วงแหวนส่งกำลังและสัญญาณ: หลีกเลี่ยง EMI และการสูญเสียสัญญาณ

แหวนสลิปกำลังและสัญญาณ หรือที่เรียกว่าแหวนสลิปแบบไฮบริดหรือแหวนสลิปกำลังและข้อมูล จะถ่ายโอนพลังงานไฟฟ้าและสัญญาณการสื่อสารระหว่างเฟรมที่อยู่กับที่และชิ้นส่วนที่หมุนอยู่ในชุดประกอบเดียว ช่วยให้เครื่องจักรหมุนได้อย่างต่อเนื่องโดยไม่ต้องบิดสายเคเบิล จำกัดการเคลื่อนไหว หรืออาศัยการจัดการสายเคเบิลที่ซับซ้อน

สลิปริงหนึ่งวงสามารถส่งทั้งกำลังและสัญญาณพร้อมกันได้ คำถามที่ยากกว่าก็คือ มันจะเชื่อถือได้ต่อไปอีกหลายปีหรือไม่ วงจรไฟฟ้า โดยเฉพาะอย่างยิ่ง-แรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าหรือสูงกว่า- วงจรไฟฟ้าในปัจจุบัน จะสร้างสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้า วงจรการสื่อสาร เช่น อีเทอร์เน็ต, ข้อมูลป้อนกลับของตัวเข้ารหัส, CAN บัส และ RS485 ขึ้นอยู่กับการป้องกัน การกำหนดเส้นทางที่มีการควบคุม และการแยกทางกายภาพภายในวงแหวน ในระหว่างการทบทวนการออกแบบจริง คำถามแรกมักไม่ค่อยมีคำถามว่า "มีกี่วงจร" มันคือ "สัญญาณแต่ละอย่างไวแค่ไหน และมีอะไรอยู่ข้างๆ สัญญาณนั้น"

คู่มือนี้จะอธิบายวิธีรวมกำลังและการสื่อสารไว้ในสลิปริงเดียว ซึ่งรายละเอียดการออกแบบมีความสำคัญจริงๆ สิ่งที่มีแนวโน้มที่จะผิดพลาด และข้อมูลที่ต้องเตรียมก่อนขอการประกอบแบบกำหนดเอง

แหวนสลิปหนึ่งตัวสามารถบรรทุกทั้งกำลังและสัญญาณได้หรือไม่?

ใช่. สลิปริงตัวเดียวสามารถออกแบบให้ส่งกำลัง สัญญาณควบคุม และข้อมูลการสื่อสารร่วมกันได้ ผลิตภัณฑ์ชนิดเดียวกันนี้เรียกว่าสลิปริงกำลังและสัญญาณ สลิปริงกำลังและข้อมูล วงแหวนสลิปไฮบริด หรือแหวนสลิปกำลังและการสื่อสาร ขึ้นอยู่กับการใช้งานและการผสมผสานของวงจร

แหวนสลิปไฮบริดสามารถรวมสิ่งต่อไปนี้ไว้ในตัวเครื่องเดียว:

• วงจรไฟฟ้าสำหรับมอเตอร์ เครื่องทำความร้อน ไฟส่องสว่าง เครื่องมือ หรืออุปกรณ์หมุน
• วงจรควบคุมแรงดันไฟฟ้าต่ำ-
• สัญญาณเซ็นเซอร์ดิจิตอลหรืออนาล็อก
• คำติชมของตัวเข้ารหัสหรือตัวแก้ไข
• อีเทอร์เน็ตหรือการสื่อสารฟิลด์บัสอุตสาหกรรม
• วิดีโอ, RF หรือช่องความถี่สูง-ในการออกแบบเฉพาะทาง

จุดสำคัญคือไม่ควรรวมวงจรเหล่านี้เข้าด้วยกัน การออกแบบที่เชื่อถือได้จะต้องชั่งน้ำหนักโหลดปัจจุบัน ระดับแรงดันไฟฟ้า ความไวของสัญญาณ การป้องกันสายเคเบิล เค้าโครงภายใน ความเร็วในการหมุน ความเสี่ยงต่อสิ่งแวดล้อม และอายุการใช้งานที่คาดหวัง รับสิ่งที่ถูกต้องและชุดประกอบหนึ่งชิ้นสามารถเปลี่ยนขั้วต่อแบบหมุนที่พันกัน

แหวนสลิปกำลังและสัญญาณคืออะไร?

วงแหวนสลิปกำลังและสัญญาณคือขั้วต่อแบบหมุนระบบเครื่องกลไฟฟ้าที่ส่งพลังงานไฟฟ้าและข้อมูลผ่านอินเทอร์เฟซแบบหมุน ด้านหนึ่งของตัวเครื่องได้รับการแก้ไขแล้ว และอีกด้านจะหมุนได้ หากไม่มีแหวนสลิป สายไฟระหว่างทั้งสองก็จะบิดเบี้ยว ล้า และแตกหักในที่สุด แหวนสลิปจะรักษาเส้นทางไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องผ่านวงแหวนและแปรงที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า ดังนั้นวงจรจึงยังคงสภาพเดิมในขณะที่เครื่องหมุน เมื่อขนาดแค็ตตาล็อกมาตรฐานไม่ตรงกับวงจรผสม กแหวนสลิปแบบกำหนดเองถูกสร้างขึ้นโดยใช้เครื่องจักรจริงแทนที่จะเป็นอย่างอื่น

