Virta- ja dataliukurengas välittää sekä sähkö- että tietoliikennesignaaleja pyörivän liitoksen läpi, joten kone voi pyöriä ilman rajoituksia eikä koskaan väännä kaapeleita. Lyhyt vastaus tavalliseen kysymykseen on kyllä: yksi kokoonpano voi kuljettaa molemmat. Piirien lukumäärä ei ratkaise sen, toimiiko se kentällä. Näin teho- ja signaalitiet on järjestetty, suojattu, maadoitettu ja reititetty yhden pyörivän liitännän sisällä.
Virta ja data käyttäytyvät hyvin eri tavalla. Tehorenkaassa voi olla kymmeniä ampeeria tai se voi kytkeytyä päälle ja pois päältä moottorikäytön kautta, kun taas Gigabit Ethernet -pari kuljettaa millivoltti{1}-tason siirtymiä, jotka riippuvat vakaasta impedanssista. Aseta ne liian lähelle ilman oikeaa suunnittelua, ja oireet näkyvät CRC-virheinä, pudonneina paketteina, enkooderin lukemina, jotka hyppäävät, analogiset lukemat ajautuvat tai ajoittaista viestintää, jota on vaikea toistaa penkillä. Luotettava yhdistetty liukurengas on rakennettu signaalityypin, virta- ja jännitetasojen, pyörimisnopeuden, käyttösuhteen, maadoituksen, suojauksen, kaapelin reitityksen ja todellisen käyttöympäristön ympärille.
Voiko yksi liukurengas kuljettaa sekä virtaa että dataa?
Kyllä. Oikein suunniteltu kokoonpano voi yhdistää tehon ja tiedon yhteen pyörivään käyttöliittymään. Toimittajasta riippuen näet tämän, jota kutsutaan tehon ja tiedon liukurenkaaksi, yhdistetyksi tehon ja signaalin liukurenkaaksi tai yksinkertaisesti mukautetuksi liukurenkaaksi, joka on rakennettu sekoitettua tehoa ja tiedonsiirtoa varten.
Näiden kahden yhdistäminen ei kuitenkaan ole sama kuin piirien lisääminen. Tehorenkaat voivat kuljettaa suurempaa virtaa, korkeampaa jännitettä tai kytkentäkohinaa käytöistä ja kontaktoreista. Signaalipiirit tarvitsevat usein vakaan impedanssin, alhaisen kosketuskohinan, suojauksen ja etäisyyden näistä melulähteistä. Yhden rengaspinon on täytettävä molemmat vaatimukset kerralla.
Yhdistetty suunnittelu on yleensä oikea valinta, kun:
- kone tarvitsee jatkuvaa, rajoittamatonta kiertoa;
- tehon ja viestinnän tulee kulkea saman akselin kautta;
- kaapelien kiertäminen tai kelaaminen ei ole hyväksyttävää;
- kahdelle erilliselle pyörivälle nivelelle ei ole tilaa; tai
- yksi integroitu kokoonpano yksinkertaistaa johdotusta ja huoltoa.
Tyypillisiä käyttökohteita ovat teollisuusrobotit ja indeksointipöydät, pakkaus- ja käärintäkoneet, nosturit ja pyörivät alustat, tutka- ja antenniasennoittimet, kallistus{0}}valvontapäät ja lääketieteelliset kuvantamistelineet.
Miksi virta- ja datapiirit on erotettava huolellisesti
Virta ja data voivat jakaa yhden liukurenkaan, mutta näitä kahta ei tulisi koskaan kohdella samalla tavalla. Suurin osa suunnittelutyöstä menee signaalitien suojaamiseen sähköpolun aiheuttamalta sähköiseltä kohinalta.
EMI ja RFI virtapiireistä
Suuri-virtarenkaat, moottorikäytöt, taajuusmuuttajat (VFD:t), solenoidit ja kytkentävirtalähteet säteilevät ja johtavat sähkömagneettisia häiriöitä. Esimerkiksi useiden kilohertsien taajuudella kytkevä VFD ruiskuttaa laajakaistakohinaa lähellä oleviin johtimiin. Jos herkkä datalinja jakaa tilaa tämän piirin kanssa, kohina voi kytkeytyä ja korruptoida signaalia.
