Drsni obroč za napajanje in podatke prenaša tako električno energijo kot komunikacijske signale preko vrtljivega zgloba, tako da se stroj lahko neomejeno vrti in nikoli ne zvija svojih kablov. Kratek odgovor na običajno vprašanje je pritrdilen: en sklop lahko nosi oboje. O tem, ali deluje na terenu, ne odloča število vezij. Tako so napajalne in signalne poti urejene, zaščitene, ozemljene in speljane znotraj tega enega vrtljivega vmesnika.
Moč in podatki se obnašajo zelo različno. Napajalni obroč lahko prenaša na desetine amperov ali se vklaplja in izklaplja prek motornega pogona, medtem ko par gigabitnega etherneta prenaša milivoltne-nivojske prehode, ki so odvisni od stabilne impedance. Če jih postavite preblizu brez prave zasnove, se simptomi pokažejo kot napake CRC, izpuščeni paketi, skokovita števila kodirnikov, analogni odčitki, ki se premikajo, ali prekinjena komunikacija, ki jo je težko reproducirati na klopi. Zanesljiv kombinirani drsni obroč je zgrajen na podlagi vrste signala, ravni toka in napetosti, hitrosti vrtenja, delovnega cikla, ozemljitve, oklopa, napeljave kablov in resničnega delovnega okolja.
Ali lahko en drsni obroč prenaša moč in podatke?
ja Pravilno zasnovan sklop lahko združi moč in podatke v enem vrtljivem vmesniku. Odvisno od dobavitelja boste videli, da se to imenuje napajalni in podatkovni drsni obroč, kombinirani napajalni in signalni drsni obroč ali preprosto drsni obroč po meri, izdelan za mešano napajanje in komunikacijo.
Združevanje obeh ni isto kot dodajanje več vezij. Napajalni obroči lahko prenašajo višji tok, višjo napetost ali preklopni hrup iz pogonov in kontaktorjev. Signalna vezja pogosto potrebujejo stabilno impedanco, nizek kontaktni šum, zaščito in oddaljenost od teh virov hrupa. En sam sklop obročev mora zadovoljiti obe zahtevi hkrati.
Kombinirana zasnova je običajno prava izbira, ko:
- stroj potrebuje neprekinjeno, neomejeno vrtenje;
- moč in komunikacija morata potekati skozi isto os;
- zvijanje ali zvijanje kablov ni sprejemljivo;
- ni prostora za dva ločena rotacijska zgloba; oz
- en sam integriran sklop poenostavi ožičenje in servis.
Običajne aplikacije vključujejo industrijske robote in indeksirne mize, stroje za pakiranje in zavijanje, žerjave in vrtljive ploščadi, radarske in antenske pozicionerje, pan-nagibne nadzorne glave in portale za medicinsko slikanje.
Zakaj je treba napajalna in podatkovna vezja skrbno ločiti
Napajanje in podatki si lahko delijo en drsni obroč, vendar ju nikoli ne bi smeli obravnavati na enak način. Večina truda pri oblikovanju je namenjena zaščiti signalne poti pred električnim šumom, ki ga ustvarja močna pot.
EMI in RFI iz napajalnih vezij
Visoko{0}}tokovni obroči, motorni pogoni, pogoni s spremenljivo frekvenco (VFD), solenoidi in stikalni napajalniki vsi sevajo in prevajajo elektromagnetne motnje. VFD preklapljanje na več kilohercev na primer vbrizga širokopasovni šum na bližnje vodnike. Če si občutljiva podatkovna linija deli prostor s tem vezjem, se lahko hrup vključi in pokvari signal.
Posledica je odvisna od tega, kje sedi drsni obroč. V tihem laboratorijskem instrumentu lahko majhna motnja ostane neopažena. Na krmilni-osi gibanja poleg pogona lahko enaka motnja pomeni okvirje CAN, ki ne dosežejo svoje kontrolne vsote, ponovne prenose etherneta, ki dušijo pretok, robove kodirnika, ki trepetajo, ali krmilnik, ki odpove sredi-cikla.
Preslušavanje med kanali
Preslušavanje je uhajanje energije iz enega tokokroga v sosednjega. Najpomembneje je, če so napajalni vodniki, ethernetni pari, kodirne linije, analogni vodi in krmilne žice zapakirani v kompakten vrteč se sklad. Dobra praksa ga zmanjša s fizičnimi razmiki, združevanjem podobnih vezij skupaj, zaščito, čisto ozemljitvijo in namenskimi potmi za najbolj občutljive signale. Naše opombe opreprečevanje preslušavanja med kanalipoglobite se v postavitev, vendar je načelo preprosto: ločite agresorje od žrtev in dajte vsakemu ščitu določeno povratno pot.