วงจรไฟฟ้า

วงจรไฟฟ้าส่งพลังงานที่ส่งอุปกรณ์ไปทางด้านหมุน โดยระบุด้วยแรงดัน กระแส จำนวนวงจร หน้าที่การทำงาน และระยะขอบด้านความปลอดภัย ตัวอย่างทั่วไป ได้แก่ กำลังมอเตอร์ กำลังควบคุม 24 VDC กำลังเครื่องทำความร้อน ไฟส่องสว่าง กำลังเครื่องมือ และวงจรเซอร์โวหรือไดรฟ์ กระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นและแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นนั้นต้องการตัวนำที่มีขนาดใหญ่ขึ้น ระยะห่างของฉนวนที่กว้างขึ้น การจัดการระบายความร้อนที่ดีขึ้น และระยะขอบด้านความปลอดภัยที่ระมัดระวังมากขึ้น

วงจรสัญญาณและการสื่อสาร

วงจรสัญญาณส่งข้อมูลมากกว่าพลังงานจำนวนมาก: การควบคุมการเปิด/ปิด, เอาต์พุตเซ็นเซอร์แอนะล็อก, ข้อมูลป้อนกลับของตัวเข้ารหัส, ลิงก์อนุกรม, ข้อมูลฟิลด์บัส และอีเธอร์เน็ต ประเภททั่วไป ได้แก่ อีเธอร์เน็ต, CAN บัส, RS485/RS422, PROFIBUS, PROFINET, EtherCAT, Modbus, ข้อมูลป้อนกลับของตัวเข้ารหัส, สัญญาณเทอร์โมคัปเปิลและอุณหภูมิ, เซ็นเซอร์จำกัดและพร็อกซิมิตี้ และสัญญาณกล้องหรือวิดีโอในระบบเฉพาะทาง วงจรเหล่านี้มีความไวต่อสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้า -ความแปรผันของความต้านทานหน้าสัมผัส อิมพีแดนซ์ไม่ตรงกัน และการป้องกันที่แย่กว่าสายไฟธรรมดามาก

เหตุใดการรวมพลังและการสื่อสารจึงต้องอาศัยวิศวกรรมอย่างระมัดระวัง

ความท้าทายไม่ได้อยู่ที่ว่าพลังและสัญญาณสามารถแบ่งปันร่างกายเดียวกันได้หรือไม่ พวกเขาทำได้ ความท้าทายคือการรักษาการสื่อสารให้สะอาดในขณะที่วงจรกระแสสูง-เปลี่ยนห่างออกไปสองสามมิลลิเมตร

การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า

วงจรกระแสสูงและสวิตชิ่ง-จะแผ่สัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า และสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมที่มี-ไดรฟ์ความถี่แปรผัน เซอร์โวมอเตอร์ และการสลับโหลดอุปนัยจำนวนมากบ่อยครั้งเป็นเงื่อนไขที่สากลมาตรฐานความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าถือว่ารุนแรง. หากสัญญาณรบกวนดังกล่าวเชื่อมต่อกับสายสื่อสารภายในสลิปริง อาการจะเกิดขึ้นอย่างเป็นรูปธรรม: แพ็กเก็ตอีเธอร์เน็ตหลุด, ขอบตัวเข้ารหัสที่นับผิด, การอ่านแบบอะนาล็อกที่คลาดเคลื่อน และข้อผิดพลาดเป็นระยะๆ ที่น่าติดตามจนน่าขนลุก ความเสี่ยงจะเพิ่มขึ้นตามความเร็วของสวิตช์ กระแสไฟ และความยาวของสายเคเบิล

ครอสทอล์คระหว่างวงจร

ครอสทอล์คคือพลังงานจากวงจรหนึ่งไปยังอีกวงจรหนึ่งผ่านเส้นทางภายในแบบปิด สายที่ไม่มีการชีลด์ หรือวงแหวนที่จัดกลุ่มโดยไม่มีการแยกที่เพียงพอ สัญญาณแอนะล็อกระดับต่ำ-และข้อมูลความเร็วสูง-เป็นสัญญาณแรกๆ ที่ได้รับผลกระทบ ในขณะที่วงจรควบคุมหน้าสัมผัสแห้ง-ที่ทนทานจะช่วยลดปัญหาดังกล่าว การทำแผนที่ว่าช่องใดสามารถทนต่อสัญญาณรบกวนได้และช่องใดไม่สามารถเป็นก้าวแรกได้ป้องกันสัญญาณรบกวนระหว่างช่องสัญญาณ.

