Senzor položaja drsnega obroča: katero vrsto izbrati?

Senzor položaja drsnega obroča je rotacijski električni sklop, ki prenaša moč in signale z neprekinjenim 360-stopinjskim vrtenjem, hkrati pa poroča o kotnem položaju vrtljive strukture nadzornemu sistemu. Pri večini rotacijskih strojev je povezava tokokrogov le polovica zahteve. Krmilnik mora tudi vedeti, kje je roka, miza ali kupola, ali je dosegel začetni položaj in ali se približuje določeni meji.

Zaradi te kombinirane funkcije je senzor položaja drsnega obroča osrednja komponenta žerjavov, vrtljivih ploščadi, vrtljivih indeksirnih miz, mobilne opreme, pakirnih linij in drugih vrtljivih sistemov. Odvisno od zahteve glede natančnosti in integracije je lahko povratni element razporeditev odmika-in-stikala, vrtljivi potenciometer ali integrirani kodirnik, vključno z inkrementalnimi, absolutnimi različicami, različicami CANopen ali SAE J1939.

V tem priročniku je razloženo, kako delujejo senzorji položaja drsnih obročev, katera vrsta ustreza, kako ga določiti za svojo opremo in kaj morate pripraviti, preden zahtevate ponudbo po meri.

Kaj je senzor položaja drsnega obroča?

A standardni drsni obročprenaša električno energijo, krmilne signale ali podatke med stacionarnim okvirjem in vrtljivim delom ter preprečuje zvijanje kablov med neprekinjenim vrtenjem. Senzor položaja drsnega obroča naredi to še korak dlje: integrira kotno povratno informacijo v isti vrtljivi sklop.

Kombinirana enota daje krmilnemu sistemu tri stvari hkrati:

• Neprekinjena električna povezava preko vrtljivega vmesnika
• Podatki o kotnem položaju glede na vrtilno os
• En sam mehanski odtis, ki prihrani prostor v vrtljivem središču

V praksi drsni obroč upravlja vezja, medtem ko integrirani senzor poroča o domačem impulzu, mejnem signalu, analognem kotu ali digitalnem absolutnem položaju, odvisno od zasnove.

Drsni obroč v primerjavi s senzorjem položaja drsnega obroča: Kakšna je razlika?

Navaden drsni obroč nosi samo vezja. Prenaša lahko izmenični ali enosmerni tok, nizko{1}}napetostno krmilno ožičenje, analogne signale, Ethernet, vodilo CAN ali mešane-in-signalne linije. Ne zaveda se kotnega položaja.

Senzor položaja drsnega obroča združuje isti električni prenos s povratnim elementom, tako da vrteča se stran stroja sporoča krmilniku svoj kot. To je pomembno, kadar bi lahko nenadzorovano vrtenje povzročilo napake v procesu, nevarnost trčenja ali poškodbe opreme. Žerjav mora poznati kot nihanja svoje roke. Indeksna tabela se mora ustaviti na točno določeni postaji. Mobilna platforma se mora upočasniti, preden doseže prepovedano-območje. Nobene od teh nalog ni mogoče rešiti z navadnim drsnim obročem.

Kdaj potrebujete povratne informacije o položaju pri 360-stopinjskem vrtenju?

Povratna informacija o položaju je upravičena, kadar stroj potrebuje več kot neprekinjeno električno povezavo. Trije scenariji pokrivajo večino aplikacij.

Določitev varnih delovnih con

Pri žerjavih, dvižnih ploščadih in mobilnih strojih povratne informacije o položaju podpirajo funkcije nadzornega-sistema, ki opozorijo upravljavca, zmanjšajo hitrost ali ustavijo vrtenje, ko se stroj približa omejenemu območju, kot je zgradba, daljnovod ali meja proti-trčenju. Povratna informacija o položaju podpira te krmilne funkcije, vendar ne nadomešča celotnega varnostnega sistema stroja. Varnostne{4}}ustavitve, nadzorovane meje in funkcije v sili morajo biti zasnovane v skladu z veljavnimi varnostnimi standardi za stroje.