Različni signali imajo različne zahteve
Vsaka podatkovna linija ni enako ranljiva. Diskretni signal za vklop/izklop dopušča pogoje, ki bi uničili povratne informacije natančnega kodirnika ali Gigabit Ethernet. Gigabit Ethernet, ki ga definiraDružina standardov IEEE 802.3, je odvisno od celovitosti sukanega para in nadzorovane impedance, medtem ko je vodilo CAN, standardizirano kotISO 11898, se opira na stabilno diferencialno signalizacijo. Zato je treba drsni obroč določiti glede na vrsto signala in ciljno zmogljivost, ne samo glede na število tokokrogov. Konkretno za podatkovno stran, našVodilo z drsnim obročem Ethernetzajema praktične podrobnosti.
| Vrsta signala | Ključna skrb za oblikovanje | Priporočen pristop z drsnim obročem |
|---|---|---|
| Gigabit Ethernet | Celovitost zvitega para, približno 100 Ω impedanca, vstavljena in povratna izguba | Zaščiteni, impedančno-nadzorovani pari na namenskih-hitrih kontaktih, ločeni od napajalnih obročev |
| CAN vodilo / RS-485 | Čisto diferencialno signaliziranje, približno 120 Ω zaključek, šum skupnega-načina | Prepleteni pari so ostali skupaj, izolirani od stikalnih tokokrogov, ščit prepeljan skozi |
| Povratne informacije kodirnika | Tresenje robov in napačno štetje zaradi povezanega šuma | Zaščiteni pari, kratka čista pot, definirana zaščitna ozemljitev |
| Analogni senzor (mV, 4–20 mA) | Prenos napetosti in hrup-upora kontakta | Nizko{0}}zlato-na-zlatih kontaktih, oklop, oddaljenost od napajanja |
| Video / HD-SDI | Nadzorovana impedanca blizu 75 Ω, nizke izgube, zadostna pasovna širina | Koaksialni ali impedančno-usklajeni kanali na namenskih kontaktih |
| Diskretni V/I/nadzor nizke-hitrosti | Na splošno robusten | Običajno zadoščajo standardni signalni obroči |
Praktični zaključek:poimenujte vsak protokol in njegovo hitrost prenosa podatkov, preden kdo prešteje zvonjenja. Protokol poganja vrsto kontakta, zaščito in notranjo postavitev.
Metode načrtovanja za združevanje moči in podatkov
Zanesljiv kombinirani drsni obroč skoraj vedno uporablja več kot eno zaščitno metodo skupaj. Katera kombinacija ustreza, je odvisno od ravni moči, vrste signala, razpoložljivega prostora in zahtevane življenjske dobe.
- Fizična ločitev znotraj sklopa obročev.Najosnovnejša metoda je, da -zmogljive obroče držite stran od signalnih obročev, združite podobna vezja in jih usmerite po ločenih notranjih poteh. Razdalja zmanjša spenjanje. V kompaktnih sklopih, kjer je malo prostora, imajo druge spodnje metode večjo obremenitev.
- Oklopljeni kabli.Ko komunikacijske linije potekajo v bližini motorjev, pogonov ali-napajalnih napeljav, kabelski oklop preprečuje motnje v signalnih vodnikih. Oklop znotraj drsnega obroča se mora ujemati s preostalim delom naprave: če sistem uporablja oklopljene kable zunaj obroča, se mora pot oklopa običajno nadaljevati skozi vrtljivi vmesnik. Naš pregled nadzaščitne rešitve za zanesljiv prenos signalasprehodi skozi možnosti.
- Namenska ozemljitvena in oklopna vezja.Drsni obroč lahko vključuje obroče, rezervirane za kontinuiteto ozemljitve ali oklopa, ki upravljajo razmerje med oklopom kabla, ozemljitvijo opreme in vrtečo se strukturo. Šibak načrt ozemljitve lahko izniči prednost zaščite ali ustvari nov hrup, zato ga je treba načrtovati, ne priviti.