ติดต่อสัญญาณรบกวนและความสมบูรณ์ของสัญญาณ

แหวนสลิปส่งผ่านหน้าสัมผัสที่กำลังเคลื่อนที่ ในผลิตภัณฑ์-ที่สร้างขึ้นมาอย่างดีอินเทอร์เฟซมีความเสถียร แต่วัสดุสัมผัส การออกแบบแปรง ความเร็ว การสั่นสะเทือน ผิวสำเร็จ และการปนเปื้อน ล้วนส่งผลต่อพฤติกรรมระยะยาว- สำหรับข้อมูลความเร็วสูง-สิ่งนี้สำคัญที่สุด: เส้นทาง Gigabit จำเป็นต้องมีความต้านทานที่ได้รับการควบคุม การสะท้อนน้อยที่สุด และการสูญเสียการแทรกต่ำ ข้อกำหนดเหล่านั้นเป็นจริงสำหรับอีเทอร์เน็ต วิดีโอโคแอกเชียล และ RF และไม่เกี่ยวข้องโดยมากสำหรับลิมิตสวิตช์ 24 V ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมจึงไม่ควรระบุทั้งสองแบบในลักษณะเดียวกัน

ข้อจำกัดด้านพื้นที่

ผู้ซื้อส่วนใหญ่ต้องการชุดประกอบขนาดกะทัดรัดชิ้นเดียวเพื่อพกพาทุกอย่าง: พลังงาน, อีเธอร์เน็ต, เซ็นเซอร์, บางครั้งอาจเป็นอากาศหรือของเหลว รวมถึงคุณสมบัติการติดตั้ง พื้นที่ในหุ่นยนต์ เครื่องจักรบรรจุภัณฑ์ ระบบกล้อง และแท่นหมุนมีจำกัด การออกแบบที่กะทัดรัดสามารถทำได้ แต่ขนาดเล็กลงไม่ได้ดีกว่าโดยอัตโนมัติ หากการหดตัวของร่างกายต้องแลกกับการแยก การเป็นฉนวน การป้องกัน หรือความสามารถในการซ่อมบำรุง บรรจุภัณฑ์จะแลกกับการสูญเสียความน่าเชื่อถือ

หมายเหตุทางวิศวกรรม: ตัดสินแหวนสลิปไฮบริดจากสัญญาณที่อ่อนที่สุด ไม่ใช่จำนวนวงจร คู่ตัวเข้ารหัสที่ไม่มีการหุ้มฉนวนหนึ่งคู่ที่เดินข้างวงจรสวิตชิ่งมอเตอร์อาจทำให้เกิดการหยุดทำงานมากกว่าวงแหวนส่งกำลังพิเศษสิบวงที่เคยมีมา

การกำหนดค่าแหวนสลิปไฮบริดทั่วไป

หลักการนั้นง่ายต่อการนำไปใช้กับตัวอย่างที่เป็นรูปธรรม ชุดค่าผสมด้านล่างเป็นตัวแทนของคำขอทั่วไปแทนที่จะเป็นแค็ตตาล็อกคงที่รายการเดียว และแสดงให้เห็นว่าการผสมสัญญาณ ไม่ใช่จำนวนวงจรพาดหัว ขับเคลื่อนการออกแบบอย่างไร:

• ป้อมปืนบรรจุภัณฑ์:การควบคุม 24 VDC + 2 x กำลังมอเตอร์ 10 A + อีเทอร์เน็ต I/O ดิจิทัลความเร็วต่ำ- ประมาณ 8 + 1 x 100 Mbps เส้นทางอีเทอร์เน็ตกำหนดกลยุทธ์การแยกภายใน แม้ว่ากำลังไฟและวงจร I/O จะมีจำนวนมากกว่าก็ตาม
• โต๊ะหมุนที่ขับเคลื่อนด้วยเซอร์โว-:กำลังมอเตอร์ + การตอบสนองของตัวเข้ารหัสส่วนต่าง (A/B/Z) ความสมบูรณ์ของตัวเข้ารหัสจะกำหนดความแม่นยำของเครื่องจักร ดังนั้นคู่ป้อนกลับจะได้เส้นทางที่สะอาดที่สุดและมีการป้องกันมากที่สุดในวงแหวน
• แพลตฟอร์มเครื่องมือวัด:24 VDC + RS485 (Modbus) + ช่องเซ็นเซอร์อนาล็อกหลายช่อง ในที่นี้เส้นอะนาล็อกและบัสอนุกรมดิฟเฟอเรนเชียลเป็นองค์ประกอบที่ละเอียดอ่อน และระเบียบวินัยในการต่อสายดินมีความสำคัญมากกว่าขนาดดิบ

แหวนสลิปไฮบริดสามารถส่งสัญญาณอะไรได้บ้าง?

สัญญาณหลายประเภทสามารถรวมเข้ากับกำลังไฟได้ แต่แต่ละประเภทมีข้อกำหนดที่แตกต่างกัน และการถือว่าสัญญาณเหล่านั้นใช้แทนกันได้ถือเป็นข้อผิดพลาดในการออกแบบที่พบบ่อยที่สุด

สัญญาณควบคุมความเร็วต่ำ-

การควบคุมอย่างง่าย ลิมิตสวิตช์ รีเลย์ และ I/O ดิจิทัลพื้นฐานเป็นวิธีที่ง่ายที่สุดในการส่งสัญญาณ พวกเขายังคงต้องการคุณภาพหน้าสัมผัสที่เพียงพอและพิกัดแรงดันและกระแสที่ถูกต้อง แต่ทนต่อเสียงรบกวนได้ดี

