Toite- ja andmete libisemisrõngas edastab nii elektritoite kui ka sidesignaale läbi pöörleva liigendi, nii et masin saab piiranguteta pöörlema ega vääna kunagi oma kaableid. Lühike vastus tavalisele küsimusele on jaatav: üks komplekt võib kanda mõlemat. See, kas see põllul töötab, ei ole ahelate arv. Nii on toite- ja signaaliteed paigutatud, varjestatud, maandatud ja suunatud selle ühe pöörleva liidese sees.
Toide ja andmed käituvad väga erinevalt. Toiterõngas võib kanda kümneid ampreid või lülituda sisse ja välja mootoriajami kaudu, samas kui Gigabit Etherneti paar kannab millivoltide{1}taseme üleminekuid, mis sõltuvad stabiilsest takistusest. Asetage need ilma õige kujunduseta liiga lähedale ja sümptomid ilmnevad CRC-vigade, väljalangevate pakettide, hüppavate kodeerijate loenduste, triivivate analoognäitude või katkendliku suhtlusena, mida on pingil raske taasesitada. Usaldusväärne kombineeritud libisemisrõngas on üles ehitatud signaali tüübi, voolu- ja pingetasemete, pöörlemiskiiruse, töötsükli, maanduse, varjestuse, kaablite marsruudi ja tegeliku töökeskkonna ümber.
Kas üks libisemisrõngas võib kanda nii voolu kui ka andmeid?
Jah. Õigesti kavandatud koost võib ühendada toite ja andmed ühes pöörlevas liideses. Olenevalt tarnijast näete seda voolu- ja andmesiderõngana, kombineeritud toite ja signaali libisemisrõngana või lihtsalt kohandatud libisemisrõngana, mis on loodud kombineeritud toite ja side jaoks.
Nende kahe ühendamine ei ole aga sama, mis vooluringide lisamine. Toiterõngad võivad kanda suuremat voolu, kõrgemat pinget või ajamite ja kontaktorite lülitusmüra. Signaaliahelad vajavad sageli stabiilset impedantsi, madalat kontaktmüra, varjestust ja kaugust nendest müraallikatest. Üks rõngaspakk peab rahuldama mõlemad nõudmised korraga.
Kombineeritud disain on tavaliselt õige kõne, kui:
- masin vajab pidevat, piiramatut pöörlemist;
- jõud ja side peavad läbima sama telje;
- kaablite keeramine või kerimine ei ole vastuvõetav;
- ei ole ruumi kahele eraldi pöördliigendile; või
- üks integreeritud koost lihtsustab juhtmestikku ja teenindust.
Tüüpilisteks rakendusteks on tööstusrobotid ja indekseerimislauad, pakkimis- ja pakkimismasinad, kraanad ja pöörlevad platvormid, radari ja antenni positsioneerijad, kallutatavad seirepead ja meditsiinilised pildiplatvormid.
Miks vajavad toite- ja andmeahelad hoolikat eraldamist?
Toide ja andmed võivad jagada ühte libisemisrõngast, kuid neid kahte ei tohiks kunagi kohelda ühtemoodi. Suurem osa disaini jõupingutustest läheb signaalitee kaitsmiseks toitetee tekitatava elektrilise müra eest.
EMI ja RFI toiteahelatest
Tugeva-voolu rõngad, mootoriajamid, muutuva sagedusega ajamid (VFD), solenoidid ja lülitustoiteallikad kiirgavad ja juhivad elektromagnetilisi häireid. Näiteks mitme kilohertsi sagedusega VFD lülitub lairibamüra lähedalasuvatele juhtmetele. Kui tundlik andmeliin jagab ruumi selle vooluringiga, võib müra seostuda ja signaali rikkuda.