- Ločena jedra ali signalni moduli.Za zahtevna dela lahko sklop uporablja ločena jedra ali notranje module: en del za napajanje, drugi za komunikacijo. To zagotavlja močnejšo izolacijo kot en skupni sklad in ustreza visokemu toku, visoki napetosti ali nizki toleranci za napake.
- RFI pregrade, ločilne plošče in zaprti deli.Ne{0}}prevodni separatorji, notranje oklopne plošče ali zaprti signalni deli izolirajo komunikacijske kanale od napajanja. V večjih sklopih je majhen signalni drsni obroč včasih nameščen znotraj ohišja večjega močnostnega drsnega obroča, tako da podatkovna vezja ostanejo zaščitena.
Praktični zaključek:za mešano moč-toka in visoko{1}}hitrost podatkov pričakujte kombinacijo ločevanja, zaščite in ozemljitve, namesto da se zanašate na posamezen trik.
Kako določiti drsni obroč za napajanje in podatke
Poznavanje metod oblikovanja je ena stvar; spremeniti stroj v jasno specifikacijo je drugo. Teh pet korakov popelje zahtevo od "potrebujemo napajanje in Ethernet" do nečesa, kar lahko inženir citira brez ugibanja.
- Določite močnostna vezja.Seznam napetosti, toka, izmeničnega ali enosmernega toka, neprekinjene ali občasne obremenitve, vklopnega ali koničnega toka in kaj posamezno vezje poganja (motor, grelnik, razsvetljava, krmiljenje). Hrupna ali visoko{1}}tokovna vezja bodo morda potrebovala večji razmik, večje vodnike ali drugačne kontaktne materiale.
- Identificirajte vsak signalni protokol.Navedite protokol in njegov cilj, ne le "podatke". Na primer: 10/100 Mbps ali Gigabit Ethernet, vodilo CAN, RS-485, RS-232, USB, HD-SDI, kodirnik, analogni ali diskretni V/I, plus impedanca, oklop, vrsta konektorja in skupna dolžina kabla na obeh straneh obroča.
- Ocenite EMI in hrupno okolje.Upoštevajte bližnje pogone, motorje, varilce, stikalne naprave in dolge kable. Bolj ko je lokacija električno sovražna, več zaščite in ločitve potrebuje zasnova, tudi če je seznam vezij videti kratek.
- Potrdite mehansko ovojnico.Navedite premer izvrtine ali gredi, omejitve zunanjega premera in višine, vzorec namestitve, hitrost in smer vrtenja, delovni cikel, pričakovano življenjsko dobo in smer izhoda kabla. Kompakten stroj pogosto potrebuje zelo drugačno rešitev od sklopa velikih-izvrtin.
- Preglejte oklop, ozemljitev, testiranje in okolje.Določite kontinuiteto oklopa, način ozemljitve naprave, preverjanje, ki ga pričakujete, in okoljske cilje, vključno z oceno IP. TheKoda IP, opredeljena v IEC 60529stopnja zaščite pred prahom in vodo; naš razlagalec nadrsni obroč IP oceneprikazuje, kaj posamezna številka pomeni v praksi.
| Kategorija | Informacije, ki jih je treba vključiti v zahtevo |
|---|---|
| Močnostni tokokrogi | Napetost, tok, izmenični ali enosmerni tok, zagon, neprekinjeno ali občasno, vrsta obremenitve |
| Podatki in signali | Vsak protokol, hitrost prenosa podatkov, oklopljen ali neoklopljen, vrsta priključka, dolžina kabla pred in za obročem, sprejemljiva stopnja napak |
| Mehanski | Premer izvrtine ali gredi, OD in omejitve višine, montažni vzorec, hitrost in smer vrtenja, delovni cikel, pričakovana življenjska doba, izhod kabla |
| okolje | Notranji ali zunanji, ciljna ocena IP, temperaturno območje, vibracije in udarci, izpostavljenost prahu, vodi, olju ali kemikalijam, korozija ali potrebe po nevarnem-območju |
Standard v primerjavi z drsnimi obroči za napajanje in podatke po meri
Standardni drsni obroč lahko deluje, če ima aplikacija enostavna napajalna vezja, nizke-hitrosti signalov, zmerno vrtenje in čisto električno okolje. Izdelki s--polic skrajšajo dobavni čas in stroške, ko se zahteve ujemajo z obstoječo zasnovo. Ko morajo moč in občutljivi podatki deliti isto os, se zasnova po meri običajno povrne z zanesljivostjo. Spodnja tabela povzema, kje vsak ustreza, in našo primerjavostandardni v primerjavi z drsnimi obroči po meripodrobneje obravnava kompromise-.