สัญญาณเซ็นเซอร์แบบอะนาล็อก

เอาต์พุตแบบอะนาล็อกจากเซ็นเซอร์อุณหภูมิ ความดัน หรือความเครียดมีความไวต่อสัญญาณรบกวนและแรงดันตกคร่อม และยิ่งระดับสัญญาณต่ำลง การป้องกัน การต่อสายดิน และการกำหนดเส้นทางก็จะยิ่งตัดสินว่าการอ่านนั้นสามารถใช้งานได้หรือไม่

สัญญาณตัวเข้ารหัสและสัญญาณตอบรับ

สัญญาณตัวเข้ารหัสจะปิดลูปในการควบคุมการเคลื่อนไหว ดังนั้นคุณภาพที่ลดลงจะแสดงเป็นข้อผิดพลาดของตำแหน่ง การเคลื่อนไหวไม่เสถียร หรือการหยุดทำงานที่ไม่คาดคิด เลือกสลิปริงตามประเภทตัวเข้ารหัส รูปแบบสัญญาณ ความเร็ว และความยาวสายเคเบิล ไม่ใช่แค่จำนวนช่องสัญญาณ สำหรับแขนหมุนและเอ็ฟเฟ็กเตอร์ส่วนปลาย aแหวนสลิปสัญญาณที่สร้างขึ้นสำหรับหุ่นยนต์ได้คำนึงถึงเส้นทางคำติชมเหล่านี้แล้ว

อีเธอร์เน็ตและการสื่อสารทางอุตสาหกรรม

อีเธอร์เน็ตสมควรได้รับความสนใจมากกว่าสัญญาณควบคุมใดๆ เส้นทางต้องรองรับอัตราข้อมูลที่ต้องการและรักษาคุณลักษณะทางไฟฟ้าของลิงก์ เส้นทาง Fast Ethernet 100 Mbps และเส้นทาง Gigabit ไม่สามารถใช้แทนกันได้: การบิดคู่ ความต่อเนื่องของเกราะ และเส้นทางภายในทั้งหมดจะกระชับขึ้นเมื่อความเร็วเพิ่มขึ้น ซึ่งเป็นจุดที่ฝังรากอยู่ในกฎเลเยอร์ทางกายภาพ-ของมาตรฐานอีเธอร์เน็ต IEEE 802.3. โปรโตคอลอุตสาหกรรมแบบเรียลไทม์- เช่น PROFINET, EtherNet/IP และ EtherCAT ซึ่ง

กลุ่มเทคโนโลยี EtherCATกำหนดไว้เหนือฮาร์ดแวร์อีเธอร์เน็ตมาตรฐาน ควรขี่เส้นทางที่ออกแบบมาสำหรับโปรโตคอลนั้นแทนที่จะเป็นตัวเชื่อมต่อทั่วไป การรักษาที่ลึกซึ้งกว่านี้มีชีวิตอยู่

คำแนะนำเกี่ยวกับแหวนสลิปอีเทอร์เน็ต.

สัญญาณวิดีโอและความถี่สูง-

สัญญาณวิดีโอ, RF และความถี่สูงอื่นๆ-อาจต้องมีการออกแบบหน้าสัมผัสพิเศษ เส้นทางโคแอกเซียล อิมพีแดนซ์แบบควบคุม หรือเทคโนโลยีทางเลือกทั้งหมด ตัดสินใจตั้งแต่เนิ่นๆ เนื่องจากการดัดแปลงให้เข้ากับการออกแบบที่เสร็จสมบูรณ์นั้นไม่ค่อยสะอาดนัก

วิธีลดการรบกวนและป้องกันสัญญาณภายในแหวนสลิป

แหวนสลิปกำลังและสัญญาณที่เชื่อถือได้มักจะอาศัยการทำงานร่วมกันหลายวิธีต่อไปนี้

1. แยกส่วนกำลังและสัญญาณ

รักษาช่องทางการสื่อสารที่ละเอียดอ่อนให้ห่างจากวงจร-ไฟฟ้าแรงสูงและกระแสสูง-โดยการกำหนดฮาร์ดแวร์ของตัวเอง: แกนประมวลผลสองแกนที่แยกกันทางกายภาพซ้อนกันภายในตัวเครื่องเดียว กลุ่มวงแหวนที่แตกต่างกัน หรือโซนภายในเฉพาะ นี่เป็นการวัดผลที่มีประสิทธิภาพสูงสุดเพียงวิธีเดียวเมื่อวงแหวนส่งอีเทอร์เน็ต ข้อมูลป้อนกลับของตัวเข้ารหัส หรือสัญญาณรบกวนอื่นๆ-

2. ใช้แผ่นกั้นและแผ่นกั้นฉนวน

ตัวแบ่งที่ไม่-นำไฟฟ้าระหว่างส่วนกำลังและสัญญาณจะเพิ่มสิ่งกีดขวางทางกายภาพและปรับปรุงการแยกตัว รายละเอียดขึ้นอยู่กับขนาดวงแหวน จำนวนวงจร แรงดันไฟฟ้า และโครงสร้าง และในกรณีที่ระยะห่างตามผิวฉนวน ชั้นฉนวน หรือไดอิเล็กทริกทนทานต่อสารต่างๆ ควรระบุสิ่งกีดขวางโดยเทียบกับระยะห่างด้านความปลอดภัยที่เกี่ยวข้อง แทนที่จะบวกด้วยตา แผ่นกั้นไม่ใช่วิธีแก้ปัญหาที่สมบูรณ์ด้วยตัวมันเอง แต่ก็ได้รับตำแหน่งในกลยุทธ์การแยกที่กว้างขึ้น