Tagajärg sõltub libisemisrõnga asukohast. Vaikses laboriseadmes võib väike häire märkamatult mööduda. Ajami kõrval oleval liikumis-juhtteljel võib sama häire tähendada CAN-kaadreid, mis ei suuda oma kontrollsummat, Etherneti kordusedastusi, mis vähendavad läbilaskevõimet, kodeerija servi, mis värisevad, või kontrollerit, mis rikub tsükli keskel-.
Ristkõne kanalite vahel
Crosstalk on energia lekkimine ühest vooluringist naabrisse. See on kõige olulisem, kui toitejuhtmed, Etherneti paarid, koodri liinid, analoogjuhtmed ja juhtjuhtmed on pakitud kompaktsesse pöörlevasse virna. Hea tava vähendab seda füüsilise vahekauguse, sarnaste ahelate rühmitamise, varjestuse, puhta maanduse ja kõige tundlikumate signaalide jaoks spetsiaalsete radade kaudu. Meie märkmed selle kohtakanalitevahelise ristkõne vältimineminge paigutusse sügavamale, kuid põhimõte on lihtne: hoidke agressorid ja ohvrid lahus ning andke igale kilbile kindlaksmääratud tagasitee.
Erinevatel signaalidel on erinevad nõuded
Mitte iga andmerea pole võrdselt habras. Diskreetne sisse- ja väljalülitussignaal talub tingimusi, mis võivad rikkuda täppiskodeerija tagasisidet või Gigabit Etherneti. Gigabit Ethernet, määratletudIEEE 802.3 standardite perekond, sõltub keerdpaari terviklikkusest- ja kontrollitud takistusest, samas kui CAN-siin, mis on standardiseeritudISO 11898, tugineb stabiilsele diferentsiaalsignalisatsioonile. Seetõttu tuleks libisemisrõngas määrata signaali tüübi ja jõudluse eesmärgi, mitte ainult ahelate arvu järgi. Täpsemalt andmete poole puhul meieEtherneti libisemisrõnga juhendhõlmab praktilisi üksikasju.
| Signaali tüüp | Peamine disainimure | Soovitatav libisemisrõnga lähenemine |
|---|---|---|
| Gigabit Ethernet | Keerdpaari terviklikkus, umbes 100 Ω impedants, sisestus- ja tagastuskadu | Varjestatud, impedantsi-kontrollitud paarid spetsiaalsetel kiiretel{1}}kontaktidel, mis on eraldatud toiterõngastest |
| CAN siin / RS-485 | Puhas diferentsiaalsignaal, umbes 120 Ω lõpp, tava-režiimi müra | Keerdpaarid hoitakse koos, isoleeritud lülitusahelatest, läbi viidud kilp |
| Kodeerija tagasiside | Servad värisevad ja seotud mürast tulenevad valearvestused | Varjestatud paarid, lühike puhas marsruut, määratletud kilbi maandus |
| Analoogandur (mV, 4–20 mA) | Pinge triiv ja kontakt{0}}takistuse müra | Madal-müra kuldne-kuldkontaktidel-, varjestus, kaugus toiteallikast |
| Video / HD{0}}SDI | Kontrollitud impedants 75 Ω lähedal, väike kadu, piisav ribalaius | Koaksiaal- või impedantsi{0}}sobitatud kanalid spetsiaalsetel kontaktidel |
| Diskreetne I/O/madala{0}}kiiruse juhtimine | Üldiselt vastupidav | Tavaliselt piisab standardsetest signaalihelinatest |
Praktiline kaasavõtt:nimetage iga protokoll ja selle andmeedastuskiirus, enne kui keegi helinaid loeb. Protokoll juhib kontakti tüüpi, varjestust ja sisemist paigutust.
Võimsuse ja andmete ühendamise kavandamismeetodid
Töökindel kombineeritud libisemisrõngas kasutab peaaegu alati rohkem kui ühte kaitsemeetodit. Milline kombinatsioon sobib, sõltub võimsustasemest, signaali tüübist, vabast ruumist ja nõutavast kasutuseast.
