Cableado del codificador incremental: señales A/B/Z, tipos de salida y conexiones al PLC

La máquina funciona, el motor gira y el contador del panel no marca nada. O bien cuenta en la dirección equivocada. O el codificador de recambio echa humo al encenderla. En todos estos casos, los cables suelen ser inocentes. El fallo se debe a una incompatibilidad en la interfaz eléctrica: un circuito de salida incorrecto, una tensión de alimentación errónea o una salida que nunca estuvo pensada para comunicarse con la entrada a la que se ha conectado. Esta guía explica paso a paso el cableado de los encoders incrementales partiendo de las señales y, a continuación, muestra las cinco especificaciones que determinan si un encoder de recambio se conecta correctamente a la primera.

Qué son las señales de los codificadores incrementales: explicación de los cables A, B y Z

Un codificador incremental no indica una posición. Emite una secuencia de impulsos —un flanco por unidad de movimiento del eje— y el contador reconstruye la velocidad, la dirección y la posición relativa mediante su recuento. Esa es precisamente la diferencia con respecto a un codificador absoluto, que recuerda su posición tras un corte de corriente. Un sistema incremental debe volver a encontrar su referencia (normalmente con el impulso Z) cada vez que se enciende.

En el cableado de un codificador incremental hay tres señales importantes:

• Canal A y Canal B son trenes de impulsos de onda cuadrada, desfasados 90 grados eléctricos. Si solo se cuenta A, se obtiene la velocidad. Si se cuentan A y B conjuntamente (recuento en cuadratura), la relación de fase indica la dirección: si A va por delante de B en un sentido de giro, B va por delante de A en el otro.
• Canal Z emite un pulso por revolución. Es el índice, el marcador que indica “aquí está el punto más alto de la vuelta”, que se utiliza para el posicionamiento inicial y para comprobar que no se han perdido pulsos.
• PPR (impulsos por revolución) es la resolución. Los valores habituales en el sector industrial oscilan entre decenas y más de mil por vuelta. Un mayor número de impulsos por vuelta implica una medición más precisa, pero también una mayor frecuencia de salida a la misma velocidad del eje.

Una aclaración sobre la terminología antes de continuar. El “codificador incremental” que los aficionados conectan a un microcontrolador (el mando con posiciones fijas del panel) es un interruptor de contacto mecánico que no necesita alimentación. Los codificadores industriales que se tratan aquí son dispositivos alimentados (5-24 V CC) que emiten señales digitales A/B/Z reales, y las normas de cableado no son aplicables en ambos casos.

Los cinco tipos de salida de los codificadores incrementales — y cómo identificarlos en la placa de características

Todos los fabricantes de codificadores comercializan lo que parece ser el mismo dispositivo en varias variantes eléctricas. La plataforma mecánica, el eje, la carcasa e incluso la escala de resolución pueden ser idénticos en todas las variantes. Lo que cambia es el circuito de salida, la etapa interna del codificador que controla los cables de señal. Este es el aspecto más importante en el cableado de los codificadores incrementales: el circuito de salida determina a qué entrada del contador puede enviar la señal el codificador, y normalmente se indica en el sufijo del modelo.

En la familia de codificadores incrementales que predomina en el sector de la reparación de maquinaria, la lista de resoluciones es común a las cinco variantes. Basta con fijarse en el sufijo para saber cuál es el circuito de salida y la tensión de alimentación antes incluso de abrir la caja.

Tensión de alimentación: las familias de 5 V y 12-24 V no son intercambiables

La alimentación de los codificadores se divide en tres grandes rangos: 5 V CC (casi siempre la familia RS422/controlador de línea), 5–12 V y 12–24 V CC (el rango industrial más habitual). Hay dos reglas que son más importantes que cualquier esquema de cableado:

1. Un codificador de 12-24 V no debe alimentarse ni conectarse a un circuito de 5 V, y un codificador de 5 V alimentado a 24 V puede fallar de forma repentina. Los fabricantes incluyen esta advertencia en la tabla de especificaciones; tómala al pie de la letra.
2. El cable de 0 V del codificador debe conectarse al mismo punto común que la entrada del contador y la alimentación. Un punto común flotante o con doble conexión a tierra provoca un recuento intermitente que parece un fallo del codificador.

Los colores de los cables no siguen una norma estándar: consulta la ficha técnica y el sufijo.

No existe un código de colores universal para los codificadores incrementales. Cada fabricante establece su propia tabla: un catálogo europeo asigna los colores blanco, marrón, verde, amarillo, gris, rosa, azul y rojo, además del blindaje, a su conector de 12 pines; la tabla de un fabricante estadounidense para conectores de 8 pines de un solo extremo es, a su vez, diferente. Dos codificadores con colores de cables idénticos pueden tener un cableado completamente diferente. Si el cable está cortado, la etiqueta ha desaparecido o estás cambiando de marca, esta es la secuencia fiable:

1. Lee la placa de características. El circuito de salida y la tensión de alimentación suelen estar impresos o codificados en el número de modelo.
2. Descifra el sufijo del modelo consultando la tabla del fabricante (muchos fabricantes publican la interpretación completa en la ficha técnica o en el manual de instalación).
3. Solo entonces consulta la tabla de colores o la disposición de los pines del conector de ese modelo concreto.