3. ให้การสื่อสารเป็นการประกอบ-ย่อยแบบปิดผนึกของตนเองในรูปแบบเจาะขนาดใหญ่-

ในการประกอบ-ท่อเจาะขนาดใหญ่และกระแสไฟสูง- การแยกส่วนที่แข็งแกร่งที่สุดคือการสร้างช่องทางการสื่อสารเป็น-โมดูลที่มีในตัวเอง ซึ่งมักจะเป็น-แหวนสลิปของท่อที่เล็กกว่า ติดตั้งอยู่ภายในตัวเครื่องหลักและปิดผนึกออกจากส่วนกำลังที่อยู่โดยรอบ จากนั้นเส้นทางข้อมูลจะได้รับระยะห่างทางกายภาพที่กว้างที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้จากตัวนำไฟฟ้าจำนวนมาก บวกกับกล่องหุ้มที่ได้รับการป้องกันด้วยตัวมันเอง โดยเก็บให้ห่างจากความร้อนและเศษเล็กเศษน้อยที่เกิดจากด้านกำลังไฟ ซึ่งเหมาะกับข้อต่อแบบหมุนที่มีกำลังสูง- โดยที่คอร์ที่ใช้ร่วมกันเพียงแกนเดียวจะบังคับให้ช่องอีเธอร์เน็ตหรือตัวเข้ารหัสที่มีความละเอียดอ่อนต้องอยู่ใกล้กับกระแสไฟฟ้าแรงอย่างไม่สบายตัว โดยจะเพิ่มต้นทุนชิ้นส่วนและการประกอบเมื่อเทียบกับแผ่นกั้น แต่ในการออกแบบที่มีความต้องการสูง มักจะเป็นสิ่งที่แยกการสื่อสารส่วนน้อยออกจากการสื่อสารที่เชื่อถือได้

4. ใช้สายเคเบิลที่มีฉนวนหุ้ม และปิดฉนวนให้ถูกต้อง

วงจรการสื่อสารที่เดินใกล้สายไฟจำเป็นต้องมีสายเคเบิลหุ้มฉนวน สำหรับอีเทอร์เน็ตและสัญญาณความเร็วสูง-อื่นๆ ประเภทสายเคเบิล ขั้วต่อ การบิดคู่ การสิ้นสุดของชีลด์ และการต่อสายดินล้วนนับรวม จะต้องยกโล่ผ่านชุดประกอบและติดทั้งด้านหมุนและด้านที่อยู่นิ่ง แทนที่จะปล่อยให้ลอยอยู่ที่ปลายด้านหนึ่ง ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยที่สุดคือการระบุสายเคเบิลที่มีฉนวนหุ้มแล้วไม่สนใจว่าฉนวนจะสิ้นสุดอย่างไร โล่ที่สิ้นสุดอย่างไม่ดีจะยกเลิกการออกแบบส่วนที่เหลือ นี่คือหัวใจของประสิทธิผลการป้องกันเพื่อการส่งสัญญาณที่เชื่อถือได้.

5. เดินสายไฟฟ้าและสัญญาณบนเส้นทางแยกกัน

แม้จะอยู่ภายในชุดประกอบเดียว ให้วางแผนการเดินสายไฟ อย่ามัดรวมสายไฟและสายสัญญาณ เว้นแต่จะมีการตรวจสอบสัญญาณรบกวนและความปลอดภัยแล้ว ในกรณีที่มีพื้นที่ว่าง ให้เดินสายสื่อสารผ่านช่องทางภายในที่แยกจากกัน ซึ่งมักจะเป็นท่อกลาง ในขณะที่ตัวนำไฟฟ้าไปตามเส้นทางอื่น เป้าหมายคือการแยกจากด้านที่อยู่กับที่ไปยังด้านที่หมุนอย่างสม่ำเสมอ

6. ใช้โมดูลข้อมูลเฉพาะเมื่อโปรโตคอลต้องการ

สลิปริงบางอันไม่เหมาะกับข้อมูลความเร็วสูง- อีเทอร์เน็ต อีเทอร์เน็ตอุตสาหกรรม วิดีโอความละเอียดสูง- หรือสัญญาณความถี่สูง-อื่นๆ อาจต้องใช้โมดูลข้อมูลเฉพาะที่ออกแบบมาสำหรับโปรโตคอลนั้น ก่อนที่จะแนะนำการออกแบบ ผู้ผลิตควรทราบอัตราข้อมูล โปรโตคอล ประเภทสายเคเบิลและตัวเชื่อมต่อ และอัตราข้อผิดพลาดที่ยอมรับได้