- Füüsiline eraldamine rõngavirna sees.Kõige elementaarsem meetod on hoida suure{0}võimsusega rõngad signaalirõngastest eemal, rühmitada sarnased ahelad ja suunata need eraldi sisemistel radadel. Kaugus vähendab sidumist. Kompaktsetes koostudes, kus ruumi on vähe, kannavad teised allpool toodud meetodid suuremat koormust.
- Varjestatud kaablid.Kui sideliinid kulgevad mootorite, ajamite või suure võimsusega{0}}juhtmestiku läheduses, hoiab kaabli varjestus signaalijuhtidest eemal. Libisemisrõnga sees olev varjestus peaks sobima ülejäänud masinaga: kui süsteem kasutab väljaspool rõngast varjestatud kaablit, peab varjestus üldjuhul jätkuma läbi pöörleva liidese. Meie ülevaadevarjestuslahendused usaldusväärseks signaaliedastusekskõnnib valikutest läbi.
- Spetsiaalsed maandus- ja varjeahelad.Libisemisrõngas võib sisaldada rõngaid, mis on reserveeritud maanduse või varje järjepidevuse jaoks, mis haldavad kaablikilbi, seadme maanduse ja pöörleva konstruktsiooni vahelist suhet. Nõrk maandusplaan võib tühistada varjestuse eelised või tekitada uut müra, seega tuleks see projekteerida, mitte poltidega kinnitada.
- Eraldi südamikud või signaalimoodulid.Nõudlike tööde jaoks saab koost kasutada eraldi südamikke või sisemooduleid: üks sektsioon toiteks, teine side jaoks. See annab tugevama isolatsiooni kui üks jagatud pinu ja sobib suure voolu, kõrge pinge või madala vigade tolerantsiga.
- RFI-tõkked, eraldusplaadid ja suletud sektsioonid.Mittejuhtivad separaatorid, sisemised varjestusplaadid või suletud signaalisektsioonid isoleerivad sidekanalid voolust. Suuremates koostudes asetatakse mõnikord suurema toitelülitusrõnga korpuse sisse väike signaali libisemisrõngas, et andmeahelad oleksid kaitstud.
Praktiline kaasavõtt:kombineeritud suure{0}}vooluvõimsuse ja kiire{1}}kiirusega andmete puhul eeldage, et ühendate eraldamise, varjestuse ja maanduse, selle asemel, et loota ühelegi trikile.
Toite- ja andmelibisemisrõnga määramine
Kujundusmeetodite tundmine on üks asi; masina muutmine selgeks spetsifikatsiooniks on teine. Need viis sammu viivad päringu "vajame toiteallikast ja Ethernetist" milleni, mida insener saab tsiteerida ilma aimamata.
- Määratlege toiteahelad.Loetlege pinge, vool, vahelduv- või alalisvool, pidev või katkendlik koormus, sisselülitus- või tippvool ja see, mida iga vooluahel juhib (mootor, kütteseade, valgustus, juhtimine). Mürarikkad või suure voolu{1}}vooluahelad võivad vajada suuremat vahekaugust, suuremaid juhte või erinevaid kontaktmaterjale.
- Tuvastage iga signaaliprotokoll.Esitage protokoll ja selle sihtmärk, mitte ainult "andmed". Näiteks: 10/100 Mbps või Gigabit Ethernet, CAN-siin, RS-485, RS-232, USB, HD-SDI, kodeerija, analoog- või diskreetne I/O, pluss takistus, varjestus, pistiku tüüp ja kaabli kogupikkus mõlemal pool rõngast.
- Hinnake EMI-d ja mürakeskkonda.Pange tähele lähedalasuvaid ajamid, mootoreid, keevitusseadmeid, lülitustarvikuid ja pikki kaablikäike. Mida elektrivaenulikum asukoht, seda rohkem varjestust ja eraldatust vajab disain, isegi kui vooluringide loend tundub lühike.
