём, как подключить инкрементальный энкодер с NPN выходом к модулю дискретных и счётных входов WB-MCM8 от компании Wiren Board на примере Autonics E40H12-360-3-N-24, как настроить модуль для работы в режимах AB и ABZ, а также как считывать и записывать данные через программу Modbus Poll.

1. Краткое описание оборудования

1.1. Энкодер Autonics E40H12-360-3-N-24

Это инкрементальный энкодер с полым валом диаметром 12 мм и разрешением 360 импульсов на оборот. Он имеет три выходных канала:

• A — основной импульсный канал;
• B — второй канал, сдвинутый по фазе относительно A;
• Z — канал нулевой отметки, выдающий один импульс за оборот.

Тип выхода — NPN с открытым коллектором. Напряжение питания — 12–24 В постоянного тока.

Поскольку выход выполнен по схеме открытого коллектора, для формирования сигнала обычно требуется внешний подтягивающий резистор к положительному напряжению питания. Однако модуль WB-MCM8 имеет встроенные подтягивающие резисторы на входах, поэтому дополнительных элементов устанавливать не нужно.

1.2. Модуль WB-MCM8

WB-MCM8 — это 8-канальный модуль дискретных и счётных входов с интерфейсом RS-485. Он предназначен для подключения сигналов типа «сухой контакт» и «открытый коллектор»: кнопок, герконов, счётчиков и энкодеров.

Модуль поддерживает:

• до 3 энкодеров типа AB;
• до 2 энкодеров типа ABZ.

Управление и считывание данных выполняются по протоколу Modbus RTU.

2. Режимы AB и ABZ: в чём разница

Модуль WB-MCM8 может работать с двумя типами квадратурных энкодеров. Разница между режимами принципиальна и определяет как схему подключения, так и сценарии использования.

Характеристика	Режим AB	Режим ABZ
Количество сигнальных каналов	2 (A, B)	3 (A, B, Z)
Количество проводов подключения	3 (A, B, GND)	4 (A, B, Z, GND)
Что измеряет	Относительное положение	Относительное положение + абсолютная привязка к нулю
Максимум энкодеров на WB-MCM8	До 3 штук	До 2 штук
Диапазон значений	–2 147 483 648 … 2 147 483 647	Угол: –32768 … 32767; Обороты: –32768 … 32767
Регистры данных	Положение энкодера (s32)	Угол внутри оборота (s16) и количество оборотов (s16)
Типичное применение	Ручки управления, диммеры, регуляторы	Позиционирование, конвейеры, станки

Ключевое отличие: режим AB даёт только относительное положение — счётчик увеличивается или уменьшается при вращении вала. Режим ABZ добавляет канал Z, который выдаёт импульс один раз за оборот. Это позволяет модулю отслеживать абсолютный угол внутри оборота и считать полные обороты.

Энкодер E40H12-360-3-N-24 имеет три канала, поэтому может работать в обоих режимах. Для переключения достаточно изменить значение в регистре режима модуля.

3. Схема подключения

3.1. Распределение входов WB-MCM8 для энкодеров

Модуль WB-MCM8 имеет 8 входов, которые при работе с энкодерами группируются в каналы. Каждый канал занимает определённые клеммы.

Вход WB-MCM8	Канал	Сигнал энкодера
1	1	A
2	1	B
3	1	Z
iGND	1	GND (общий)
4	2	A
5	2	B
6	2	Z
iGND	2	GND (общий)
7	3	A
8	3	B
iGND	3	GND (общий)

Для режима ABZ используются все три входа канала. Для режима AB вход Z не задействуется, поэтому на одном модуле можно организовать до трёх независимых энкодеров AB.

3.2. Подключение в режиме ABZ

Для подключения энкодера E40H12-360-3-N-24 в режиме ABZ будем использовать канал 1: входы 1, 2, 3.

Порядок подключения:

1. Питание энкодера. Подайте напряжение 12–24 В на выводы питания энкодера. Обычно коричневый провод — «+V», синий — «GND». Уточните по документации на энкодер.
2. Сигнал A. Подключите выход A (обычно чёрный провод) к входу 1 WB-MCM8.
3. Сигнал B. Подключите выход B (обычно белый провод) к входу 2 WB-MCM8.
4. Сигнал Z. Подключите выход Z (обычно оранжевый провод) к входу 3 WB-MCM8.
5. Общий провод. Соедините минус питания энкодера с клеммой iGND канала 1.

