Клизни прстен за напајање и податке преноси и електричну снагу и комуникационе сигнале преко ротационог зглоба, тако да машина може да се окреће без ограничења и никада не уврће своје каблове. Кратак одговор на уобичајено питање је да: један склоп може носити оба. Оно што одлучује да ли ради на терену није број кола. То је начин на који су путеви напајања и сигнала распоређени, заштићени, уземљени и усмерени унутар тог једног ротирајућег интерфејса.
Снага и подаци се понашају веома различито. Прстен за напајање може да носи десетине ампера или да се укључује и искључује преко моторног погона, док Гигабитни Етернет пар носи миливолт- прелазе на нивоу који зависе од стабилне импедансе. Поставите их преблизу без правог дизајна и симптоми се појављују као ЦРЦ грешке, испуштени пакети, број енкодера који скаче, аналогна очитавања која се померају или испрекидана комуникација коју је тешко репродуковати на клупи. Поуздан комбиновани клизни прстен је изграђен око типа сигнала, нивоа струје и напона, брзине ротације, радног циклуса, уземљења, заштите, вођења каблова и стварног радног окружења.
Може ли један клизни прстен носити и снагу и податке?
Да. Правилно дизајниран склоп може комбиновати снагу и податке у једном ротирајућем интерфејсу. У зависности од добављача, видећете ово као клизни прстен за напајање и податке, комбиновани клизни прстен за напајање и сигнал, или једноставно прилагођени клизни прстен направљен за комбиновану снагу и комуникацију.
Међутим, комбиновање ова два није исто што и додавање више кола. Прстенови за напајање могу носити већу струју, већи напон или шум при пребацивању из погона и контактора. Сигналним круговима је често потребна стабилна импеданса, ниска контактна бука, заштита и удаљеност од тих извора буке. Један скуп прстенова мора истовремено да задовољи оба захтева.
Комбиновани дизајн је обично прави позив када:
- машини је потребна континуирана, неограничена ротација;
- снага и комуникација морају пролазити кроз исту осу;
- увртање или намотавање каблова није прихватљиво;
- нема места за два одвојена обртна зглоба; или
- један интегрисани склоп поједностављује ожичење и сервис.
Типичне примене обухватају индустријске роботе и столове за индексирање, машине за паковање и умотавање, дизалице и ротационе платформе, радаре и антенске позиционере, померајуће{0}}нагибне главе за надзор и портале за медицинске слике.
Зашто струјним круговима и круговима за пренос података треба пажљиво одвајање
Снага и подаци могу да деле један клизни прстен, али ова два никада не би требало да се третирају на исти начин. Већина напора дизајна иде у заштиту путање сигнала од електричног шума који ствара пут напајања.
ЕМИ и РФИ из Повер Цирцуитс
Високо{0}}прстенови, моторни погони, фреквентни претварачи (ВФД), соленоиди и прекидачки извори напајања емитују и проводе електромагнетне сметње. ВФД пребацивање на неколико килохерца, на пример, убризгава широкопојасни шум у оближње проводнике. Ако осетљива линија података дели простор са тим колом, шум се може спојити и оштетити сигнал.
Последица зависи од тога где се налази клизни прстен. У тихом лабораторијском инструменту, мала сметња може проћи непримећено. На -оси контроле кретања поред драјва, иста сметња може да значи ЦАН оквире који не успевају у свом контролном збиру, Етхернет ретрансмисије које смањују пропусност, ивице енкодера које подрхтавају или контролер који се квари усред-циклуса.
Преслушавање између канала
Преслушавање је цурење енергије из једног кола у суседно. Најважније је када су проводници за напајање, етернет парови, линије енкодера, аналогни водови и контролне жице спаковани у компактни ротирајући стог. Добра пракса га смањује физичким размаком, груписањем сличних кола, заштитом, чистим уземљењем и наменским путевима за најосетљивије сигнале. Наше белешке оспречавање преслушавања између каналаидите дубље у распоред, али принцип је једноставан: држите агресоре и жртве раздвојене и дајте сваком штиту дефинисану путању повратка.