Ponovljiva kontrola procesa

Indeksne mize, pakirni stroji, bencinske postaje in vijugaste linije se morajo pogosto ustaviti pod natančnimi koti ali sprožiti dejanje na določeni točki rotacije. Preprosto domače stikalo upravlja en položaj. Inkrementalni ali absolutni kodirnik je potreben, kadar je vključenih več postaj, programabilne nastavitvene točke ali sinhronizirano gibanje.

Povratne informacije operaterja in HMI

Podatki o položaju se hranijo tudi na zaslonih operaterja. Prikaz dejanskega kota roka, smeri mize ali smeri kupole zmanjša ugibanja, izboljša čas cikla in pomaga operaterju, da se izogne ​​postopkovnim napakam med dolgimi izmenami.

Kako deluje senzor položaja drsnega obroča

Sklop opravlja dve funkciji na istem vrtljivem vmesniku.

Prvi je električni prenos. Krtače, kontaktni obroči ali vlaknene poti prenašajo tok in signale med statorjem in rotorjem. Mešanica kanalov je odvisna od aplikacije in lahko vključuje visoko-tokovno moč, nizko{3}}napetostno logiko, analogne senzorske linije, ethernetne pare ali vodilo CAN. Pravilnooblikovanje in izolacija kanalaso kritični pri mešanju napajalnih in občutljivih signalnih vezij v enem ohišju.

Druga funkcija je zaznavanje kota. Povratni element se mehansko nanaša na os vrtenja, tako da njegov izhod predstavlja dejanski kot vrtljive strukture. Načelo zaznavanja določa vrsto izhoda:

• Odmična plošča sproži eno ali več stikal pod določenimi koti, kar povzroči signale za vklop/izklop
• Potenciometer spreminja upor ali napetost sorazmerno s kotom gredi, pri čemer proizvaja analogni signal, kot je 0–10 V, 4–20 mA ali razmerje upora
• Kodirnik pretvori rotacijo v digitalne impulze (inkrementalne) ali kodirane kotne vrednosti (absolutne) in lahko odda prek RS-485, CANopen, SAE J1939 ali drugih industrijskih protokolov

Glavne vrste senzorjev položaja drsnih obročev

Odmična plošča in povratne informacije stikala

Najenostavnejša zasnova uporablja oblikovano odmikalo, ki se vrti skupaj s sklopom in sproži eno ali več mehanskih ali bližinskih stikal pod vnaprej nastavljenimi koti. Izhod je diskretni signal za vklop/izklop.

To možnost izberite, ko:

• Naprava potrebuje le zaznavanje doma,-konca-poti ali območja
• Krmilnik ima digitalne vhode in ni potrebe po neprekinjenih podatkih o kotih
• Proračun in preprostost odtehtata ločljivost

Ne izberite te možnosti, ko krmilnik potrebuje kotne podatke kjer koli zunaj izklopnih točk stikala ali ko zagon zahteva reprogramabilne nastavitvene točke. Ko je odmikač odrezan, je kot izklopa fiksen, razen če je odmikač ponovno obdelan.

Povratne informacije na podlagi-potenciometra

Vrtljivi potenciometer zagotavlja neprekinjeno analogno povratno informacijo v določenem kotnem območju. Izhod je običajno signal napetosti, upora ali tokovne zanke, ki ga lahko večina PLC-jev in krmilnikov strojev prebere neposredno prek analognega vhodnega modula.

Povratne informacije potenciometra ustrezajo aplikacijam, kot so osnovni zaslon nihanja žerjava, prikaz kota upravljalnika, oprema-v slogu krmilne palice in poceni-kotne povratne informacije v suhih notranjih okoljih. Številni modeli pokrivajo omejeno območje (pogosto manj kot 360 stopinj), zato pred določitvijo potrdite uporaben kotni razpon.

