Сензор положаја клизног прстена: који тип одабрати?

Сензор положаја клизног прстена је ротирајући електрични склоп који преноси снагу и сигнале кроз континуирану ротацију од 360 степени, а истовремено извештава о угаоном положају ротирајуће структуре контролном систему. У већини ротирајућих машина, одржавање спојених кола је само половина захтева. Контролор такође треба да зна где се налази стрела, сто или купола, да ли је достигао почетни положај и да ли се приближава дефинисаној граници.

Ова комбинована функција чини сензор положаја клизног прстена кључном компонентом у дизалицама, окретним платформама, ротирајућим индексним столовима, мобилној опреми, линијама за паковање и другим ротирајућим системима. У зависности од захтева за прецизност и интеграцију, елемент повратне спреге може да буде распоред брегастог-и-прекидача, ротациони потенциометар или интегрисани енкодер, укључујући инкременталне, апсолутне, ЦАНопен или САЕ Ј1939 верзије.

Овај водич објашњава како функционишу сензори положаја клизног прстена, где сваки тип одговара, како да одредите један за своју опрему и шта да припремите пре него што затражите прилагођену понуду.

Шта је сензор положаја клизног прстена?

A стандардни клизни прстенпреноси електричну снагу, контролне сигнале или податке између стационарног оквира и ротирајућег дела, спречавајући да се каблови уврћу током континуиране ротације. Сензор положаја клизног прстена чини ово још корак даље: интегрише угаону повратну информацију у исти ротирајући склоп.

Комбинована јединица даје контролном систему три ствари одједном:

• Непрекидна електрична веза преко ротационог интерфејса
• Подаци о угаоној позицији упућени на осу ротације
• Један механички отисак, који штеди простор у окретном центру

У пракси, клизни прстен управља круговима док интегрисани сензор извештава о кућном пулсу, граничном сигналу, аналогном углу или дигиталном апсолутном положају, у зависности од дизајна.

Клизни прстен у односу на сензор положаја клизног прстена: у чему је разлика?

Обичан клизни прстен носи само кола. Може да преноси наизменичну или једносмерну струју, ниско-контролно ожичење ниског напона, аналогне сигнале, Етхернет, ЦАН магистралу или мешовите линије напајања{2}}и-сигнала. Нема свест о угаоном положају.

Сензор положаја клизног прстена комбинује исти електрични пренос са елементом повратне спреге тако да ротирајућа страна машине пријављује свој угао контролеру. Ово је важно када неконтролисана ротација може проузроковати грешке у процесу, ризик од судара или оштећење опреме. Дизалица треба да зна угао закретања стреле. Индексна табела треба да се заустави на прецизној станици. Мобилна платформа мора да успори пре него што стигне до зоне -забране кретања. Ниједан од ових задатака се не може решити обичним клизним прстеном.

Када вам је потребна повратна информација о позицији у ротацији од 360 степени?

Повратна информација о положају је оправдана кад год је машини потребно више од континуиране електричне везе. Три сценарија покривају већину апликација.

Дефинисање безбедних радних зона

Код дизалица, дизалица и мобилних машина, повратне информације о положају подржавају функције контролног{0}}система које упозоравају руковаоца, смањују брзину или заустављају ротацију када се машина приближава ограниченој области као што је зграда, далековод или граница против-судара. Повратна информација о положају подржава ове контролне функције, али не замењује комплетан безбедносни систем машине. Безбедносна{4}}заустављања, надгледана ограничења и функције за хитне случајеве морају бити пројектоване у складу са важећим стандардима безбедности машина.

Поновљива контрола процеса

Столови за индексирање, машине за паковање, станице за пуњење и линије за намотавање често морају да се зауставе под тачним угловима или покрену акцију у одређеној тачки ротације. Једноставан кућни прекидач управља једним положајем. Инкрементални или апсолутни енкодер је неопходан када је укључено више станица, програмибилне задате вредности или синхронизовано кретање.

Повратне информације оператера и ХМИ

Подаци о позицији такође приказују екране оператера. Приказивање стварног угла стреле, столне станице или курса куполе смањује нагађање, побољшава време циклуса и помаже оператеру да избегне процедуралне грешке током дугих смена.

Како функционише сензор положаја клизног прстена

Склоп обавља две функције на истом ротирајућем интерфејсу.