Различити сигнали имају различите захтеве
Није свака линија података подједнако крхка. Дискретни сигнал за укључивање/искључивање толерише услове који би уништили прецизне повратне информације кодера или Гигабит Етхернет. Гигабитни Етхернет, дефинисан одИЕЕЕ 802.3 фамилија стандарда, зависи од интегритета{0}}упреденог пара и контролисане импедансе, док ЦАН магистрала, стандардизована каоИСО 11898, ослања се на стабилну диференцијалну сигнализацију. Због тога би клизни прстен требало да буде специфициран према типу сигнала и циљу перформанси, а не само према броју кола. Конкретно за страну података, нашеВодич за етернет клизни прстенпокрива практичне детаље.
| Тип сигнала | Кључни проблем дизајна | Препоручени приступ клизном прстену |
|---|---|---|
| Гигабит Етхернет | Интегритет упреденог{0}}пара, импеданса отприлике 100 Ω, уметање и повратни губитак | Оклопљени, импедансом{0}}контролисани парови на наменским-брзим контактима, одвојени од струјних прстенова |
| ЦАН бус / РС-485 | Чиста диференцијална сигнализација, завршетак од око 120 Ω, шум уобичајеног{1}}мода | Упредене парице које се држе заједно, изоловане од склопних кола, штит провучен |
| Повратне информације кодера | Треперење ивице и погрешна рачунања услед спрегнутог шума | Оклопљени парови, кратка чиста рута, дефинисано оклопљено уземљење |
| Аналогни сензор (мВ, 4–20 мА) | Померање напона и шум{0}}отпорности контакта | Низак{0}}златни-на-златни контакти, заштита, удаљеност од напајања |
| Видео / ХД-СДИ | Контролисана импеданса близу 75 Ω, мали губици, довољан пропусни опсег | Канали са коаксијалним или импедансним{0}}подударањем на наменским контактима |
| Дискретна И/О / контрола мале{0}}брзине | Генерално робустан | Обично су довољни стандардни сигнални прстенови |
Практичан унос:именујте сваки протокол и његову брзину преноса података пре него што неко броји звоно. Протокол покреће тип контакта, заштиту и унутрашњи распоред.
Методе пројектовања за комбиновање снаге и података
Поуздан комбиновани клизни прстен скоро увек користи више од једне методе заштите заједно. Која комбинација одговара зависи од нивоа снаге, типа сигнала, расположивог простора и потребног радног века.
- Физичко раздвајање унутар прстенасте групе.Најосновнији метод је да држите-прстенове велике снаге даље од сигналних прстенова, групишете слична кола и усмерите их на различите унутрашње путање. Растојање смањује спрегу. У компактним склоповима где је мало простора, друге методе испод носе већи део оптерећења.
- Оклопљени каблови.Када се комуникациони водови протежу у близини мотора, погона или{0}}ожичења велике снаге, оклоп кабла спречава сметње од сигналних проводника. Заштита унутар клизног прстена треба да одговара остатку машине: ако систем користи оклопљене каблове изван прстена, путања оклопа генерално треба да се настави кроз ротирајући интерфејс. Наш преглед озаштитна решења за поуздан пренос сигналапролази кроз опције.
- Наменска кола за уземљење и штит.Клизни прстен може укључивати прстенове резервисане за континуитет уземљења или оклопа, управљајући односом између штита кабла, уземљења опреме и ротирајуће структуре. Слаб план уземљења може поништити предност заштите или створити нову буку, тако да га треба дизајнирати, а не причврстити.
- Одвојена језгра или сигнални модули.За захтевне послове, склоп може да користи одвојена језгра или унутрашње модуле: један део за напајање, други за комуникацију. Ово даје јачу изолацију од једног заједничког стека и одговара високој струји, високом напону или ниској толеранцији за грешке.
