Motrona光纤信号传输模块LW215‑2与LW216‑2常见故障及解决方案

Motrona光纤信号传输模块LW215‑2与LW216‑2常见故障及解决方案

LW215‑2与LW216‑2是德国MOTRONA旗下的一套配对使用的850nm多模光纤传输收发系统，LW215‑2属于信号发射端，LW216‑2属于信号接收端，整套设备将增量编码器HTL、RS422电信号转换成光信号，通过光纤完成远距离传输之后再还原为标准电信号输出。motrona是德国一家专门做工业运动控制、信号转换与隔离传输领域。旗下的脉冲分配器、显示器/检测器等等，目前在国内应用十分广泛。主要应用于冶金、起重、机床、港口设备、高压变频设备等强电磁场工况环境当中。今天主要以LW215‑2和LW216‑2为例，讲解这对配套的信号传输模块的常见故障及解决方案。

一、两款产品基础概况

1、LW215‑2发射模块基础信息

1.产品定位：增量编码器信号光纤发送单元，电‑光转换模块

2.光学波长：850nm，适配多模光纤传输介质

3.最大传输距离：2000米

4.信号输入类型：支持HTL推挽信号、RS422差分编码器信号，兼容A、/A，B、/B，Z、/Z增量脉冲信号

5.独立通道数量：4路隔离差分输入通道，通道之间互不干扰

6.最高信号传输速率：2Mbit/s

7.供电规格：直流10‑30VDC宽电压工业供电

8.接口类型：电气信号采用端子接线，光口采用标准光纤接口

9.外壳安装方式：导轨DIN35卡扣式安装，工业控制柜标准安装尺寸

10.防护等级：电路板为工业板卡，适合柜内安装，不可直接暴露于淋雨粉尘环境

11.配套设备：必须搭配同波长LW216‑2接收模块使用，不可与1300nm波长LW213‑2、LW214‑2交叉配对，波长不一致将直接造成信号无法接收。

2、LW216‑2接收模块基础信息

1.产品定位：光纤信号接收单元，光‑电转换模块

2.光学波长：850nm，必须与发射端波长严格匹配

3.最大接收距离：2000米（与LW215‑2发射端配套）

4.信号输出类型：还原输出HTL、RS422差分增量脉冲信号，输出信号波形、相位与编码器原始信号保持一致

5.独立通道数量：4路差分输出通道，四路通道一一对应发射端四路输入通道

6.最高信号传输速率：2Mbit/s，信号转换延时极低

7.供电规格：直流10‑30VDC宽电压供电，收发两端可独立供电，不需要共地

8.接口类型：光纤输入接口，电气信号输出端子

9.安装方式：DIN35导轨安装，可和发射模块分别安装在相距数千米的两个控制柜

10.核心优势：光纤链路实现电气隔离，发射端和接收端不存在地线环路，消除两地电位差带来的共模干扰问题。

二、硬件内部结构组成

LW215‑2发射模块内部主要部件

1.差分信号输入调理电路：接收编码器送来的A/B/Z相脉冲信号，对电平信号做滤波、稳压处理，过滤输入端尖峰干扰；

2.信号锁存与驱动芯片：将电脉冲信号转换成激光器驱动电平；

3.850nm红外发光发射管：核心电光转换元器件，电信号强弱变化转化为光信号亮灭；

4.光纤耦合底座：把发光管发出的光束耦合送入多模光纤；

5.电源稳压电路：宽电压输入转为板卡内部稳定5V工作电压；

6.状态LED指示灯电路：电源灯、信号活动指示灯，用于现场状态判断。

LW216‑2接收模块内部主要部件

1.光电二极管接收元件：接收光纤传来的850nm光脉冲信号，将光信号重新转换为微弱电信号；

2.信号放大整形电路：放大微弱电信号，重新修整成标准方波脉冲；

3.差分输出驱动电路：生成标准RS422或者HTL电平的A、B、Z增量脉冲信号；

4.电源稳压单元；

5.LED状态指示灯。

Motrona光纤信号传输模块LW215‑2与LW216‑2常见故障及解决方案

三、整套系统完整工作原理

整套LW215‑2+LW216‑2光纤传输系统分为电‑光转换、光纤传输、光‑电还原三个工作阶段，属于透明式信号转发设备，不会修改编码器脉冲计数、相位顺序，属于无源转发，没有数据解析运算功能。

1.信号输入阶段：增量编码器输出HTL或者RS422差分A、B、Z脉冲信号，电缆接入LW215‑2发射模块的电气输入端子；发射端调理电路对输入差分信号做对比检测，只有电平达到阈值之后才判定为有效脉冲。

2.电光转换阶段：输入脉冲为高电平时，LW215‑2内部850nm发射二极管点亮，输出光脉冲；输入脉冲低电平时光源关闭；电气脉冲波形被一对一映射为光纤内部断续的光信号波形。整个转换过程延时极短，相位偏移量极小，不会影响高速编码器计数精度。

3.光纤传输阶段：光脉冲沿着多模光纤向前传输，光纤介质只传输光信号，不会传导电流，发射端控制柜和接收控制柜之间电气回路断开，工业现场变频器、高压电缆产生的电磁干扰无法耦合进入光纤传输链路，这也是光纤传输抗干扰的根本原理。

4.光电还原阶段：光信号到达LW216‑2接收器，光电探测器接收光脉冲，光信号强弱变化转化为电压脉冲；经过放大整形电路修复波形失真，再由输出驱动电路生成与原始编码器一致的差分脉冲信号。

5.信号输出阶段：LW216‑2输出A、/A、B、/B、Z、/Z信号接入PLC、计数器、运动控制器等上位设备，上位系统读取脉冲信号，实现位置、速度测量。

6.电气隔离原理说明：发射模块、接收模块供电电源相互独立，光纤没有金属导体，收发两端地电位隔离，杜绝远距离布线时不同控制柜地电势差造成的环流干扰，解决编码器长线传输经常遇到的零点漂移、计数跳数故障。