Seuraus riippuu siitä, missä liukurengas sijaitsee. Hiljaisessa laboratorioinstrumentissa pieni häiriö voi jäädä huomaamatta. Taajuusmuuttajan vieressä olevalla liikkeen-ohjausakselilla sama häiriö voi tarkoittaa CAN-kehyksiä, jotka epäonnistuvat tarkistussummassaan, Ethernet-uudelleenlähetyksiä, jotka heikentävät suorituskykyä, enkooderin reunoja, jotka tärisevät, tai ohjainta, joka epäonnistuu -jakson puolivälissä.
Ylikuuluminen kanavien välillä
Ylikuuluminen on energian vuotamista yhdestä piiristä naapuriin. Sillä on eniten merkitystä, kun tehojohtimet, Ethernet-parit, enkooderilinjat, analogiset johdot ja ohjausjohdot pakataan kompaktiin pyörivään pinoon. Hyvä käytäntö vähentää sitä fyysisen välimatkan, samanlaisten piirien ryhmittelyn, suojauksen, puhtaan maadoituksen ja herkimpien signaalien omistettujen polkujen avulla. Muistiinpanomme aiheestakanavien välisen ylikuulumisen estäminenmene syvemmälle asetelmaan, mutta periaate on yksinkertainen: pidä hyökkääjät ja uhrit erillään ja anna jokaiselle kilvelle määritelty paluutie.
Eri signaaleilla on erilaiset vaatimukset
Kaikki datalinjat eivät ole yhtä hauraita. Diskreetti päälle/pois-signaali sietää olosuhteet, jotka pilaavat tarkkuuskooderin takaisinkytkennän tai Gigabit Ethernetin. Gigabit Ethernet, jonka määritteleeIEEE 802.3 -standardiperhe, riippuu kierretyn{0}}parin eheydestä ja ohjatusta impedanssista, kun taas CAN-väylä, standardoituISO 11898, luottaa vakaaseen differentiaaliseen signalointiin. Tästä syystä liukurengas tulisi määrittää signaalityypin ja suorituskykytavoitteen mukaan, ei pelkästään piirien lukumäärän mukaan. Tietojen osalta erityisesti meidänEthernet-liukurenkaan opaskattaa käytännön yksityiskohdat.
| Signaalin tyyppi | Keskeinen suunnitteluhuoli | Suositeltu liukurengas lähestymistapa |
|---|---|---|
| Gigabit Ethernet | Kierretyn-parin eheys, noin 100 Ω impedanssi, lisäys- ja paluuhäviö | Suojatut, impedanssi{0}}ohjatut parit erityisissä nopeissa{1}}koskettimissa, erotettu virtarenkaista |
| CAN-väylä / RS-485 | Puhdas differentiaalisignalointi, noin 120 Ω pääte, yhteinen-moodikohina | Kierretyt parit pidetään yhdessä, eristetty kytkentäpiireistä, suoja kulkee läpi |
| Enkooderin palaute | Reunavärinää ja virhelaskentaa kytketyistä kohinoista | Suojatut parit, lyhyt puhdas reititys, määritelty suojamaadoitus |
| Analoginen anturi (mV, 4–20 mA) | Jännitteen poikkeama ja kosketus{0}}vastusmelu | Matala-kohinainen kulta-kultaisissa koskettimissa-, suojaus, etäisyys virtalähteestä |
| Video / HD{0}}SDI | Ohjattu impedanssi lähellä 75 Ω, pieni häviö, riittävä kaistanleveys | Koaksiaaliset tai impedanssi{0}}vastaavat kanavat omistetuissa kontakteissa |
| Diskreetti I/O / matalan{0}}nopeuden säätö | Yleensä kestävä | Tavalliset signaalirenkaat ovat yleensä riittävät |
Käytännön takeaway:Nimeä jokainen protokolla ja sen tiedonsiirtonopeus ennen kuin kukaan laskee soittoja. Protokolla ohjaa kosketintyyppiä, suojausta ja sisäistä asettelua.
Suunnittelumenetelmät tehon ja tiedon yhdistämiseksi
Luotettava yhdistetty liukurengas käyttää lähes aina useampaa kuin yhtä suojausmenetelmää yhdessä. Sopiva yhdistelmä riippuu tehotasosta, signaalityypistä, käytettävissä olevasta tilasta ja vaaditusta käyttöiästä.