แหวนสลิปกำลังและสัญญาณเทียบกับตัวเลือกอื่น ๆ

แหวนสลิปไฮบริดไม่ใช่คำตอบเสมอไป ตัวเลือกที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับความต้องการข้อมูล ระดับพลังงาน พื้นที่ ต้นทุน และเป้าหมายความน่าเชื่อถือ ใช้ตารางด้านล่างนี้เป็นตัวช่วยในการตัดสินใจ แทนที่จะเป็นรายการคุณลักษณะ

สำหรับเครื่องจักรอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ที่ผสมกำลังปานกลางเข้ากับเซ็นเซอร์ การควบคุม และการสื่อสาร สลิปริงแบบไฮบริดแบบกำหนดเองจะให้ความสมดุลที่ดีที่สุด แต่หลังจากที่ผสมสัญญาณได้รับการแมปและป้องกันช่องสัญญาณที่ละเอียดอ่อนแล้วเท่านั้น เมื่ออัตราการส่งข้อมูลหรือสภาพแวดล้อม EMI ดันทองแดงถึงขีดจำกัดข้อต่อแบบหมุนไฟเบอร์ออปติกเป็นตัวเลือกที่ตรงไปตรงมามากกว่า เนื่องจากการป้องกันเสียงรบกวนนั้นมาจากการพาแสงแทนที่จะเป็นกระแส

ขั้นตอนการตัดสินใจออกแบบที่เรียบง่าย

เมื่อโครงการเริ่มต้น ให้ดำเนินการตามข้อกำหนดตามลำดับนี้ ประเภทผลิตภัณฑ์ที่เหมาะสมมักจะชัดเจนในขั้นตอนสุดท้าย

• ขั้นตอนที่ 1: กำหนดโหลดพลังงานวงจร แรงดันไฟฟ้า กระแส AC หรือ DC และหน้าที่ ซึ่งจะตั้งค่าขนาดแหวน หน้าตัดของตัวนำ- ระยะห่างของฉนวน และการเพิ่มขึ้นของความร้อน
• ขั้นตอนที่ 2: จัดอันดับความไวของสัญญาณแยกการควบคุมที่ทนทานออกจากอะนาล็อกที่ละเอียดอ่อน ตัวเข้ารหัส และข้อมูลความเร็วสูง- สัญญาณที่ละเอียดอ่อนที่สุดจะขับเคลื่อนโครงร่างภายใน ไม่ใช่สัญญาณที่มีจำนวนมากที่สุด
• ขั้นตอนที่ 3: ปักหมุดอัตราข้อมูลและโปรโตคอลFast Ethernet และ Gigabit ไม่ใช่งานเดียวกัน และ fieldbus ก็มีความคาดหวังทางไฟฟ้าเป็นของตัวเอง
• ขั้นตอนที่ 4: จับคู่สภาพแวดล้อมและพื้นที่ระดับ IP, อุณหภูมิ, การสั่นสะเทือน, ขนาดเจาะทะลุ- และทางออกของสายเคเบิล
• ขั้นตอนที่ 5: ตัดสินใจเลือกมาตรฐาน กำหนดเอง หรือไฟเบอร์เฉพาะตอนนี้เท่านั้นที่การแลกเปลี่ยน-ระหว่างชิ้นส่วนในสต็อก ไฮบริดแบบกำหนดเอง และเส้นทางออปติคัลได้รับการแก้ไขอย่างเรียบร้อย

เมื่อใดที่แหวนส่งกำลังและสัญญาณเป็นตัวเลือกที่เหมาะสม?

แหวนสลิปมาตรฐานจะเพียงพอเมื่อการใช้งานมีวงจรกำลังอย่างง่าย สัญญาณความเร็วต่ำ- ความเร็วปานกลาง และสภาพแวดล้อมที่สะอาด วงแหวนส่งกำลังและสัญญาณแบบกำหนดเองเป็นตัวเลือกที่ดีกว่าเมื่อมีหลายสิ่งต่อไปนี้:

• พลังงานและการสื่อสารจะต้องบูรณาการไว้ในชุดเดียว
• จำเป็นต้องมีการสื่อสารอีเทอร์เน็ตหรือฟิลด์บัส
• พื้นที่มีจำกัด
• แอปพลิเคชันใช้กระแสไฟฟ้าแรงสูงหรือไฟฟ้าแรงสูง
• สภาพแวดล้อมที่รุนแรง
• จำเป็นต้องมีขั้วต่อพิเศษ ทางออกของสายเคเบิล หรือรูทะลุ-
• คุณภาพของสัญญาณมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อประสิทธิภาพของเครื่องจักร
• เครื่องจักรต้องการความน่าเชื่อถือในระยะยาว-โดยมีเวลาหยุดทำงานน้อยที่สุด

กำหนดเองไม่ได้หมายความว่าซับซ้อนโดยไม่จำเป็น บ่อยครั้งที่วิธีนี้เป็นวิธีที่ปลอดภัยที่สุดในการติดตั้งแหวนสลิปเข้ากับเครื่องจักรจริง แทนที่จะบังคับเครื่องจักรไปรอบๆ สินค้าในสต๊อก