- РФИ баријере, сепаратор плоче и затворени делови.Не-непроводни сепаратори, унутрашње заштитне плоче или затворене сигналне секције изолују комуникационе канале од напајања. У већим склоповима, мали сигнални клизни прстен се понекад поставља унутар кућишта већег клизног прстена тако да кола података остају заштићена.
Практичан унос:за комбиноване податке велике-струјне и велике{1}}брзине, очекујте комбинацију раздвајања, заштите и уземљења уместо да се ослањате на било који трик.
Како одредити клизни прстен за напајање и податке
Познавање метода дизајна је једна ствар; претварање машине у јасну спецификацију је друго. Ових пет корака захтевају од „потребно нам је напајање и Етхернет“ до нечега што инжењер може да цитира без нагађања.
- Дефинишите струјна кола.Наведите напон, струју, наизменичну или једносмерну струју, континуирано или повремено оптерећење, ударну или вршну струју и шта покреће свако коло (мотор, грејач, осветљење, контрола). Кола са буком или јаком струјом-можда ће захтевати већи размак, веће проводнике или различите контактне материјале.
- Идентификујте сваки сигнални протокол.Наведите протокол и његову мету, а не само „податке“. На пример: 10/100 Мбпс или Гигабит Етхернет, ЦАН магистрала, РС-485, РС-232, УСБ, ХД-СДИ, енкодер, аналогни или дискретни И/О, плус импеданса, заштита, тип конектора и укупна дужина кабла са обе стране прстена.
- Процените ЕМИ и окружење буке.Обратите пажњу на оближње погоне, моторе, завариваче, прекидаче и дугачке каблове. Што је локација електричнија непријатељскија, дизајну је потребно више заштите и одвајања, чак и ако листа кола изгледа кратко.
- Потврдите механичку коверту.Наведите пречник отвора или осовине, спољни пречник и границе висине, шаблон монтаже, брзину и смер ротације, радни циклус, очекивани радни век и смер излаза кабла. Компактној машини је често потребно сасвим другачије решење од великог склопа кроз{1}}отвор.
- Прегледајте заштиту, уземљење, тестирање и окружење.Наведите континуитет штита, метод уземљења машине, верификацију коју очекујете и циљеве животне средине, укључујући ИП оцену. ТхеИП код дефинисан у ИЕЦ 60529стопе заштите од прашине и воде; наш објашњавач наИП оцене клизног прстенапоказује шта свака цифра значи у пракси.
| Категорија | Информације које треба укључити у захтев |
|---|---|
| Електрична кола | Напон, струја, наизменична или једносмерна, ударна, континуирана или повремена, тип оптерећења |
| Подаци и сигнали | Сваки протокол, брзина преноса података, заштићени или неоклопљени, тип конектора, дужина кабла пре и после звона, прихватљива стопа грешке |
| Механички | Пречник отвора или осовине, ОД и ограничења висине, образац монтаже, брзина и смер ротације, радни циклус, очекивани животни век, излаз кабла |
| Животна средина | Унутрашње или спољашње, циљна ИП оцена, температурни опсег, вибрације и удари, излагање прашини, води, уљу или хемикалијама, корозији или опасним{0}}областима |
Стандардни вс Цустом Повер и Дата клизни прстенови
Стандардни клизни прстен може да функционише када апликација има једноставна струјна кола, мале{0}}сигнале брзине, умерену ротацију и чисто електрично окружење. Офф--производи скраћују време испоруке и трошкове када се захтеви поклапају са постојећим дизајном. Једном када снага и осетљиви подаци морају да деле исту осу, прилагођени дизајн се обично исплати у погледу поузданости. Табела у наставку сумира где се сваки уклапа и наше поређењестандардни и прилагођени клизни прстеновидетаљније пролази кроз{0}}заступнике.