- Fyysinen erottelu rengaspinon sisällä.Yksinkertaisin tapa on pitää{0}}tehokkaat renkaat poissa signaalirenkaista, ryhmitellä samanlaiset piirit ja reitittää ne erillisiin sisäisiin polkuihin. Etäisyys vähentää kytkentää. Kompakteissa kokoonpanoissa, joissa tilaa on vähän, muut alla olevat menetelmät kantavat enemmän kuormaa.
- Suojatut kaapelit.Kun tietoliikennelinjat kulkevat moottoreiden, taajuusmuuttajien tai suuritehoisten{0}}johtojen lähellä, kaapelisuoja pitää häiriöt poissa signaalijohtimista. Liukurenkaan sisällä olevan suojauksen tulee sopia muuhun koneeseen: jos järjestelmä käyttää suojattua kaapelointia renkaan ulkopuolella, suojareitin on yleensä jatkettava pyörivän liitännän kautta. Yhteenvetomme aiheestasuojausratkaisut luotettavaan signaalinsiirtoonkäy läpi vaihtoehtoja.
- Erilliset maadoitus- ja suojapiirit.Liukurengas voi sisältää renkaita, jotka on varattu maadoituksen tai suojan jatkuvuudelle ja jotka hallitsevat kaapelin suojan, laitteen maadoituksen ja pyörivän rakenteen välistä suhdetta. Heikko maadoitussuunnitelma voi kumota suojauksen hyödyn tai luoda uutta melua, joten se tulee suunnitella sisään, ei pultata.
- Erilliset ytimet tai signaalimoduulit.Vaativissa töissä kokoonpanossa voidaan käyttää erillisiä ytimiä tai sisäisiä moduuleja: yksi osa teholle, toinen kommunikaatiolle. Tämä antaa vahvemman eristyksen kuin yksi jaettu pino ja sopii suurelle virralle, korkealle jännitteelle tai alhaiselle virhetoleranssille.
- RFI-esteet, erotinlevyt ja suljetut osat.Ei--johtavat erottimet, sisäiset suojalevyt tai suljetut signaaliosat eristävät viestintäkanavat virtalähteestä. Suuremmissa kokoonpanoissa pieni signaalin liukurengas sijoitetaan joskus suuremman tehon liukurenkaan kotelon sisään, jotta datapiirit pysyvät suojattuna.
Käytännön takeaway:korkean{0}}virtatehon ja nopean{1}}nopeuksisen datan sekoitettua varten oletetaan yhdistävän erotus, suojaus ja maadoitus sen sijaan, että luottaisit mihinkään yksittäiseen temppuun.
Virran ja datan liukurenkaan määrittäminen
Suunnittelumenetelmien tunteminen on yksi asia; koneen muuttaminen selkeäksi spesifikaatioksi on toinen. Nämä viisi vaihetta vievät pyynnön "tarvitsemme virtaa ja Ethernetiä" johonkin, jonka insinööri voi lainata arvaamatta.
- Määrittele virtapiirit.Listaa jännite, virta, vaihto- tai tasavirta, jatkuva tai ajoittainen kuorma, käynnistys- tai huippuvirta ja mitä kukin piiri käyttää (moottori, lämmitin, valaistus, ohjaus). Meluisat tai korkeavirtaiset{1}}virtapiirit saattavat tarvita leveämpiä etäisyyksiä, suurempia johtimia tai erilaisia kosketusmateriaaleja.
- Tunnista jokainen signaaliprotokolla.Ilmoita protokolla ja sen kohde, ei vain "data". Esimerkki: 10/100 Mbps tai Gigabit Ethernet, CAN-väylä, RS-485, RS-232, USB, HD-SDI, enkooderi, analoginen tai erillinen I/O sekä impedanssi, suojaus, liitintyyppi ja kaapelin kokonaispituus renkaan molemmilla puolilla.
- Arvioi EMI- ja meluympäristö.Huomaa lähellä olevat taajuusmuuttajat, moottorit, hitsauslaitteet, kytkentätarvikkeet ja pitkät kaapelit. Mitä sähköisesti vihamielisempi sijainti, sitä enemmän suojausta ja erotusta suunnittelu tarvitsee, vaikka piiriluettelo näyttääkin lyhyeltä.