| Faktor | Standardni drsni obroč lahko zadostuje | Dizajn po meri je običajno boljši |
|---|---|---|
| Moč | Nizka do zmerna, čista oskrba | Visok tok plus VFD ali preklopne obremenitve |
| podatki | Nizko{0}}diskretni ali serijski | Gigabit Ethernet, HD video, natančni kodirniki |
| Zmešajte | Samo napajanje ali samo podatki | Visoki tok in občutljivi podatki skupaj |
| ovojnica | Standardna izvrtina, OD in namestitev | Tesna ali ne{0}}standardna izvrtina, pritrditev ali izhod kabla |
| okolje | Notranji, čisti, suhi | Zunaj, spiranje, prah, korozija ali nevarno območje |
| Dolžnost | Lahka ali občasna uporaba | Visok delovni cikel, dolga zahtevana življenjska doba |
| Toleranca napak | Sprejemljivi občasni ponovni poskusi | Nizka toleranca za osip ali napake CRC |
Praktični zaključek:če le ena vrstica pristane v desnem-stolpcu, obravnavajte projekt kot po meri in ga ustrezno določite.
Inženirski pregled in testiranje
Specifikacija je vredna toliko, kolikor je vredno preverjanje za njo. Preden kombinirani napajalni in podatkovni drsni obroč začne delovati, je treba zasnovo dokazati in ne domnevati. Običajni pregled preveri:
- Kontinuiteta in kontaktni uporna vsakem krogu, vključno s tem, kako se upor obnaša med vrtenjem;
- Izolacijska upornostmed vezji in do ohišja;
- Dielektrična (hi-pot) trdnostpri nazivni napetosti z rezervo;
- Celovitost signalana podatkovnih kanalih, kot so bit-napake ali preverjanja paketov pri delovni podatkovni hitrosti;
- Preizkušanje življenjske dobe vrtenjapri pričakovani hitrosti in delovnem ciklu; in
- Ocena EMI/EMCko si moč in-podatki visoke hitrosti delijo sklop.
Če želite videti, kaj ti pregledi vključujejo, si oglejte naš potekzajema običajne metode.
Reprezentativni terenski primer: inšpekcijski gramofon je vodil kamero Gigabit Ethernet in 24 V motorno vezje skozi isti kompaktni drsni obroč. Preizkusi so bili uspešni, toda v proizvodnji je povezava občasno padla, ko se je pogon dvignil. Popravek ni bil več vezij. Ethernetni par je bil premaknjen na zaščitene, impedanco-nadzorovane kontakte na nasprotni strani sklada od obroča motorja, oklop kabla pa je bil skozi namenski obroč speljan do ozemljitve ohišja. Napake paketov so izginile. Vzorec se pogosto ponavlja: mešane napake-in-podatkov so običajno težave s postavitvijo, oklopom in ozemljitvijo, ne težave s-vezjem.
Primeri aplikacij
Robotika in tovarniška avtomatizacija
Robotski spoji, indeksne mize in avtomatizirane inšpekcijske celice rutinsko prenašajo moč, nadzor, Ethernet in povratne informacije senzorjev skozi vrtljivo os. Kombinirani drsni obroč odpravlja zvijanje kabla in omogoča neprekinjeno gibanje. Običajni izziv tukaj je visoko število ciklov v kombinaciji z nizko toleranco za osip komunikacije.
Žerjavi in težka oprema
Žerjavi, vrtljive ploščadi in gradbeni stroji napajajo luči, krmilne elemente, kamere in upravljalne sisteme. Ta mesta dodajajo vibracije, izpostavljenost na prostem in močan električni šum, kar potiska zasnovo k robustnim ohišjem, tesnjenju in skrbni ozemljitvi oklopa.
Medicinski in slikovni sistemi
Portali za slikanje in podobna oprema zahtevajo kompaktno velikost, gladko vrtenje in čist prenos podatkov, saj lahko prekinitev signala vpliva na sliko ali meritev. Te zgradbe dajejo prednost stikom z nizkim -šumom in konzervativnim mejam testiranja; glejte naš vodnik zaDrsni obročki za medicinske pripomočkeza posebne omejitve.