Un caso real de un cable roto ilustra bien este punto: un técnico que tenía un codificador de 8 hilos de origen desconocido publicó unas fotos preguntando qué hilo era cuál. El hilo de discusión solo pudo resolverse una vez que se identificó el número de modelo y se consultó su ficha técnica. La clave está en el número de modelo, no en los colores.

Cómo hacer coincidir la salida con la entrada del contador: la matriz de compatibilidad

Ahora, la decisión sobre el cableado en sí. El lado del contador (una tarjeta contadora de alta velocidad de un PLC, el puerto del codificador de un variador o un contador independiente) cuenta con un circuito de entrada que es ya solucionado. «Sinking» o «sourcing» son los términos que debes conocer: una entrada de tipo «sourcing» suministra corriente y espera que el codificador la absorba (colector abierto NPN o salida de tensión). Una entrada de tipo «sinking» absorbe corriente y espera que el codificador la suministre (colector abierto PNP). Las salidas complementarias pueden accionar cualquiera de los dos tipos. Las entradas diferenciales esperan señales emparejadas A//A y B//B.

La regla de una sola frase que resuelve la mayoría de las dudas sobre el cableado: La entrada del contador es un dato fijo, y la salida del codificador debe adaptarse a él.. Consulta el manual del contador antes de elegir o pedir el codificador, no después. Aquí es donde la terminología de los fabricantes puede resultar confusa: un proveedor denomina a una pieza ’push-pull“, otro ”complementaria“ y un tercero simplemente incluye las siglas ”PP“ en el número de modelo. La misma familia eléctrica, tres denominaciones. Descifra el modelo, no te guíes por el nombre.

Señal de un solo extremo frente a señal diferencial: cuando un cable por canal no es suficiente

El cableado de un solo extremo utiliza un cable por canal (A, B y, opcionalmente, Z) conectado a una masa común. Es sencillo, económico y totalmente fiable dentro de un armario limpio en tramos cortos. El cableado diferencial transmite cada canal mediante un par trenzado que transporta señales complementarias, A y /A, B y /B, y el receptor las resta entre sí. De este modo se elimina el ruido en modo común captado a lo largo del cable. El cableado diferencial es la solución ideal cuando el tramo es largo o el entorno presenta muchas interferencias eléctricas. El cableado de un solo extremo se utiliza para tramos cortos en espacios prácticamente libres de interferencias (motioncontroltips.com explica la disyuntiva entre la configuración de un solo extremo y la diferencial).

Dos notas prácticas. En primer lugar, la distinción no se limita simplemente a “diferencial frente a no diferencial”: una salida complementaria (push-pull) sigue siendo de un solo extremo, pero ofrece una gran potencia de salida, por lo que los fabricantes la recomiendan para tramos más largos y entornos con mayor interferencia que el colector abierto. Un fabricante especifica su variante complementaria para tramos de más de 10 m. En segundo lugar, cuando un controlador de línea RS422 se utiliza con un cable largo, la línea debe terminarse en el extremo del receptor. El valor habitual es de 120 Ω, y los catálogos de codificadores indican que el funcionamiento a larga distancia del RS422 requiere esta terminación de impedancia de onda.

El apantallamiento, la puesta a tierra y las prácticas de cableado que evitan los fallos fantasma

La mayoría de los fallos del “codificador intermitente” se deben al ruido eléctrico, y la mayor parte de ese ruido se debe a problemas en la instalación eléctrica. Las normas son pocas:

• Tienda el cable del codificador en un conducto o lejos de los cables de alimentación. Mantenga una separación de al menos aproximadamente un pie respecto al cableado del motor y del variador de frecuencia, y nunca los coloque en el mismo haz.
• Conecta el blindaje a tierra solo por un extremo. Si lo conectas a tierra por ambos extremos, se crea un bucle de tierra que introduce precisamente el ruido de CA del que intentabas protegerte.
• Utiliza pares trenzados para las líneas de señal siempre que la estructura del cable lo permita.
• Presta atención al presupuesto de frecuencia: frecuencia de salida = PPR × RPM ÷ 60. Un codificador de 1000 PPR a 6000 r/min produce 100 kHz, el máximo nominal de muchos codificadores, lo que no deja margen para la capacitancia del cable. La alta resolución combinada con un cable largo es lo que hace que “funcionara en el banco de pruebas” se convierta en “pierde recuentos en la máquina”.”

Síntomas y soluciones relacionados con el cableado del codificador incremental: falta de recuento, dirección incorrecta o ruido

Cuando un codificador recién cableado no funciona correctamente, consulta la tabla de síntomas antes de sospechar del propio codificador. La mayoría de las devoluciones por “fallo del codificador” se deben a incompatibilidades de interfaz que se repetirían con cualquier recambio.