Први је електрични пренос. Четке, контактни прстенови или путеви влакана преносе струју и сигнале између статора и ротора. Комбинација канала зависи од апликације и може да укључује јаку-струјну снагу, нисконапонску-логику, аналогне сензорске линије, Етернет парове или ЦАН магистралу. Правилнодизајн канала и изолацијасу критичне када се мешају струјна и осетљива сигнална кола у једном кућишту.

Друга функција је откривање угла. Елемент повратне спреге је механички референциран на осу ротације тако да његов излаз представља прави угао ротирајуће структуре. Принцип сензора одређује тип излаза:

• Брегаста плоча активира један или више прекидача под фиксним угловима, производећи сигнале за укључивање/искључивање
• Потенциометар мења отпор или напон пропорционално углу осовине, производећи аналогни сигнал као што је 0–10 В, 4–20 мА или рациометријски отпор
• Енкодер претвара ротацију у дигиталне импулсе (инкременталне) или кодиране угаоне вредности (апсолутне) и може да даје излаз преко РС-485, ЦАНопен, САЕ Ј1939 или других индустријских протокола

Главни типови сензора положаја клизног прстена

Повратне информације о брегастој плочи и прекидачу

Најједноставнији дизајн користи обликовану гредицу која се ротира са склопом и покреће један или више механичких или близинских прекидача под унапред подешеним угловима. Излаз је дискретни сигнал за укључивање/искључивање.

Изаберите ову опцију када:

• Машини је потребан само дом,{0}}крај-путовања или детекција зоне
• Контролер има дигиталне улазе и нема потребе за континуираним подацима о угловима
• Буџет и једноставност надмашују резолуцију

Не бирајте ову опцију када су контролеру потребни угаони подаци било где ван тачака искључења прекидача, или када пуштање у рад захтева репрограмабилне задате вредности. Једном када се зупчаница исече, угао кретања је фиксиран осим ако се брега поново не обради.

Повратне информације{0} засноване на потенциометру

Ротациони потенциометар обезбеђује непрекидну аналогну повратну везу у дефинисаном опсегу углова. Излаз је типично сигнал петље напона, отпора или струје, који већина ПЛЦ-ова и машинских контролера може читати директно преко аналогног улазног модула.

Повратна информација потенциометра одговара апликацијама као што су основни приказ замаха крана, индикација угла оператера, опрема у стилу џојстика-и јефтина-угаона повратна информација у сувим затвореним окружењима. Многи дизајни покривају ограничен опсег (често мањи од 360 степени), тако да потврдите употребљиви угаони распон пре него што наведете.

Имајте на уму три компромиса{0}}. Контакти брисача се временом троше, посебно при великом броју циклуса. Дуги аналогни рад у електричним бучним окружењима захтевају оклопљени кабл и пажљиво уземљење да би очитавање било чисто. Калибрација је потребна за мапирање сирове производње у инжењерске јединице. За спољну мобилну опрему са вибрацијама, влагом и електромагнетским зрачењем, кодер је обично трајнији избор.

Повратне информације засноване на кодеру{0}

Енкодер претвара ротацију у дигиталне податке. То је прави избор када су контролеру потребне поновљиве угаоне вредности, програмабилна ограничења или мрежна комуникација. Кодери се деле у две главне породице:

• Инкрементални енкодериизлазни импулси (А, Б и често З индекс) док се осовина окреће. Они дају релативно кретање и захтевају кућну рутину након сваког укључивања-да би се успоставила апсолутна референца. Добро за детекцију брзине, синхронизацију покрета и апликације које се отварају при покретању.
• Апсолутни енкодеридаје јединствену дигиталну вредност за сваку угаону позицију, која се задржава кроз циклусе напајања. Једноокретне{1}} верзије покривају 0–360 степени; више-верзије са више окрета такође рачунају комплетне обртаје. Изаберите апсолутно када опрема мора да зна своју позицију одмах након-укључења, што је уобичајено код дизалица, телескопских кракова и мобилних машина на отвореном.

За мобилну и{0}}опрему засновану на возилима, апсолутни енкодер саЦАНопенилиСАЕ Ј1939излаз се чисто интегрише у постојећу мрежу возила. ЦАНопен је чешћи у индустријској аутоматизацији, док Ј1939 доминира тешком-мобилном опремом, пољопривредним машинама и грађевинским возилима. Избор погрешног протокола неће само закомпликовати интеграцију; може принудити замену контролера.