วิธีระบุกำลังและแหวนสลิปสัญญาณ

ยิ่งข้อกำหนดสมบูรณ์มากเท่าไร การออกแบบก็จะยิ่งแม่นยำมากขึ้นเท่านั้น "เราต้องการพลังงานและอีเทอร์เน็ต" ไม่เพียงพอที่จะกล่าวอ้าง ทำงานผ่านสี่ด้านด้านล่าง มีการร้องขอแต่ละรายการเนื่องจากมีการเปลี่ยนแปลงการออกแบบ

ข้อกำหนดด้านไฟฟ้า

• จำนวนวงจรไฟฟ้า และแรงดันและกระแสสำหรับแต่ละวงจร
• AC หรือ DC และหน้าที่ต่อเนื่องหรือไม่สม่ำเสมอ
• กระแสสูงสุดตามที่เกี่ยวข้อง
• ข้อกำหนดในการต่อสายดิน ฉนวน และการรับรองใดๆ

วงจรไฟฟ้าจะกำหนดขนาดของวงแหวน การออกแบบตัวนำ ระยะห่างของฉนวน การเพิ่มขึ้นของความร้อน และระยะปลอดภัยของวงแหวน

ข้อกำหนดด้านสัญญาณและการสื่อสาร

• ประเภทสัญญาณหรือโปรโตคอล และอัตราข้อมูล
• ประเภทสายเคเบิล ประเภทตัวเชื่อมต่อ และจำนวนช่อง
• ข้อกำหนดการป้องกันและความยาวสายเคเบิลสูงสุด
• อัตราความผิดพลาดที่ยอมรับได้ และไม่ว่าสัญญาณจะเป็นอนาล็อก ดิจิตอล ดิฟเฟอเรนเชียล หรือความถี่สูง

สำหรับอีเทอร์เน็ตหรืออีเทอร์เน็ตอุตสาหกรรม ให้ระบุโปรโตคอลและอัตราข้อมูลที่แน่นอน วงแหวนที่จัดการสัญญาณความเร็วต่ำ-อาจผิดปกติสำหรับการสื่อสารความเร็วสูง-

ข้อกำหนดทางกล

• ทะลุ-ขนาดรู เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก และขีดจำกัดความยาว
• วิธีการติดตั้ง ความเร็วการหมุน และทิศทาง
• การหมุนอย่างต่อเนื่องหรือไม่สม่ำเสมอ
• ทิศทางทางออกของสายเคเบิล ตำแหน่งขั้วต่อ และพื้นที่โดยรอบ

ขีดจำกัดทางกลไกมักจะตัดสินว่าโมเดลสต็อกจะพอดีหรือจำเป็นต้องมีงานประกอบแบบกำหนดเองหรือไม่ เมื่อการออกแบบต้องผ่านเพลา สายไฟ หรือสื่อผ่านตรงกลาง กผ่าน-แหวนสลิปของเจาะมักจะเป็นจุดเริ่มต้น

ข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อม

• การใช้งานในร่มหรือกลางแจ้ง ช่วงอุณหภูมิ และความชื้น
• การสัมผัสฝุ่น น้ำมัน หรือน้ำ และการสั่นสะเทือนหรือการกระแทก
• สภาวะที่มีฤทธิ์กัดกร่อนและระดับ IP ที่ต้องการ
• การเข้าถึงการบำรุงรักษาและอายุการใช้งานที่คาดหวัง

สภาพแวดล้อมเป็นตัวขับเคลื่อนการเลือกวัสดุ การปิดผนึก และระดับการป้องกัน การจัดระดับ IP ที่ต้องการนั้นเป็นไปตามระบบสอง-หลักที่กำหนดไว้ไออีซี 60529โดยที่หลักแรกครอบคลุมของแข็งและหลักที่สองครอบคลุมน้ำ ดังนั้นการตั้งชื่อเป้าหมาย เช่น IP54 หรือ IP65 จะบอกผู้ผลิตได้อย่างแม่นยำว่าการปิดผนึกโครงสร้างต้องบรรลุผลอย่างไร

ข้อผิดพลาดทั่วไปที่ควรหลีกเลี่ยง

การรักษาวงจรทั้งหมดเหมือนกัน

พลังงาน อนาล็อก การตอบสนองของตัวเข้ารหัส และอีเทอร์เน็ตมีความต้องการที่แตกต่างกัน การจัดกลุ่มโดยไม่ต้องชั่งน้ำหนักเสียงรบกวน การป้องกัน และการออกแบบหน้าสัมผัส จะสร้างปัญหาด้านความน่าเชื่อถือที่สามารถหลีกเลี่ยงได้

การใช้สลิปริงมาตรฐานสำหรับข้อมูลความเร็วสูง-

วงแหวนพื้นฐานรองรับกำลังธรรมดาและสัญญาณความเร็วต่ำ- แต่การสื่อสารความเร็วสูง-จำเป็นต้องมีการออกแบบที่ตรงกับโปรโตคอล การตอบสนองอีเทอร์เน็ต วิดีโอ และความแม่นยำควรได้รับการกล่าวถึงอย่างชัดเจน

ละเว้นการป้องกันและการต่อสายดิน

การป้องกันจะทำงานเฉพาะเมื่อได้รับการออกแบบและสิ้นสุดอย่างถูกต้องเท่านั้น การต่อสายดินที่ไม่ดีทำให้เกิดเสียงรบกวนแม้ว่าจะมีสายเคเบิลหุ้มฉนวนอยู่ก็ตาม