Nadzorni, radarski in rotacijski senzorji
Nagibne-glave, radarski podstavki in vrtljivi paketi senzorjev združujejo napajanje z videom, ethernetom, RF-povezanimi signali ali kontrolnimi podatki. Zaradi neprekinjenega vrtenja in signalov z visoko-pasovno širino sta prednostni nalogi nadzorovana impedanca in nizek hrup.
Pogosto zastavljena vprašanja
Ali lahko en drsni obroč prenaša moč in ethernet?
ja Drsni obroč lahko skupaj prenaša napajanje in Ethernet, če so notranja postavitev, kontaktni sistem, napeljava kablov in oklop zasnovani za zahtevano hitrost prenosa podatkov in električno okolje.
Ali lahko drsni obroč prenaša Gigabit Ethernet?
Lahko. Gigabitne povezave potrebujejo impedanco-nadzorovane, oklopljene sukane parice na namenskih kontaktih, ki so ločene od napajalnih in preklopnih vezij, pri čemer je oklop kabla speljan skozi obroč. S tem je dosegljiva polna gigabitna prepustnost z neprekinjenim vrtenjem.
Ali je treba napajalna in podatkovna vezja ločiti znotraj drsnega obroča?
V večini kombiniranih modelov, da. Ločevanje zmanjša EMI, preslušavanje in popačenje signala. Kolikšna ločitev je odvisna od ravni moči, vrste signala in razpoložljivega prostora.
Kako preprečite motnje signala v drsnem obroču?
Z večplastnim pristopom: fizični razmik med napajalnimi in signalnimi obroči, oklopljeni kabli z neprekinjenimi oklopi, namenska ozemljitvena ali oklopna vezja, smiselno združevanje vezij in, kjer je potrebno, ločeni moduli ali ovire RFI.
Ali Ethernet drsni obroči potrebujejo oklopljene sukane parice?
Za zanesljiv-ethernet visoke hitrosti v bližini napajanja ali v hrupnem stroju so varna izbira oklopljeni sukani pari, oklop pa je treba nadaljevati prek vrtljivega vmesnika. Kratke,-hitrostne povezave v čistih okoljih lahko včasih uporabljajo nezaščitene pare, vendar mora odločitev slediti protokolu, tveganju EMI in metodi ozemljitve.
Kaj povzroča izgubo podatkov v drsnem obroču?
Pogosti vzroki vključujejo sklopitev EMI iz napajalnih tokokrogov, preslušavanje med kanali, neusklajenost impedance, zlomljene ali nepravilno zaključene oklope, hrup -upora kontakta med vrtenjem in usmerjanje, ki postavlja podatkovne linije preblizu virom šuma. Večina se pokaže kot napake CRC, ponovni prenos, tresenje kodirnika ali občasni izpadi.
Ali vedno potrebujem oklopljene kable?
Ne vedno. Oklopljeni kabli so najpomembnejši v okoljih z električnim hrupom ali ko preostali sistem že uporablja oklopljene kable. Odločitev temelji na protokolu, tveganju EMI, metodi ozemljitve in splošnih sistemskih zahtevah.
Kdaj naj izberem drsni obroč po meri?
Izberite po meri, ko aplikacija združuje moč-in občutljive podatke, ima omejen prostor ali posebno namestitev, se sooča s težkimi pogoji ali potrebuje strogo zanesljivost signala. Če je katera koli posamezna zahteva nenavadna, je zasnova po meri običajno pot z manjšim-tveganjem.
Ključni zaključki
Napajalni in podatkovni drsni obroči omogočajo, da stroj prenaša električno energijo in komunikacijske signale z neprekinjenim vrtenjem v enem integriranem sklopu. Zanesljivo delovanje ne izhaja iz dodajanja vezij. Izhaja iz oblikovanja sklopa okoli izolacije signala, oklopa, ozemljitve, postavitve, mehanskih omejitev in resničnega delovnega okolja, nato pa se rezultat preveri s testiranjem.
Za enostavna dela lahko zadostuje standardni drsni obroč. Za mešano napajanje, Ethernet, vodilo CAN, video, kodirnik ali senzorske signale namensko{1}}zgrajena zasnova zmanjša tveganje integracije in izboljša-dolgoročno zanesljivost. Najprej določite svojo moč, protokole, mehansko ovojnico, okolje in strategijo ozemljitve; s pravo specifikacijo, arešitev drsnega obroča po merilahko zagotovi čisto, kompaktno in zanesljivo rotacijsko povezavo za zahtevno opremo.