Zavedajte se treh kompromisov-. Kontakti brisalcev se sčasoma obrabijo, zlasti pri velikem številu ciklov. Dolgi analogni zagoni v okolju z električnim hrupom zahtevajo oklopljen kabel in skrbno ozemljitev, da ostanejo odčitki čisti. Za preslikavo surovega izhoda v inženirske enote je potrebna kalibracija. Za zunanjo mobilno opremo z vibracijami, vlago in EMI je kodirnik običajno trajnejša izbira.

Povratne informacije-na podlagi kodirnika

Kodirnik pretvori vrtenje v digitalne podatke. Je prava izbira, ko krmilnik potrebuje ponovljive kotne vrednosti, programabilne meje ali omrežno komunikacijo. Kodirniki se delijo na dve glavni družini:

• Inkrementalni kodirnikiizhodni impulzi (A, B in pogosto indeks Z), ko se gred vrti. Omogočajo relativno gibanje in zahtevajo domačo rutino po vsaki moči-navzgor, da vzpostavijo absolutno referenco. Dobro za zaznavanje hitrosti, sinhronizacijo gibanja in aplikacije, ki se zaženejo ob zagonu.
• Absolutni kodirnikiodda edinstveno digitalno vrednost za vsak kotni položaj, ki se ohrani s cikli moči. Različice z enim-obratom pokrivajo 0–360 stopinj; različice z več-obrati štejejo tudi celotne vrtljaje. Izberite absolutno, ko mora oprema vedeti svoj položaj takoj po-vklopu, kar je običajno pri žerjavih, teleskopskih rokah in zunanjih mobilnih strojih.

Za mobilno in{0}}opremo, ki temelji na vozilih, absolutni kodirnik zCANopenozSAE J1939izhod se čisto vključi v obstoječe omrežje vozila. CANopen je pogostejši v industrijski avtomatizaciji, medtem ko J1939 prevladuje v težki-mobilni opremi, kmetijskih strojih in gradbenih vozilih. Izbira napačnega protokola ne bo samo zapletla integracije; lahko prisili zamenjavo krmilnika.

Pogoste uporabe senzorjev položaja drsnih obročev

Žerjavi in ​​dvižna oprema

Žerjavi so ena od -največjih aplikacij, ker vrteča se nadgradnja potrebuje stalen prenos moči in povratne informacije kota obračanja. Drsni obroč z vgrajenim absolutnim kodirnikom se običajno nahaja v središču vrtljivega obroča in si deli isto navpično os. Signal položaja napaja indikator momenta obremenitve, cone proti -trčenju in upravljavca HMI. Predandrsni obroč žerjava s povratno informacijo o položajuobičajno združuje -napajalna vezja visokega toka, krmiljenje nizke-napetosti in izhod kodirnika v enem ohišju. Namestitev na prostem, vibracije, nihanje temperature in smer izhoda kabla vplivajo na zasnovo.

Rotacijske mize, celice za indeksiranje in sestavljanje

Rotacijske ploščadi za indeksiranje potrebujejo natančne položaje zaustavitve. Odmično stikalo morda zadostuje za grob domači impulz, vendar je absolutni kodirnik praktična izbira za mize z več-postajami, kjer mora krmilnik potrditi aktivno postajo, preden sproži zaporedje stiskanja, varjenja ali pobiranja-in-namestitve.Zanesljivo delovanje drsnih obročev v avtomatiziranih proizvodnih linijahodvisno od integritete signala kot od same izbire kodirnika.

Dvižne ploščadi, teleskopski viličarji in gradbena oprema

Priključki, nameščeni na rokah, košarah in-na stolpih, na mobilnih strojih običajno delujejo na krmilni arhitekturi,-ki temelji na CAN. Integriran drsni obroč z absolutnim kodirnikom J1939 se naravno prilega omrežju vozila, poda izračun varne delovne ovojnice in poroča o orientaciji na prikazovalniku operaterja. velikodrsni obroči za dvižne delovne ploščaditočno iz tega razloga so določeni z več{0}}obratnimi dajalniki absolutne vrednosti.

Linije za pakiranje, navijanje in polnjenje

Sinhronizacija s cikli rezanja, polnjenja, etiketiranja ali ovijanja zahteva ponovljive kotne reference. Inkrementalni kodirniki delujejo dobro, ko se linija vrne ob zagonu; dajalniki absolutne vrednosti se izognejo rutini navajanja in si po zaustavitvi hitreje opomorejo.