| Фактор | Стандардни клизни прстен може бити довољан | Прилагођени дизајн је обично бољи |
|---|---|---|
| Повер | Ниско до умерено, чисто снабдевање | Велика струја плус ВФД или прекидачка оптерећења |
| Подаци | Дискретни или серијски ниски{0}}брзи | Гигабитни Етхернет, ХД видео, прецизни енкодери |
| Мик | Само напајање или само подаци | Висока струја и осетљиви подаци заједно |
| Коверта | Стандардни отвор, ОД и монтажа | Затегнути или не{0}}стандардни отвор, монтажа или излаз кабла |
| Животна средина | Унутра, чисто, суво | Напољу, прање, прашина, корозија или опасна зона |
| Дути | Лагана или повремена употреба | Висок радни циклус, дуг век трајања |
| Толеранција грешке | Прихватљиви су повремени поновни покушаји | Ниска толеранција за напуштање или ЦРЦ грешке |
Практичан унос:ако се чак и један ред налази у десној-колони, третирајте пројекат као прилагођени и наведите у складу са тим.
Инжењерски преглед и испитивање
Спецификација вреди само онолико колико и верификација иза ње. Пре него што комбиновани клизни прстен за напајање и податке крене у употребу, дизајн треба да се докаже, а не да се претпоставља. Уобичајени преглед проверава:
- Континуитет и отпор контактана сваком колу, укључујући како се отпор понаша током ротације;
- Отпор изолацијеизмеђу кола и до кућишта;
- Диелектрична (хи-пот) чврстоћана називном напону са маргином;
- Интегритет сигналана каналима података, као што су бит-провере грешака или пакета при радној брзини података;
- Тестирање радног века ротацијепри очекиваној брзини и радном циклусу; и
- ЕМИ/ЕМЦ евалуацијакада снага и{0}}брзи подаци деле склоп.
Ако желите да видите шта ове провере обухватају, погледајте наш детаљни прегледкако се испитује клизни прстенпокрива уобичајене методе.
Репрезентативни теренски случај: грамофон за инспекцију је покретао Гигабит Етхернет камеру и 24 В моторно коло кроз исти компактни клизни прстен. Тестови на клупи су прошли, али у производњи веза је повремено падала када се погон повећао. Решење није било више кола. Етернет пар је премештен на оклопљене контакте-контролисане импедансом на супротној страни стека од прстена мотора, а штит кабла је пренет кроз наменски прстен до уземљења шасије. Грешке у пакету су нестале. Образац се често понавља: мешане грешке{7}}и-података су обично проблеми са распоредом, заштитом и уземљењем, а не проблеми са-бројањем кола.
Примери апликација
Роботика и аутоматизација фабрике
Роботски зглобови, табеле за индексирање и аутоматизоване ћелије за инспекцију рутински преносе напајање, контролу, Етхернет и повратне информације сензора кроз ротирајућу осу. Комбиновани клизни прстен уклања увртање кабла и омогућава непрекидно кретање. Уобичајени изазов овде је велики број циклуса у комбинацији са ниском толеранцијом на прекид комуникације.
Дизалице и тешка опрема
Дизалице, ротирајуће платформе и грађевинске машине носе снагу за светла, контроле, камере и оператерске системе. Ове локације додају вибрације, излагање на отвореном и јаку електричну буку, што гура дизајн ка робусном кућишту, заптивачу и пажљивом уземљењу штита.
Медицински системи и системи за снимање
Портал за обраду слике и слична опрема захтевају компактну величину, глатку ротацију и чист пренос података, јер прекид сигнала може утицати на слику или мерење. Ове верзије фаворизују контакте са ниским-шумом и конзервативне маргине тестирања; погледајте наш водич заклизни прстенови за медицинска средстваза специфична ограничења.