- Vahvista mekaaninen kirjekuori.Ilmoita reiän tai akselin halkaisija, ulkohalkaisija- ja korkeusrajat, asennuskuvio, pyörimisnopeus ja -suunta, käyttösuhde, odotettu käyttöikä ja kaapelin poistumissuunta. Kompakti kone tarvitsee usein hyvin erilaisen ratkaisun kuin suuri läpireikäinen kokoonpano.
- Tarkista suojaus, maadoitus, testaus ja ympäristö.Määritä suojan jatkuvuus, koneen maadoitusmenetelmä, odottamasi vahvistus ja ympäristötavoitteet, mukaan lukien IP-luokitus. TheIP-koodi määritelty standardissa IEC 60529suojaa pölyltä ja vedeltä; selittäjämme päälläliukurenkaan IP-luokituksetnäyttää, mitä kukin numero tarkoittaa käytännössä.
| Luokka | Hakemukseen sisällytettävät tiedot |
|---|---|
| Virtapiirit | Jännite, virta, AC tai DC, inrush, jatkuva tai ajoittainen, kuormitustyyppi |
| Data ja signaalit | Jokainen protokolla, tiedonsiirtonopeus, suojattu tai suojaamaton, liitintyyppi, kaapelin pituus ennen ja jälkeen soittoa, hyväksyttävä virhesuhde |
| Mekaaninen | Reiän tai akselin halkaisija, ulkohalkaisija ja korkeusrajat, asennuskuvio, pyörimisnopeus ja -suunta, käyttösuhde, odotettu käyttöikä, kaapelin ulostulo |
| Ympäristö | Sisällä tai ulkona, IP-tavoiteluokitus, lämpötila-alue, tärinä ja isku, pöly, vesi, öljy- tai kemikaalialtistus, korroosio tai vaaralliset{0}}aluetarpeet |
Vakio vs. mukautetut virta- ja dataliukurenkaat
Tavallinen liukurengas voi toimia, kun sovelluksessa on yksinkertaiset virtapiirit, alhainen{0}}nopeussignaalit, kohtalainen pyörimisnopeus ja puhdas sähköympäristö. Hyllyltä valmistetut tuotteet-lyhentävät toimitusaikaa ja kustannuksia, kun vaatimukset vastaavat olemassa olevaa mallia. Kun tehon ja arkaluontoisten tietojen on jaettava sama akseli, räätälöity suunnittelu yleensä maksaa itsensä luotettavuudessa. Alla olevassa taulukossa on yhteenveto, mihin kukin sopii, ja vertailummevakio vs. mukautetut liukurenkaatkäydään kauppa{0}}poistojen läpi yksityiskohtaisemmin.
| Tekijä | Tavallinen liukurengas voi riittää | Mukautettu suunnittelu on yleensä parempi |
|---|---|---|
| Tehoa | Pieni tai kohtalainen, puhdas tarjonta | Suuri virta plus VFD tai kytkentäkuormat |
| Data | Hidas{0}}nopeuksinen diskreetti tai sarja | Gigabit Ethernet, HD-video, tarkkuuskooderit |
| Sekoita | Vain virta tai vain data | Korkealaatuiset ja arkaluontoiset tiedot yhdessä |
| Kirjekuori | Vakioreikä, ulkohalkaisija ja asennussovitus | Tiukka tai poikkeava reikä, kiinnitys tai kaapelin ulostulo- |
| Ympäristö | Sisällä, puhdas, kuiva | Ulkona, pesuun, pölyyn, korroosioon tai vaaralliseen alueeseen |
| Velvollisuus | Kevyt tai ajoittainen käyttö | Korkea käyttöikä, pitkä käyttöikä |
| Virheiden sietokyky | Satunnaiset uudelleenyritykset hyväksytään | Alhainen toleranssi keskeytyksille tai CRC-virheille |
Käytännön takeaway:jos edes yksi rivi päätyy oikeanpuoleiseen-sarakkeeseen, käsittele projektia muokattuna ja määritä sen mukaan.