Pomorska oprema za pomorstvo, morje in zunanja oprema

Solni sprej, izpiranje, izpostavljenost UV-žarkom in neprekinjeno tresenje povzročajo težje odločitve glede oblikovanja: višja ocena IP, zatesnjeni priključki, ohišja,-odporna proti koroziji, in tehnologija povratne informacije o položaju, ki ni odvisna od brisanja kontaktov. Glejte naIEC IP rating standardpri prilagajanju stopnje zaščite ohišja dejanskemu delovnemu okolju.

Kako izbrati pravi senzor položaja drsnega obroča

1. Določite, kaj mora nadzornik vedeti

Začnite s krmilno logiko, ne s katalogom senzorjev. Vprašajte: ali mora stroj samo vedeti, da je dosegel dom, ali potrebuje kot kjer koli v rotaciji? Ali mora poznati položaj takoj-ob vklopu? Ali funkcija podpira varnostno območje ali samo zaslon operaterja? Odgovor kaže na stikalo, potenciometer, inkrementalni dajalnik ali dajalnik absolutne vrednosti, preden se razpravlja o katerem koli drugem parametru.

2. Povežite izhod s krmilnikom

Povratni element mora govoriti jezik krmilnika. Potrdi:

• Raven napetosti in vrsta signala (digitalni vhod, analogni vhod, števec kodirnika, vrata fieldbus)
• Protokol (CANopen, J1939, SSI, Modbus, EtherCAT), ko je digitalen
• Ločljivost, vključno z biti na vrtljaj in številom obratov za absolutno več{0}}obrate
• Vrsta kabla, oklop in največja dolžina

3. Določite natančnost, ločljivost in ponovljivost

Natančnost je, kako blizu je odčitek pravemu kotu. Ločljivost je najmanjši prirastek, ki ga lahko predstavlja izhod. Ponovljivost je, ali isti fizični kot daje enak odčitek po številnih ciklih. Pri spremljanju obremenitve, preprečevanju-trkov in indeksiranju je ponovljivost pomembnejša od absolutne natančnosti. Za osnovni kotni prikaz je sprejemljiva nižja ločljivost.

4. Potrdite mehansko ovojnico in namestitev

Element povratne informacije spremeni odtis sklopa. Potrdi:

• Razpoložljiva višina, zunanji premer in skoznja{0}}vrtina
• Velikost gredi ali votle-izvrtine in koncentričnost glede na vrtljivo os
• Smer izhoda kabla ali konektorja (aksialno, radialno)
• Največja hitrost vrtenja v RPM
• Nivo vibracij in udarcev na mestu namestitve
• Servisni dostop za pregled in zamenjavo

Slaba poravnava glede na vrtilno os je pogost vzrok za prezgodnjo obrabo in hrupne signale, zlasti pri naknadnih vgradnjah.

5. Ujemanje z operacijskim okoljem

Okoljske specifikacije določajo izbiro ohišja, tesnjenja in materiala. Upoštevajte prah, oljno meglico, brizganje hidravlične tekočine, slano prho, tlak izpiranja, razpon temperature okolja, kondenzacijo, izpostavljenost UV-žarkom in vibracije. Notranja zasnova IP54 ne bo preživela zunanje namestitve žerjava; okolje na morju običajno zahteva najmanj IP66, zaprte konektorje in korozijsko-odporne pritrdilne elemente.

6. Načrt za vzdrževanje in življenjsko dobo

Drsni obročki-kontakta s krtačo in potenciometri-brisalcev imajo značilnosti obrabe, ki so odvisne od ciklov in toka. Brezkontaktni kodirniki običajno potrebujejo le redne preglede. Za stroje, pri katerih so izpadi dragi, dajte prednost dizajnom, ki podpirajo hitro zamenjavo krtač, dostopne priključke in predvidljiva vzdrževalna okna.