- Kinnitage mehaaniline ümbris.Esitage ava või võlli läbimõõt, välisläbimõõdu ja kõrguse piirangud, paigaldusmuster, pöörlemiskiirus ja -suund, töötsükkel, eeldatav kasutusiga ja kaabli väljumissuund. Kompaktne masin vajab sageli väga erinevat lahendust kui suurest läbiva{1}}avaga koost.
- Vaadake üle varjestus, maandus, testimine ja keskkond.Määrake varjestuse järjepidevus, masina maandusmeetod, eeldatav kinnitus ja keskkonnaeesmärgid, sealhulgas IP reiting. TheIP-kood, mis on määratletud standardis IEC 60529hindab kaitset tolmu ja vee eest; meie selgitaja on sisse lülitatudlibisemisrõnga IP-reitingudnäitab, mida iga number praktikas tähendab.
| Kategooria | Taotlusele lisatav teave |
|---|---|
| Toiteahelad | Pinge, vool, vahelduv- või alalisvool, sisselülitus, pidev või katkendlik, koormuse tüüp |
| Andmed ja signaalid | Iga protokoll, andmeedastuskiirus, varjestatud või varjestamata, pistiku tüüp, kaabli pikkus enne ja pärast helinat, vastuvõetav veamäär |
| Mehaaniline | Puuri või võlli läbimõõt, OD ja kõrguse piirangud, paigaldusmuster, pöörlemiskiirus ja -suund, töötsükkel, eeldatav eluiga, kaabli väljumine |
| Keskkond | Sise- või välistingimustes, siht-IP-reiting, temperatuurivahemik, vibratsioon ja põrutused, tolm, vesi, õli või kemikaalidega kokkupuude, korrosioon või ohtliku{0}}ala vajadused |
Tavalised vs kohandatud toite- ja andmesiderõngad
Tavaline libisemisrõngas võib töötada, kui rakendusel on lihtsad toiteahelad, madalad{0}}kiirused, mõõdukas pöörlemissagedus ja puhas elektrikeskkond. Kui nõuded vastavad olemasolevale kujundusele, vähendavad-riiulil olevad tooted- tarneaega ja vähendavad kulusid. Kui toide ja tundlikud andmed peavad jagama sama telge, tasub kohandatud disain end tavaliselt usaldusväärsuse tõttu ära. Allolev tabel võtab kokku, kuhu igaüks sobib, ja meie võrdlusestandardsed versus kohandatud libisemisrõngadläbib kompromissi{0}}üksikasjalikumalt.
| tegur | Tavalisest libisemisrõngast võib piisata | Kohandatud disain on tavaliselt parem |
|---|---|---|
| Võimsus | Madal kuni mõõdukas, puhas varustus | Suur vool pluss VFD või lülituskoormused |
| Andmed | Madala-kiirusega diskreetne või jada | Gigabit Ethernet, HD-video, täppiskodeerijad |
| Sega | Ainult toide või ainult andmed | Kõrge voolutugevus ja tundlikud andmed koos |
| Ümbrik | Standardne ava, OD ja paigaldussobivus | Tihe või mittestandardne{0}}ava, kinnitus või kaabli väljapääs |
| Keskkond | Toas, puhas, kuiv | Õues, pesupesemis-, tolmu-, korrosiooni- või ohtlikus piirkonnas |
| Kohustus | Kerge või vahelduv kasutamine | Kõrge töötsükkel, pikk nõutav kasutusiga |
| Vea taluvus | Aeg-ajalt korduskatsed on vastuvõetavad | Madal tolerants katkestamiste või CRC vigade suhtes |
Praktiline kaasavõtt:kui kasvõi üks rida jõuab parempoolsesse-veergu, käsitlege projekti kohandatuna ja täpsustage vastavalt.