Hay dos límites que hay que tener claros. En primer lugar, la tabla es un diagnóstico preliminar. Un osciloscopio (o la vista de diagnóstico del contador) es lo que permite distinguir el ruido eléctrico de la vibración mecánica, que tienen un aspecto muy similar. En segundo lugar, si una máquina funcionaba antes de un cambio y presenta fallos después, hay que sospechar primero de la interfaz antes que de la pieza. Ese enfoque por sí solo evita la mayoría de los fallos recurrentes.

Sustitución de un codificador incremental: cinco características que debes tener en cuenta antes de realizar el pedido

La sustitución es el momento en el que realmente se gana o se pierde el cableado del codificador incremental, ya que la decisión sobre el cableado pasa del instalador al departamento de pedidos. Cuando un cliente envía un número de referencia antiguo, las diferencias que provocan devoluciones casi nunca son mecánicas. Son eléctricas, y todas ellas se pueden conocer antes de que se emita la orden de compra. Todas las variables de interfaz mencionadas anteriormente se resumen en cinco preguntas:

1. ¿Qué tipo de datos admite el contador? La configuración de sumidero, fuente o diferencial determina la familia de salida: NPN para fuente, PNP para sumidero, complementaria para cualquiera de las dos y controlador de línea para diferencial.

2. ¿Qué tensión de alimentación suministra la máquina? El componente de recambio debe pertenecer a la misma gama de tensión. Un equipo de 12-24 V no funcionará con un componente de 5 V, y una tarjeta de entrada de 5 V no admitirá un codificador de 24 V.

3. ¿El PPR es idéntico? «El mismo PPR» es la respuesta más segura. Un PPR diferente modifica la escala de velocidad y puede superar el límite de frecuencia de la señal de entrada a velocidad máxima.

4. ¿Qué canales se utilizan realmente? Las máquinas que solo utilizan A/B no necesitan el eje Z, pero las que realizan el retorno al punto de origen sí lo necesitan. Además, los servoaccionamientos requieren canales de conmutación (U/V/W).

5. ¿Cómo está la situación con el cable? Los conectores o los cables volantes deben ser compatibles con la máquina, y los tramos largos o que generan ruido hacen que la elección se incline hacia una salida complementaria o diferencial.

Si se cumplen estas cinco condiciones, el recambio es compatible con el cableado por diseño. El trabajo del instalador pasa a ser de carácter mecánico. Esta misma disciplina mantiene bajas las devoluciones en el negocio de recambios: organizar el stock y los presupuestos por interfaz eléctrica en lugar de por marca, y un único conjunto de ranuras sirve para máquinas que funcionan con varias marcas. El volumen del mercado de reparaciones se concentra en las ranuras de colector abierto y complementarias de 12-24 V; los recambios diferenciales de 5 V corresponden al segmento de servomotores y de larga duración. Las cinco ranuras (controlador de línea de 5 V, complementario de 12–24 V, NPN de 12–24 V, PNP de 12–24 V y salida de tensión de 5–12 V) reflejan exactamente los cinco circuitos de salida.

Queda una limitación: estas preguntas se refieren únicamente a la interfaz eléctrica. El diámetro del eje, el montaje y el acoplamiento son aspectos que hay que comprobar por separado, y mezclar ambas listas es lo que hace que “encaja eléctricamente” se convierta en “no encaja en la máquina”.”

Para conseguir una interfaz adecuada hay que empezar por el catálogo, no por la regleta de bornes. Nuestra gama de encoders incrementales incluye los cinco circuitos de salida (NPN, PNP, complementario, controlador de línea y salida de tensión) en los rangos de alimentación estándar de 5 a 24 V. Cuando un cliente nos envía un número de referencia antiguo o el modelo de la tarjeta contadora, nuestros ingenieros de selección de productos confirman el circuito de salida, la alimentación, el PPR y el número de canales antes de elaborar el presupuesto (Consulta el rango del codificador incremental). Envíanos la placa de características. La variante compatible con el cableado es la que te enviamos.

Referencias

1. Consejos sobre control de movimiento. “Preguntas frecuentes: ¿De qué formas se puede conectar un codificador incremental a un sistema de movimiento?”
2. Dynapar. “Prácticas recomendadas para el cableado de encoders”.”
3. Grupo Kübler. “Encoders incrementales” (catálogo de la serie 5826, terminación RS422 y tablas de colores de los cables).
4. Foro PLCTalk. “Cómo cablear un codificador incremental”: análisis de la decodificación de los números de modelo de Accu-coder y debate sobre el esquema de pull-up con colector abierto.
5. OMCH. “Encoders: familia de encoders incrementales E6B2-CWZ (cinco circuitos de salida, PPR 10–1200)”.”
6. OMCH. “Selección de productos: asistencia para la elección basada en especificaciones y planos”.”
7. OMCH. “Productos de automatización industrial: proveedor integral de componentes de automatización”.”