Pogoste napake, ki se jim je treba izogibati

Izbira senzorja pred zahtevo za nadzor

Veliko specifikacij se začne z "potrebujemo kodirnik", preden kdor koli potrdi, kaj bo krmilnik naredil s podatki. Najprej določite nadzorno funkcijo; tip senzorja sledi.

Ignoriranje združljivosti protokolov

Absolutni kodirnik z napačnim protokolom je neuporaben, dokler se kodirnik ali krmilnik ne zamenjata. CANopen v omrežju vozil J1939 zahteva prehod. Vedno preverite protokol, hitrost prenosa, obseg naslovov in zaključek.

Podcenjevanje okolja

Zunanja mobilna oprema, ladijski žerjavi in ​​stroji za pomivanje hrane potrebujejo varstvo okolja že od samega začetka. Naknadno dodajanje tesnil ali sekundarnega ohišja se redko ujema z zanesljivostjo pravilno zaprtega sklopa. Izbira medstandardni in prilagojeni drsni obročise pogosto nanaša na to, ali okoljska zahteva presega kataloško oceno.

Obravnavanje povratne informacije o položaju kot naknadne misli

Če sta drsni obroč in senzor položaja nabavljena ločeno in sestavljena pozneje, pogosto trpijo tolerance vgradnje, napeljava kablov in izolacija tokokroga. Integrirana zasnova preprečuje težave pri koaksialni poravnavi in ​​skrajša BOM.

Optimizacija samo za ceno na enoto

Najcenejša povratna metoda je redko najnižji skupni strošek. Potenciometer, ki se pri neprekinjeni uporabi na prostem obrabi vsakih 18 mesecev, stane več zaradi izpadov in zamenjave kot zaprti dajalnik absolutne vrednosti, ocenjen za celotno življenjsko dobo opreme.

Kdaj potrebujete senzor položaja drsnega obroča po meri?

A drsni obroč po meri z integriranim senzorjem položajaobičajno upravičeno, če velja eno ali več od naslednjega:

• Prostor za namestitev je tesen in standardni odtis kataloga ne bo ustrezal vrtljivemu središču
• V enem ohišju so potrebna mešana vezja: visoka-tokovna moč, nizko-napetostno krmiljenje, Ethernet in CAN v istem sklopu
• Nadzorni sistem zahteva poseben protokol (CANopen, J1939, EtherCAT) ali ne-standardno ločljivost
• Delovno okolje presega kataloške ocene (visok IP, slani sprej, razred vibracij, ekstremna temperatura)
• Mehanski vmesnik ni -standarden (posebna prirobnica, velikost izvrtine, gred, konektor ali izhod kabla)
• Povratne informacije o položaju podpirajo funkcijo varnosti stroja ali con-kontrole z dokumentiranimi zahtevami

Zaključek

Senzor položaja drsnega obroča omogoča, da vrteča se oprema opravi dve nalogi prek enega vrtljivega vmesnika: ohranja povezanost tokokrogov in poroča, kje je vrteča se struktura. Izbira prave zasnove se začne pri krmilni funkciji, ne pri tipu senzorja.

Če krmilnik potrebuje samo domači ali mejni signal, sta odmična plošča in stikalo pravo orodje. Če potrebuje neprekinjen, a nezahteven kot za zaslon operaterja, lahko deluje potenciometer. Če potrebuje ponovljive kotne podatke,-pripravljene na omrežje,-vklopljen-, zlasti v zunanji ali mobilni opremi, je praktična izbira absolutni kodirnik, pogosto namesto CANopen ali J1939.

Preden dokončate specifikacijo, potrdite vmesnik krmilnika, mehansko ovojnico v vrtljivem središču in celoten okoljski profil. Kadar se standardne kataloške možnosti ne ujemajo z aplikacijo, je integrirana montaža po meri običajno hitrejša in zanesljivejša kot privijanje ločenega senzorja na obstoječi drsni obroč. Naslednji korak je pregled vašega seznama vezij, vmesnika krmilnika in montažne risbe z inženirsko ekipo drsnih obročev ter pretvorba zahteve v uporabno zasnovo.