Tehniline ülevaade ja testimine
Spetsifikatsioon on väärt ainult sama palju kui selle taga olev kontroll. Enne kombineeritud toite- ja andmesiderõnga kasutuselevõttu tuleks konstruktsiooni pigem tõestada kui eeldada. Tüüpiline ülevaatus kontrollib:
- Järjepidevus ja kontakttakistusigal vooluringil, sealhulgas kuidas takistus pöörlemise ajal käitub;
- Isolatsioonitakistusahelate vahel ja korpuse külge;
- Dielektriline (hi-pott) tugevusnimipingel koos varuga;
- Signaali terviklikkusandmekanalites, näiteks biti{0}}vigade või paketikontrollide puhul tööandmeedastuskiirusel;
- Pöörlemisaja testimineeeldatava kiiruse ja töötsükli juures; ja
- EMI/EMC hindaminekui võimsus ja kiire{0}}andmeside jagavad koostu.
Kui soovite näha, mida need kontrollid hõlmavad, vaadake meie ülevaadetkuidas libisemisrõngast testitaksehõlmab levinud meetodeid.
Tüüpiline välijuhtum: kontrollplaat juhtis Gigabit Etherneti kaamerat ja 24 V mootoriahelat läbi sama kompaktse libisemisrõnga. Katsetestid läbisid, kuid tootmises katkes lüli vaheldumisi, kui ajam tõusis üles. Parandus ei olnud rohkem vooluringe. Etherneti paar viidi varjestatud, impedantsiga-kontrollitud kontaktidele, mis asusid mootorirõngast vastasküljel, ja kaabli varjestus viidi läbi spetsiaalse rõnga šassii maandusse. Paketi vead kadusid. Muster kordub sageli: segatoite-ja-andmevead on tavaliselt paigutuse, varjestuse ja maanduse probleemid, mitte vooluahela-loenduse probleemid.
Näidisrakendused
Robootika ja tehase automatiseerimine
Robotliigendid, indekseerimistabelid ja automatiseeritud kontrollrakud edastavad regulaarselt toite, juhtimist, Etherneti ja andurite tagasisidet läbi pöörleva telje. Kombineeritud libisemisrõngas eemaldab kaabli keerdumise ja võimaldab pidevat liikumist. Tavaliseks väljakutseks on siin suur tsüklite arv koos madala tolerantsiga suhtluse katkestamise suhtes.
Kraanad ja rasketehnika
Kraanad, pöörlevad platvormid ja ehitusmasinad kannavad jõudu tulede, juhtseadiste, kaamerate ja juhtimissüsteemide jaoks. Need saidid lisavad vibratsiooni, kokkupuudet välistingimustes ja tugevat elektrilist müra, mis surub konstruktsiooni tugevate korpuste, tihenduse ja varjestuse hoolika maandamise poole.
Meditsiini- ja pildisüsteemid
Pildistamisplatvormid ja sarnased seadmed nõuavad kompaktset suurust, sujuvat pöörlemist ja puhast andmeedastust, kuna signaali katkestus võib mõjutada pilti või mõõtmist. Need konstruktsioonid eelistavad madala-müratasemega kontakte ja konservatiivseid testimismarginaale; vaadake meie juhenditmeditsiiniseadmete libisemisrõngadkonkreetsete piirangute jaoks.
Seire-, radar- ja pöörlevad andurid
Pan-kallutuspead, radari pjedestaalid ja pöörlevad anduripaketid ühendavad toite video, Etherneti, RF{1}}seotud signaalide või juhtimisandmetega. Pidev pöörlemine ja suure-ribalaiusega signaalid muudavad kontrollitud takistuse ja madala müra prioriteediks.
Korduma kippuvad küsimused
Kas üks libisemisrõngas võib edastada nii toite kui ka Etherneti?
Jah. Libustusrõngas võib toite ja Etherneti koos kanda, kui sisemine paigutus, kontaktsüsteem, kaablite marsruut ja varjestus on kavandatud vajaliku andmeedastuskiiruse ja elektrikeskkonna jaoks.
Kas libisemisrõngas võib Gigabit Etherneti edastada?