Надзор, радар и ротирајући сензори
Покретне{0}}нагибне главе, постоља радара и ротирајући сензорски пакети комбинују снагу са видео, Етхернет, РФ- сигналима или контролним подацима. Непрекидна ротација и сигнали великог{3}}пропусног опсега чине приоритете контролисаном импедансом и ниским нивоом шума.
Често постављана питања
Може ли један клизни прстен преносити и струју и Етхернет?
Да. Клизни прстен може да преноси напајање и Етхернет заједно када су унутрашњи распоред, контактни систем, провод каблова и заштита дизајнирани за потребну брзину преноса података и електрично окружење.
Може ли клизни прстен да преноси Гигабит Етхернет?
Може. Гигабитним везама су потребне импедансно{1}}контролисане, заштићене упредене парице на наменским контактима, удаљене од струјних и склопних кола, са оклопом кабла који се преноси кроз прстен. Са тим на месту, пуна гигабитна пропусност кроз континуирану ротацију је достижна.
Да ли струјна и дата кола морају бити одвојена унутар клизног прстена?
У већини комбинованих дизајна, да. Раздвајање смањује ЕМИ, преслушавање и изобличење сигнала. Колико раздвајања зависи од нивоа снаге, типа сигнала и расположивог простора.
Како спречити сметње сигнала у клизном прстену?
Кроз слојевити приступ: физички размак између струјних и сигналних прстенова, оклопљени каблови са непрекидним штитовима, наменска уземљена или оклопљена кола, осетљиво груписање кола и, где је потребно, одвојени модули или РФИ баријере.
Да ли су етернет клизним прстеновима потребни заштићени упредени парови?
За поуздани-Етернет велике брзине близу струје или у бучној машини, заштићени упредени парови су сигуран избор, а штит треба да се настави кроз ротирајући интерфејс. Кратке везе ниске{2}}брзине у чистим окружењима понекад могу да користе незаштићене парове, али одлука треба да прати протокол, ЕМИ ризик и метод уземљења.
Шта узрокује губитак података у клизном прстену?
Уобичајени узроци укључују ЕМИ спајање из струјних кола, преслушавање између канала, неусклађеност импедансе, поломљени или неправилно завршени штитови, шум контакта{0}}отпорности током ротације и рутирање које поставља линије података преблизу извора шума. Већина се приказује као ЦРЦ грешке, ретрансмисије, подрхтавање кодера или повремени прекиди.
Да ли су ми увек потребни оклопљени каблови?
Не увек. Оклопљени каблови су најважнији у електричним бучним окружењима или када остатак система већ користи оклопљене каблове. Засновати одлуку на протоколу, ЕМИ ризику, методу уземљења и општим системским захтевима.
Када треба да изаберем прилагођени клизни прстен?
Изаберите прилагођено када апликација комбинује велике{0}}нане и осетљиве податке, има ограничен простор или посебну монтажу, суочава се са тешким условима или јој је потребна строга поузданост сигнала. Ако је било који појединачни захтев необичан, прилагођени дизајн је обично пут нижег{2}}ризика.
Кеи Такеаваис
Клизни прстенови за напајање и податке омогућавају машини да пропушта електричну енергију и комуникационе сигнале кроз континуирану ротацију у једном интегрисаном склопу. Поуздане перформансе не долазе од додавања кола. То долази од пројектовања склопа око изолације сигнала, заштите, уземљења, распореда, механичких ограничења и стварног радног окружења, а затим провере резултата кроз тестирање.
За једноставне послове може бити довољан стандардни клизни прстен. За сигнале мешовитог напајања, етернета, ЦАН магистрале, видео сигнала, енкодера или сензора, наменски{1}}уграђен дизајн смањује ризик интеграције и побољшава-дугорочну поузданост. Прво дефинишите своју снагу, протоколе, механички омотач, окружење и стратегију уземљења; са правом спецификацијом, априлагођено решење за клизни прстенможе дати чисту, компактну и поуздану ротирајућу везу за захтевну опрему.