Упрощённо схему можно представить так:

Энкодер E40H12-360-3-N-24        WB-MCM8
+V (12–24 В) ───────────────────► питание модуля / внешний БП
GND ────────────────────────────► iGND (канал 1)
A (чёрный) ─────────────────────► Input 1
B (белый) ──────────────────────► Input 2
Z (оранжевый) ──────────────────► Input 3

Дополнительные резисторы не требуются: входы WB-MCM8 уже имеют встроенные подтягивающие резисторы.

3.3. Подключение в режиме AB

Для работы в режиме AB используется только два сигнальных провода:

1. Питание энкодера. Подайте 12–24 В на выводы питания.
2. Сигнал A. Подключите выход A к входу 1 WB-MCM8.
3. Сигнал B. Подключите выход B к входу 2 WB-MCM8.
4. Общий провод. Соедините минус питания энкодера с клеммой iGND канала 1.
5. Сигнал Z. Не подключается. Если у энкодера есть кнопка (выход Switch), её можно подключить к свободному входу, например к входу 3.

Такое подключение освобождает один вход и позволяет использовать на одном WB-MCM8 до трёх энкодеров AB.

3.4. Подключение к компьютеру для настройки

Для работы с модулем через Modbus Poll потребуется адаптер USB-RS485.

• Клеммы A и B модуля WB-MCM8 подключите к соответствующим входам адаптера USB-RS485.
• Если у адаптера есть клемма GND, соедините её с клеммой GND модуля.
• Подайте питание на модуль WB-MCM8.

4. Настройка модуля WB-MCM8

Перед началом работы с энкодером необходимо перевести модуль в соответствующий режим.

4.1. Параметры порта по умолчанию

Заводские настройки RS-485 для устройств Wiren Board обычно следующие:

• Скорость: 9600 бит/с
• Чётность: нет (None)
• Стоп-биты: 2
• Modbus-адрес: указывается на стикере на корпусе устройства

4.2. Выбор режима энкодера

Для активации режима необходимо записать соответствующее значение в регистр режима работы энкодера для канала 1.

Регистр (дес.)	Адрес (hex)	Описание	Значение
376	0x0178	Режим работы энкодера, канал 1	1 — режим AB
376	0x0178	Режим работы энкодера, канал 1	2 — режим ABZ

Как записать значение:

1. В Modbus Poll выберите функцию записи Holding Register.
2. Укажите адрес регистра: 376 (или 0x0178).
3. Установите значение 1 для AB или 2 для ABZ.
4. Отправьте запрос.

После этого модуль перейдёт в выбранный режим.

Дополнительно: для корректной работы убедитесь, что антидребезг входов установлен в минимальное значение, например 0 мс, так как энкодеры генерируют высокочастотные сигналы. Это делается записью 0 в регистры 20...27 (дес.), соответствующие входам 1...8. При подключении A, B и Z к первому каналу, 0 следует записать в регистры 20, 21 и 22 (дес.).

5. Работа с модулем через Modbus Poll

5.1. Настройка соединения

1. Установите Modbus Poll.
2. Подключите адаптер USB-RS485 к компьютеру и установите драйвер.
3. Запустите Modbus Poll.
4. Выберите Connection → Connect или нажмите F3.
5. Укажите параметры соединения:
   • Serial Port: COM-порт адаптера USB-RS485;
   • Baud Rate: 9600;
   • Data Bits: 8;
   • Parity: None;
   • Stop Bits: 2;
   • Mode: RTU.
6. Нажмите OK.

5.2. Чтение данных в режиме ABZ

В режиме ABZ используются два 16-битных регистра:

Регистр (дес.)	Адрес (hex)	Тип	Описание
368	0x0170	s16	Количество оборотов энкодера
369	0x0171	s16	Угол внутри оборота

Как прочитать данные:

1. Нажмите Setup → Read/Write Definition или F8.
2. Укажите:
   • Slave ID: адрес модуля, например 1;
   • Function: 03 (Read Holding Registers);
   • Address: 368;
   • Quantity: 2.
3. Нажмите OK.

На экране отобразятся текущие значения: количество полных оборотов и текущий угол в пределах оборота.