Saab küll. Gigabiti lingid vajavad impedantsi-kontrollitud varjestatud keerdpaare spetsiaalsetel kontaktidel, mis on hoitud eemal toite- ja lülitusahelatest ning kaabli varjestus on läbi rõnga. Kui see on paigas, on pideva pöörlemise kaudu saavutatav täielik Gigabitine läbilaskevõime.
Kas toite- ja andmeahelad tuleb libisemisrõnga sees eraldada?
Enamikus kombineeritud kujundustes jah. Eraldamine vähendab EMI-d, ülekõnet ja signaali moonutusi. Kui suur eraldatus sõltub võimsustasemest, signaali tüübist ja saadaolevast ruumist.
Kuidas vältida signaali häireid libisemisrõngas?
Kihilise lähenemisviisi kaudu: füüsiline vahekaugus toite- ja signaalirõngaste vahel, varjestatud kaabeldus pidevate varjestustega, spetsiaalsed maandus- või varjeahelad, mõistlik ahelate rühmitamine ja vajaduse korral eraldi moodulid või RFI-tõkked.
Kas Etherneti libisemisrõngad vajavad varjestatud keerdpaare?
Usaldusväärse -kiire Etherneti jaoks, mis on vooluvõrgus või mürarikkas masinas, on varjestatud keerdpaarid turvaline valik ja varjestust tuleks jätkata pöörleva liidese kaudu. Lühikesed, madala kiirusega-lingid puhastes keskkondades võivad mõnikord kasutada varjestamata paare, kuid otsus peaks järgima protokolli, EMI riski ja maandusmeetodit.
Mis põhjustab andmete kadumist libisemisrõngas?
Tavalisteks põhjusteks on EMI-ühendus toiteahelatest, kanalitevaheline ülekanne, impedantsi mittevastavus, purunenud või valesti otsaga varjestus, kontakti{0}}takistusmüra pöörlemise ajal ja marsruutimine, mis asetab andmeliinid müraallikatele liiga lähedale. Enamik neist ilmneb CRC-vigade, kordusedastuste, kodeerija värina või katkendliku väljalangemisena.
Kas mul on alati vaja varjestatud kaableid?
Mitte alati. Varjestatud kaablid on kõige olulisemad elektriliselt mürarikkas keskkonnas või siis, kui ülejäänud süsteem kasutab juba varjestatud kaablit. Tehke otsus protokolli, EMI riski, maandusmeetodi ja üldiste süsteeminõuete alusel.
Millal peaksin valima kohandatud libisemisrõnga?
Valige kohandatud, kui rakendus segab suure võimsusega-tundlikke andmeid, sellel on piiratud ruum või spetsiaalne kinnitus, see töötab karmides tingimustes või vajab ranget signaali usaldusväärsust. Kui mõni üksik nõue on ebatavaline, on kohandatud kujundus tavaliselt madalam-risk.
Võtmed kaasavõtmiseks
Toite- ja andmelibisemisrõngad võimaldavad masinal edastada elektritoite- ja sidesignaale pideva pöörlemise kaudu ühes integreeritud komplektis. Usaldusväärne jõudlus ei tulene ahelate lisamisest. See tuleneb koostu kavandamisest signaali isoleerimise, varjestuse, maanduse, paigutuse, mehaaniliste piirangute ja tegeliku töökeskkonna järgi, seejärel kontrollitakse tulemust testimise teel.
Lihtsate tööde jaoks võib piisata tavalisest libisemisrõngast. Segatoite, Etherneti, CAN siini, video, kodeerija või anduri signaalide jaoks vähendab otstarbekohane{1}}konstruktsioon integreerimisriski ja parandab pikaajalist töökindlust. Esmalt määratlege oma võimsus, protokollid, mehaaniline ümbris, keskkond ja maandusstrateegia; õige spetsifikatsiooniga, akohandatud libisemisrõnga lahendusvõib pakkuda puhta, kompaktse ja töökindla pöörleva ühenduse nõudlike seadmete jaoks.