Tekninen tarkistus ja testaus
Spesifikaatio on vain sen arvoinen kuin sen takana oleva vahvistus. Ennen kuin yhdistetty teho- ja dataliukurengas otetaan käyttöön, suunnittelu on todistettava pikemminkin kuin oletettu. Tyypillinen tarkistus tarkistaa:
- Jatkuvuus ja kosketusvastusjokaisessa piirissä, mukaan lukien kuinka vastus käyttäytyy pyörimisen aikana;
- Eristysvastuspiirien väliin ja koteloon;
- Dielektrinen (hi-potti) lujuusnimellisjännitteellä marginaalilla;
- Signaalin eheysdatakanavilla, kuten bitti{0}}virhe- tai pakettitarkistukset toimivalla datanopeudella;
- Pyörimisiän testausodotetulla nopeudella ja käyttösuhteella; ja
- EMI/EMC-arviointikun teho ja nopea{0}}data jakavat kokoonpanon.
Jos haluat nähdä, mitä nämä tarkastukset sisältävät, tutustu esittelyynmiten liukurengas testataankattaa yleiset menetelmät.
Edustava kenttätapaus: tarkastuslevysoitin ohjasi Gigabit Ethernet -kameran ja 24 V:n moottoripiirin saman kompaktin liukurenkaan läpi. Penkkitestit läpäisivät, mutta tuotannossa linkki katkesi ajoittain, kun taajuusmuuttaja nousi. Korjaus ei ollut useampia piirejä. Ethernet-pari siirrettiin suojattuihin, impedanssiohjattuihin-koskettimiin pinon vastakkaiselle puolelle moottorin renkaaseen nähden, ja kaapelin suojaus kuljetettiin erillisen renkaan kautta rungon maahan. Pakettivirheet hävisivät. Kaava toistuu usein: sekateho-ja-dataviat ovat yleensä asettelu-, suojaus- ja maadoitusongelmia, eivät piirin-laskentaongelmia.
Esimerkkisovellukset
Robotiikka ja tehdasautomaatio
Robottiliitokset, indeksointitaulukot ja automaattiset tarkastussolut välittävät rutiininomaisesti tehon, ohjauksen, Ethernetin ja anturipalautteen pyörivän akselin kautta. Yhdistetty liukurengas poistaa kaapelin kiertymisen ja mahdollistaa jatkuvan liikkeen. Tavallinen haaste tässä on korkea syklien määrä yhdistettynä alhaiseen toleranssiin viestintäkatkoksia kohtaan.
Nosturit ja raskaat laitteet
Nosturit, pyörivät alustat ja rakennuskoneet kuljettavat voimaa valoille, säätimille, kameroille ja käyttöjärjestelmille. Nämä paikat lisäävät tärinää, altistumista ulkona ja voimakasta sähköistä melua, mikä työntää suunnittelua kohti kestäviä koteloita, tiivistystä ja huolellista suojan maadoitusta.
Lääketieteelliset ja kuvantamisjärjestelmät
Kuvaustelineet ja vastaavat laitteet vaativat kompaktin koon, tasaisen pyörityksen ja puhtaan tiedonsiirron, koska signaalin katkeaminen voi vaikuttaa kuvaan tai mittaukseen. Nämä kokoonpanot suosivat alhaisia-kohinaisia kontakteja ja konservatiivisia testausmarginaaleja; katso oppaammeliukurenkaat lääkinnällisiin laitteisiinerityisiä rajoituksia varten.
Valvonta-, tutka- ja pyörivät anturit
Pan-kallistuspäät, tutkajalustat ja pyörivät anturipaketit yhdistävät tehon videoon, Ethernetiin, RF-liittyviin signaaleihin tai ohjaustietoihin. Jatkuva pyöriminen ja suuren-kaistanleveyden signaalit tekevät ohjatusta impedanssista ja alhaisesta kohinasta etusijalla.
Usein kysytyt kysymykset
Voiko yksi liukurengas siirtää sekä virtaa että Ethernetiä?
Kyllä. Liukurengas voi kuljettaa virtaa ja Ethernetiä yhdessä, kun sisäinen asettelu, kosketinjärjestelmä, kaapelin reititys ja suojaus on suunniteltu vaadittua tiedonsiirtonopeutta ja sähköistä ympäristöä varten.
Voiko liukurengas lähettää Gigabit Ethernetin?