四、安装接线调试要点罗列

1.波长配对要求：LW215‑2（850nm）只能够搭配LW216‑2（850nm），严禁和LW214‑2（1300nm）接收器混用；

2.光纤选型：传输距离小于2000米选用标准850nm多模光纤，光纤接头端面保持洁净；

3.光纤弯曲半径：布线时光纤最小弯曲半径不可小于25mm，过度弯折会造成光功率损耗，信号丢失；

4.电气接线：发射端输入电缆尽量使用屏蔽双绞电缆，编码器屏蔽层单端接地；

5.收发供电：LW215‑2和LW216‑2分开供电，两端电源不需要共地，无需连接地线；

6.上电调试顺序：先接通发射模块电源，再接通接收模块电源，上电后观察电源指示灯常亮；

7.信号测试：编码器旋转，LW215‑2信号指示灯闪烁代表有脉冲输入；LW216‑2信号指示灯同步闪烁表示光纤链路传输正常；使用示波器检测接收器输出脉冲波形是否完整。

五、运行当中常见故障现象、产生原因、排查解决办法

故障1：电源指示灯不亮，模块无任何反应

故障现象：LW215‑2或者LW216‑2上电之后电源LED不点亮，设备不工作

可能原因：

1.供电电压不在10‑30VDC区间，电压过低；

2.电源线正负极接反；

3.供电回路保险丝断开，端子接线松动虚接；

4.模块内部电源电路烧毁。

排查步骤：

1.万用表测量端子输入电压，核对电压极性；

2.紧固接线端子，检查控制柜回路空开、保险丝；

3.供电正常指示灯仍然不亮，判定模块硬件损坏，返厂维修更换。

故障2：发射端信号灯闪烁，接收端信号灯不闪烁，无信号输出

故障现象：编码器转动，LW215‑2信号指示灯正常闪烁，LW216‑2输出端无脉冲，指示灯不工作

可能原因：

1.光纤接头端面沾染灰尘油污，光路受阻；

2.光纤严重弯折、挤压，光纤芯线断裂；

3.光纤接头没有插紧，出现松动脱落；

4.收发模块波长不匹配；

5.发射管、接收光电元件老化损坏。

排查步骤：

1.拔下光纤接头，使用无尘纸擦拭光纤端面；

2.检查整条光纤线路有没有硬折点位；

3.重新插拔光纤接头，确认卡紧到位；

4.核对收发型号，确认LW215‑2配LW216‑2；

5.更换一根完好的短光纤做测试，快速判断故障出在光纤线路还是收发模块本体；更换光纤后仍然无信号，发射模块或者接收模块损坏。

故障3：上位控制器计数跳数、丢脉冲，信号偶尔丢失，时好时坏

故障现象：PLC计数器数值偶尔跳变，低速运行计数正常，高速运转容易丢脉冲

可能原因：

1.光纤线路过长，接近2000米极限距离，光功率余量不足；

2.光纤接头损耗过大，端面划伤；

3.输入编码器信号频率超过模块2Mbit/s上限；

4.发射端输入信号接线松动，信号时断时续；

5.接收端输出电缆受到外部电磁干扰。

排查步骤：

1.测量编码器最高输出脉冲频率，确认不超出模块带宽；

2.重新清洁光纤端面，检查光纤布线有没有挤压点位；

3.紧固发射端编码器输入接线端子；

4.接收器输出侧采用屏蔽双绞线布线。

故障4：输出脉冲相位错乱，A、B相顺序颠倒

故障现象：设备速度方向识别错误，运动方向反向报警

可能原因：

1.LW215‑2输入端A、B相接线顺序接反；

2.LW216‑2输出端子A、B信号线接反；

3.通道号接线错位，信号接入了不同通道。

排查步骤：核对收发两端A、B、Z相端子定义，重新调整接线顺序。

故障5：光纤链路偶尔中断，故障不定期复发

故障现象：系统运行一段时间信号丢失，断电重启收发模块短暂恢复，之后故障再次出现

可能原因：

1.光纤接头受震动出现松动；

2.控制柜内部温度过高，模块过热降额；

3.发射管长期高温出现性能衰减，光功率不稳定。

排查步骤：

1.加固光纤接头，增加防松卡扣；

2.检查控制柜散热风扇，保证环境温度在‑20℃~+60℃工作范围以内；

3.长时间故障反复出现，直接更换发射模块LW215‑2。

六、日常维护保养清单

1.定期巡检：每三个月查看收发模块电源指示灯、信号指示灯状态；

2.光纤维护：禁止徒手触碰光纤陶瓷端面，拆装光纤必须使用无尘清洁耗材；

3.布线检查：定期查看光纤线路有没有被机械设备挤压、磨损；

4.环境维护：控制柜内部避免粉尘堆积在模块电路板上，做好散热通风；

5.备件管理：长距离重要设备建议准备一套LW215‑2+LW216‑2备用收发套件，缩短故障停机维修时长。

七、产品应用优缺点总结

优点：光纤电气隔离，抗电磁干扰能力强；长距离传输2000米信号不衰减；信号透明转发，延时低，精度高；4通道独立传输，一台设备即可同时传输A、B、Z多相增量信号；宽电压供电适配绝大多数工业控制柜。

局限性：必须成对配套、波长一致才能使用；只能传输增量编码器脉冲信号，不支持SSI绝对值编码器信号；传输距离上限2000米，超出距离需要选用LW213‑2/LW214‑2（1300nm，最远3000米）型号；光纤布线施工相比普通电缆要求更高。