Уобичајене примене сензора положаја клизног прстена

Дизалице и опрема за дизање

Дизалице су једна од апликација{0}}са највећим обимом јер је ротирајућој надградњи потребан и непрекидан пренос снаге и повратна информација о углом заокрета. Клизни прстен са интегрисаним апсолутним енкодером обично се налази у центру окретног прстена, деле исту вертикалну осу. Сигнал положаја напаја индикатор момента оптерећења, зоне против-колизије и ХМИ оператера. А посвећенакран клизни прстен са повратном информацијом о положајуобично комбинује -струјна струјна кола, ниско-контролу напона и излаз енкодера у једном кућишту. Спољашња инсталација, вибрације, колебање температуре и смер излаза кабла утичу на дизајн.

Ротациони столови, индексне и монтажне ћелије

Ротационе платформе за индексирање захтевају тачне позиције заустављања. Гребеначки прекидач може бити довољан за груби кућни пулс, али апсолутни енкодер је практичан избор за столове са више-станица где контролер треба да потврди активну станицу пре него што покрене пресовање, заваривање или бирање-и-секвенце.Поуздане перформансе клизног прстена у аутоматизованим производним линијамазависи колико од интегритета сигнала толико и од самог избора енкодера.

Подизне платформе, телескопски утоваривачи и грађевинска опрема

Гране, корпе и додаци постављени на куполу{0}}на мобилним машинама обично раде на контролној архитектури заснованој на ЦАН{1}}у. Интегрисани клизни прстен са Ј1939 апсолутним енкодером природно се уклапа у мрежу возила, даје прорачун безбедног радног омотача и извештава о оријентацији на дисплеју оператера. Многиклизни прстенови за подизање радних платформису специфицирани са више-апсолутним кодерима из тог разлога.

Линије за паковање, намотавање и пуњење

Синхронизација са циклусима сечења, пуњења, означавања или умотавања захтева поновљиве угаоне референце. Инкрементални енкодери добро функционишу када се линија покрене при покретању; апсолутни енкодери избегавају рутину покретања и брже се опорављају након заустављања.

Поморска, приобална и комунална опрема

Слани спреј, испирање, излагање УВ зрачењу и континуиране вибрације отежавају изборе дизајна: виши ИП рејтинг, запечаћени конектори, кућишта отпорна на{0}}корозију и технологија повратне информације о положају која не зависи од контаката за брисање. Погледајте наИЕЦ стандард ИП рејтингапри усклађивању нивоа заштите кућишта са стварним радним окружењем.

Како одабрати прави сензор положаја клизног прстена

1. Дефинишите шта контролор мора да зна

Почните од контролне логике, а не од каталога сензора. Питајте: да ли машина само треба да зна да је стигла кући, или јој је потребан угао било где у ротацији? Да ли мора да зна позицију одмах при-паљењу? Да ли функција подржава сигурносну зону или само екран оператера? Одговор указује на прекидач, потенциометар, инкрементални енкодер или апсолутни енкодер пре него што се расправља о било ком другом параметру.

2. Ускладите излаз са контролером

Елемент повратне информације мора говорити језиком контролора. Потврди:

• Ниво напона и тип сигнала (дигитални улаз, аналогни улаз, бројач кодера, порт сабирнице)
• Протокол (ЦАНопен, Ј1939, ССИ, Модбус, ЕтхерЦАТ) када је дигитално
• Резолуција, укључујући битове по обртају и број обртаја за апсолутно више{0}}окрета
• Тип кабла, заштита и максимална дужина

3. Одредите тачност, резолуцију и поновљивост

Прецизност је колико је читање близу правог угла. Резолуција је најмањи прираст који излаз може да представи. Поновљивост је да ли исти физички угао производи исто очитавање након много циклуса. За праћење оптерећења, спречавање-судара и индексирање, поновљивост је важнија од апсолутне тачности. За приказ основног угла прихватљива је нижа резолуција.

4. Потврдите механички омотач и монтажу

Елемент повратне информације мења отисак склопа. Потврди:

• Доступна висина, спољашњи пречник и пролазни{0}}отвор
• Величина осовине или шупљег{0}}проврта и концентричност у односу на осокретања
• Излазни правац кабла или конектора (аксијални, радијални)
• Максимална брзина ротације у РПМ
• Нивои вибрација и удара на месту монтаже
• Приступ сервису за преглед и замену

Лоше поравнање са осом ротације је чест узрок превременог хабања и бучних сигнала, посебно код накнадних инсталација.