Se voi. Gigabit-linkit tarvitsevat impedanssi-ohjattuja, suojattuja kierrettyjä pareja omistetuissa koskettimissa, jotka on pidettävä erillään virta- ja kytkentäpiireistä, ja kaapelin suoja kulkee renkaan läpi. Kun tämä on paikallaan, täysi gigabitin suorituskyky jatkuvan pyörityksen avulla on saavutettavissa.
Pitääkö teho- ja datapiirit erottaa liukurenkaan sisällä?
Useimmissa yhdistetyissä malleissa kyllä. Erotus vähentää EMI:tä, ylikuulumista ja signaalin vääristymiä. Erotus riippuu tehotasosta, signaalityypistä ja käytettävissä olevasta tilasta.
Miten estetään signaalihäiriöt liukurenkaassa?
Kerrostetun lähestymistavan avulla: fyysinen etäisyys teho- ja signaalirenkaiden välillä, suojattu kaapelointi jatkuvilla suojuksilla, erilliset maadoitus- tai suojapiirit, järkevä piirien ryhmittely ja tarvittaessa erilliset moduulit tai RFI-esteet.
Tarvitsevatko Ethernet-liukurenkaat suojattuja kierrettyjä pareja?
Jos haluat luotettavan nopean{0}}Ethernet-yhteyden lähellä virtaa tai meluisassa koneessa, suojatut kierretyt parit ovat turvallinen valinta, ja suojausta tulee jatkaa pyörivän liitännän kautta. Lyhyet, hitaita{2}}linkkejä puhtaissa ympäristöissä voivat joskus käyttää suojaamattomia pareja, mutta päätöksen tulee noudattaa protokollaa, EMI-riskiä ja maadoitusmenetelmää.
Mikä aiheuttaa tietojen menetyksen liukurenkaassa?
Yleisiä syitä ovat EMI-kytkennät virtapiireistä, kanavien välinen ylikuuluminen, impedanssin epäsopivuus, rikkinäiset tai väärin päätetyt suojukset, kosketusvastuksen kohina pyörimisen aikana ja reititys, joka sijoittaa datalinjat liian lähelle melulähteitä. Useimmat näkyvät CRC-virheinä, uudelleenlähetyksenä, enkooderin värinänä tai ajoittaisena keskeytymisenä.
Tarvitsenko aina suojattuja kaapeleita?
Ei aina. Suojatut kaapelit ovat tärkeitä sähköisesti meluisissa ympäristöissä tai kun muu järjestelmä jo käyttää suojattua kaapelointia. Perusta päätös protokollaan, EMI-riskiin, maadoitusmenetelmään ja yleisiin järjestelmävaatimuksiin.
Milloin minun pitäisi valita mukautettu liukurengas?
Valitse mukautettu, kun sovellus sekoittaa-tehokasta ja arkaluontoista dataa, sillä on rajoitetusti tilaa tai erikoiskiinnitys, se kohtaa ankarat olosuhteet tai tarvitsee tiukkaa signaalin luotettavuutta. Jos jokin yksittäinen vaatimus on epätavallinen, mukautettu malli on yleensä-alempi riskipolku.
Avaimet takeawayt
Teho- ja dataliukurenkaat antavat koneen välittää sähkö- ja tietoliikennesignaaleja jatkuvan pyörimisen kautta yhdessä integroidussa kokoonpanossa. Luotettavaa suorituskykyä ei synny piirien lisäämisestä. Se johtuu kokoonpanon suunnittelusta signaalieristyksen, suojauksen, maadoituksen, layoutin, mekaanisten rajojen ja todellisen käyttöympäristön ympärille, minkä jälkeen tulos tarkistetaan testaamalla.
Yksinkertaisiin töihin tavallinen liukurengas voi riittää. Sekavirta-, Ethernet-, CAN-väylä-, video-, enkooderi- tai anturisignaaleja varten suunniteltu-rakenne vähentää integraatioriskiä ja parantaa pitkän-luotettavuutta. Määritä ensin tehosi, protokollasi, mekaaninen verhokäyräsi, ympäristösi ja maadoitusstrategiasi; oikeilla erittelyillä, amukautettu liukurengasratkaisuvoi tarjota puhtaan, kompaktin ja luotettavan pyörivän liitoksen vaativiin laitteisiin.