5.3. Чтение данных в режиме AB

В режиме AB положение энкодера доступно в одном 32-битном регистре (s32), который занимает два последовательных 16-битных регистра Modbus.

Регистр (дес.)	Адрес (hex)	Тип	Описание
368	0x0170	s32	Положение энкодера в режиме AB
369	0x0171	—	Младшее слово того же 32-битного значения

Как прочитать данные:

1. Нажмите F8.
2. Укажите:
   • Slave ID: адрес модуля;
   • Function: 03;
   • Address: 368;
   • Quantity: 2;
   • Display: выберите формат Signed 32-bit или Long.
3. Нажмите OK.

При вращении вала по часовой стрелке значение увеличивается, против часовой — уменьшается.

5.4. Запись данных

Регистры положения энкодера доступны для записи. Это позволяет сбросить счётчик или задать начальное положение.

Пример: сброс положения энкодера

1. Нажмите Setup → Write Definition или F9.
2. Укажите:
   • Slave ID: адрес модуля;
   • Function: 16 (Write Multiple Registers);
   • Address: 368;
   • Value: 0 для регистров 368 и 369.
3. Нажмите Send.

Можно также записать ноль отдельно в каждый регистр функцией 06 (Write Single Register).

6. Примеры использования режимов AB и ABZ

6.1. Примеры использования режима AB

• Диммирование освещения. Механический энкодер подключается к входам 1 (A) и 2 (B) WB-MCM8. Контроллер Wiren Board считывает изменение положения и управляет диммером, например WB-MDM3. Вращение по часовой стрелке увеличивает яркость, против часовой — уменьшает. Нажатие на вал энкодера можно использовать для включения или выключения света, если выход Switch подключён к свободному входу.

• Регулировка громкости. Энкодер на стене подключается к WB-MCM8, а контроллер преобразует положение в значение уставки для аудиоусилителя. Режим AB удобен тем, что положение относительное: при включении питания счётчик начинается с нуля или с записанного значения, а управлению это не мешает.

• Локальный поворотный регулятор. Если энкодер используется как «ручка» для задания скорости конвейера, температуры или угла заслонки, режим AB даёт минимальную нагрузку на модуль: задействованы только два входа, а третий остаётся свободным для кнопки или датчика.

6.2. Примеры использования режима ABZ

• Позиционирование. В станках и поворотных столах важно знать не только направление вращения, но и абсолютный угол. Канал Z позволяет модулю определить нулевую отметку и считать полные обороты.

• Конвейер. Энкодер ABZ устанавливается на валу приводного барабана. Модуль считает обороты и угол, что позволяет контролировать перемещение ленты и точно останавливать её в заданной позиции.

• Поворотный стол. Режим ABZ обеспечивает привязку к нулю при каждом обороте, что исключает накопление ошибки и упрощает позиционирование.

7. Краткая памятка

Параметр	Режим AB	Режим ABZ
Канал энкодера	1 (входы 1, 2)	1 (входы 1, 2, 3)
Регистр режима	376 = 1	376 = 2
Основные регистры	368 (s32) — положение	368 (s16) — обороты; 369 (s16) — угол
Формат в Modbus Poll	Signed 32-bit / Long	Два 16-битных регистра
Сброс положения	Запись 0 в 368–369	Запись 0 в 368–369
Скорость RS-485	9600, 8N2	9600, 8N2
Максимум энкодеров	До 3	До 2

8. Заключение

Подключение энкодера E40H12-360-3-N-24 к модулю WB-MCM8 не требует дополнительных схемотехнических решений благодаря встроенным подтягивающим резисторам и поддержке режимов AB и ABZ. Настройка сводится к записи одного регистра для выбора режима и минимальной настройке антидребезга. Программа Modbus Poll позволяет легко считывать положение энкодера, количество оборотов и угол, а также сбрасывать счётчик.

Выбор между режимами AB и ABZ определяется задачей:

• AB — когда нужно только относительное изменение параметра: яркость, громкость, скорость. Проще в подключении, позволяет подключить до трёх энкодеров на один модуль.
• ABZ — когда требуется точное позиционирование с привязкой к нулю: станки, конвейеры, поворотные столы. Даёт абсолютный угол и подсчёт оборотов.

Энкодер E40H12-360-3-N-24 может работать в обоих режимах. Для переключения достаточно изменить значение в регистре 376: 1 для AB или 2 для ABZ.