伺服电机的单电缆连接技术

如果去问机器制造商和设备用户，是否愿意使用只有一个电气端口的伺服电机，这样在伺服驱动器和电机之间就只需要使用一根线缆连接，他们的反应很可能会是 “不错，很好啊......但是......”。

说“不错”，是因为看到了线缆减少将带来的设备制造、使用和维护总体成本的优化；而“但是”，说明在决定是否将单电缆伺服产品应用到实际生产设备中时，用户们更关心的问题实际上是：

“可靠么？”

用户这样的担心和顾虑并不是没有道理的，因为传统的伺服反馈技术，并不能很好的支持将伺服电机的电源动力和反馈信号整合在一根电缆中。

我们知道，传统的伺服电机在反馈技术中采用的多为非数字式的信号传输方式。复杂的信号编码接口需要占用较多的线缆芯数，例如：Hiperface Stegmann 和 EnDat 2.1，仅数据线就需要 6 ~ 8 芯，再加上编码器电源和温控，需要用到超过 10 芯以上的反馈线缆；同时，相对较弱的抗干扰能力，又要求在反馈传输线路上采取足够的信号保护措施，以防止因电机数据反馈错误而造成的设备故障。这些都在很大程度上让伺服电缆的制造工艺变得极为复杂，且难度也极高。

因此，在以往的运控设备系统中，为了确保设备运控系统稳定可靠的性能，即使是使用品质出众的伺服电缆，在系统集成时都需要非常严格的按照要求将伺服电机的动力和反馈线缆分开隔离敷设，更何况是把这两种完全不同类型的线路整合在一根电缆里面呢？

不过，经过近几年数字式伺服反馈技术的发展，这个局面已经发生了一些转变，尤其是一大批基于此项技术的单电缆伺服产品（如伺服电机、电缆、接插件...等等）的面市和普及，正在不断刷新着我们对于伺服电机电气连接技术的认知。

正如前文书所说，当伺服电机采用纯数字式反馈作为其信号输出方式，由电机到驱动器的数据反馈不再是多通道的并行传输，而是变成了单通道的串行通讯，因此其线缆连接只需使用两芯数字通讯线；

而如果能够将 PLC（动力线通信 / Power Line Communication）技术应用在伺服反馈上，将数字化的伺服反馈数据叠加在编码器电源线路上，就能够进一步省去反馈信号传输对特定的通讯线缆（芯）的需要，将伺服反馈接口简化到只有两芯。

另外，数字信号在传输时具有比较好的抗干扰能力；同时，采用差分方式进行数字信号的传输，能进一步提升信号线路的抗干扰性能；再通过调制解调技术对数字信号进行解析，还能够纠正其在长距离传输过程中因干扰或衰减而产生的错误。这些都在很大程度上提升了数字化伺服反馈的抗干扰性能。

数字化高速通讯技术带来的伺服反馈接口的简化和信号抗干扰能力的提升，明显降低了运控设备系统对伺服反馈线缆的技术工艺要求和制造难度；加上这几年电缆复合技术的快速发展和进步，使得将伺服反馈信号和电机动力电源整合在一根电缆中不仅是可能的，更是可靠的。

伺服电机的单电缆连接这个概念在刚开始提出的时候，并没有引起业内人士太多的注意，这可能跟伺服运控行业中厂商和用户长期形成的使用习惯有很大关系，因为传统的伺服电机一直以来都是需要使用动力电源和反馈信号两根不同的线缆连接的。

但如果简单了解一下单电缆连接技术的基本原理，以及伺服产品厂商和用户的日常生产工作流程，就不难发现，用户们其实非常希望看到设备系统中伺服驱动器和电机之间线缆连接数量的减少；而厂商们则更关心采用仅有两芯的伺服反馈接口以后，驱动和电机产品在结构上的简化。

说到单电缆技术的价值，有一点是非常显而易见的，就是因为能够帮助伺服系统减少至少一半以上的线缆数量和种类，而给机器制造商及其用户带来的成本优势。

例如，机器制造商将因此节省大量与伺服线缆相关的应用成本，包括：电缆桥架、线槽和电气柜...等硬件成本，线缆敷设、接线、布线...等工程实施成本，以及库存、备件...等方面的物料供应和管理的物流成本；而机器设备的用户，也将有机会使用到结构更加简洁轻便、采购和应用成本更加优化的运控机械设备。

但同时我们也需要注意到，将伺服驱动器与电机之间的线缆通过整合简化到只剩一根，也将大大降低系统集成过程中与线缆敷设和连接相关的工程实施难度和出错概率。

例如：将同一台伺服电机的线缆接到不同的驱动器上的错误肯定是不可能出现的了，同时布线和接线的排查也会变得极为简单；系统集成时也无需再考虑动力与反馈线缆分离或隔离敷设，因为伺服反馈的抗干扰问题已经在产品技术层面上解决了，运控设备的稳定性也因此得以提升...

而对于伺服运控产品厂家来说，采用单电缆技术，除了能够帮助用户提升设备整体性价比和系统集成应用体验，同时还能够让他们在几乎不增加任何硬件成本的情况家从这项技术本身直接获益。例如：由于简化了反馈信号端口、没有了电机侧反馈端口、无需驱动器侧的模数转换模块...，伺服驱动和电机产品的成本将因此而大大优化，而同时产品结构也将变得更加紧凑、轻便；同样，电缆型号和数量的减少，也将帮助减少产品管理过程中的库存和物流成本...

自首台单电缆伺服产品问世以来，目前全球已经装机运行的单电缆伺服驱动电机系统大约已有几十万套，分别来自不同厂家。尽管这个数字与整个运控设备市场相比仍然只是很少一部分，但我们已经能够看到越来越多的用户开始在设备中使用基于数字化反馈技术的单电缆伺服产品了，同时越来越多的产品厂商也已经将此项技术纳入其下一代电机和驱动产品的规划之中。