5. Ускладите радно окружење

Спецификација животне средине утиче на избор кућишта, заптивања и материјала. Узмите у обзир прашину, уљну маглу, прскање хидрауличке течности, слани спреј, притисак испирања, опсег температуре околине, кондензацију, излагање УВ зрачењу и вибрације. Унутрашњи ИП54 дизајн неће преживети спољну инсталацију дизалице; оффсхоре окружење обично захтева најмање ИП66, заптивене конекторе и затвараче{4}}отпорне на корозију.

6. План одржавања и радног века

Потенциометри у стилу -контактних клизних прстенова и брисача{1}} имају карактеристике хабања које зависе од циклуса и струје. Бесконтактним енкодерима је обично потребна само периодична провера. За машине у којима је време застоја скупо, дајте предност дизајну који подржава брзу замену четкица, приступачне конекторе и предвидљиве прозоре за одржавање.

Уобичајене грешке које треба избегавати

Бирање сензора пре захтева контроле

Многе спецификације почињу са "треба нам енкодер" пре него што било ко потврди шта ће контролер урадити са подацима. Прво дефинишите контролну функцију; следи тип сензора.

Игнорисање компатибилности протокола

Апсолутни енкодер са погрешним протоколом је бескористан док се не замени енкодер или контролер. ЦАНопен на мрежи возила Ј1939 захтева мрежни пролаз. Увек проверите протокол, брзину преноса, опсег адреса и терминацију.

Потцењивање животне средине

Покретна опрема на отвореном, бродске дизалице и машине за прање хране захтевају заштиту животне средине дизајниране од самог почетка. Додавање заптивки или секундарног кућишта после чињенице ретко одговара поузданости правилно запечаћеног склопа. Избор измеђустандардни и прилагођени клизни прстеновичесто се своди на то да ли еколошки захтеви премашују каталошку оцену.

Третирање повратне информације о позицији као накнадне мисли

Ако се клизни прстен и сензор положаја набаве одвојено и касније монтирају, толеранције монтаже, провод каблова и изолација кола често трпе. Интегрисани дизајн избегава проблеме са коаксијалним поравнањем и скраћује саставни део.

Оптимизација само за јединичну цену

Најјефтинији метод повратних информација ретко је најнижи укупни трошак. Потенциометар који се истроши сваких 18 месеци у непрекидној примени на отвореном кошта више у застоју и замени од затвореног апсолутног енкодера који је оцењен за пун животни век опреме.

Када вам је потребан прилагођени сензор положаја клизног прстена?

A прилагођени клизни прстен са интегрисаним сензором положајаобично је оправдано када се примењује једно или више од следећег:

• Простор за инсталацију је тесан и стандардни каталошки отисак неће стати у центар окретања
• Мешовита кола су потребна у једном кућишту: јака-снага, ниско-контрола напона, Етхернет и ЦАН у истом склопу
• Контролни систем захтева посебан протокол (ЦАНопен, Ј1939, ЕтхерЦАТ) или не-нестандардну резолуцију
• Радно окружење премашује каталошке оцене (висока ИП, слани спреј, класа вибрација, екстремна температура)
• Механички интерфејс је не-стандардан (специјална прирубница, величина отвора, осовина, конектор или излаз кабла)
• Повратне информације о положају подржавају функцију безбедности машине или{0}}контроле зоне са документованим захтевима

Закључак

Сензор положаја клизног прстена омогућава ротирајућој опреми да обавља два посла преко једног ротационог интерфејса: да кола буду повезана и да извештавају где је ротирајућа структура. Избор правог дизајна почиње од контролне функције, а не од типа сензора.

Ако је контролеру потребан само кућни или гранични сигнал, брегаста плоча и прекидач су прави алат. Ако му је потребан непрекидан, али незахтеван угао за екран оператера, потенциометар може да ради. Ако су му потребни поновљиви, мрежни-спремни,-укључени-угаони подаци, посебно у спољашњој или мобилној опреми, апсолутни енкодер, често преко ЦАНопен-а или Ј1939, је практичан избор.

Пре финализације спецификације, потврдите интерфејс контролера, механички омотач у окретном центру и пун профил животне средине. Када стандардне каталошке опције не одговарају апликацији, интегрисани прилагођени склоп је обично бржи и поузданији од причвршћивања засебног сензора на постојећи клизни прстен. Следећи корак је да прегледате вашу листу кола, интерфејс контролера и монтажни цртеж са инжењерским тимом за клизне прстенове и претворите захтев у изводљив дизајн.