เลือกตามวงจรนับอย่างเดียว

จำเป็นต้องมีการนับวงจรแต่ไม่เพียงพอ แรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า อัตราข้อมูล ฉนวน ความเร็ว ขนาด สภาพแวดล้อม และอายุการใช้งาน ล้วนมีส่วนตัดสินใจร่วมกัน

ออกจากการตรวจสอบการออกแบบสายเกินไป

แหวนสลิปตั้งอยู่ในพื้นที่ที่มีเครื่องจักรหนาแน่น เลือกล่าช้าอาจไม่เหลือที่ว่างสำหรับการเดินสายไฟ การแยก ขั้วต่อ หรือการเข้าถึงบริการที่เหมาะสม ให้ซัพพลายเออร์แหวนสลิปมีส่วนร่วมตั้งแต่เนิ่นๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อไฟฟ้าและการสื่อสารใช้ส่วนประกอบเดียวกัน

ตัวอย่างสถานการณ์การใช้งาน

เครื่องบรรจุภัณฑ์แบบหมุนได้

ป้อมปืนบรรจุภัณฑ์อาจต้องใช้ไฟ 24 VDC, สัญญาณเซ็นเซอร์ และอีเทอร์เน็ตบนหัวที่หมุนได้ สลิปริงไฮบริดขนาดกะทัดรัดช่วยขจัดปัญหาสายเคเบิลบิดงอและรองรับการทำงานต่อเนื่อง โดยมีความเร็วในการหมุน การชะล้าง การกำหนดเส้นทางสายเคเบิล และอีเทอร์เน็ตที่เสถียรเป็นข้อกังวลหลัก

เครื่องมือปลายแขนหุ่นยนต์-ของ-

เอฟเฟกต์ปลายหุ่นยนต์ต้องการพลังงานสำหรับเครื่องมือ ผลตอบรับของเซ็นเซอร์ และลิงก์กลับไปยังตัวควบคุม ซึ่งมักจะอยู่ในซองที่เล็กมาก วงแหวนจะต้องมีขนาดกะทัดรัดในขณะที่ยังคงแยกสัญญาณออกจากกำลัง โดยมีน้ำหนัก การสั่นสะเทือน และการรวมตัวเชื่อมต่ออยู่ในโฟกัส

กล้องหรือแท่นตรวจสอบ

แพลตฟอร์มกล้องแบบหมุนได้ประกอบไปด้วยพลังงาน การควบคุม และวิดีโอหรือข้อมูล คุณภาพของสัญญาณเป็นสิ่งสำคัญเนื่องจากข้อมูลที่ไม่เสถียรทำให้การจับภาพและผลการตรวจสอบเสียหาย ดังนั้นประสิทธิภาพความถี่สูง- การป้องกัน และการหมุนที่ราบรื่นจึงนำไปสู่การออกแบบ

อุปกรณ์หมุนเวียนลมหรืองานหนัก-

เครื่องจักรหมุนขนาดใหญ่ต้องการกำลังที่สูงกว่า การตอบสนองในการควบคุม การปิดผนึก และอายุการใช้งานที่ยาวนาน การประกอบแบบกำหนดเองมักจะเอาชนะวงแหวนสต็อกขนาดเล็กที่นี่ ด้วยพิกัดกระแส ระดับการป้องกัน ช่วงอุณหภูมิ การสั่นสะเทือน และการบำรุงรักษาที่ขับเคลื่อนโครงสร้าง

บทสรุป

แหวนสลิปกำลังและสัญญาณทำให้การออกแบบเครื่องจักรง่ายขึ้นโดยการจ่ายพลังงานไฟฟ้า การควบคุม และการสื่อสารไว้ในชุดประกอบที่หมุนได้ชุดเดียว ผลลัพธ์ที่ได้มาจากวิศวกรรม: แยกกำลังและการสื่อสารเท่าที่การออกแบบอนุญาต ป้องกันตำแหน่งที่นับ วางเส้นทางอย่างจงใจ และระบุตามโปรโตคอล แรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า ความเร็ว และสภาพแวดล้อมที่เกิดขึ้นจริง

หากเครื่องจักรของคุณต้องหมุนอย่างต่อเนื่องในขณะที่จ่ายไฟ อีเทอร์เน็ต เซ็นเซอร์ หรือฟีดแบ็กของตัวเข้ารหัส ให้เตรียมข้อกำหนดหนึ่ง-หน้าซึ่งครอบคลุมแรงดันไฟฟ้าและกระแส โปรโตคอลและอัตราข้อมูล ความเร็วในการหมุนและขนาดรู สภาพแวดล้อมและพิกัด IP และโหมดความล้มเหลวเดี่ยวที่คุณไม่สามารถทนได้ แบ่งปันกับผู้ผลิตแหวนสลิปตั้งแต่เนิ่นๆ และการออกแบบที่เหมาะสมจะช่วยลดความล้มเหลวของสายเคเบิล ปรับปรุงความน่าเชื่อถือ และทำให้ระบบหมุนทั้งหมดรวมเข้าด้วยกันได้ง่ายขึ้น