Maitinimo ir duomenų slydimo žiedai: venkite signalo praradimo

Maitinimo ir duomenų slydimo žiedas perduoda tiek elektros energiją, tiek ryšio signalus per besisukančią jungtį, todėl mašina gali suktis be apribojimų ir niekada nesukti savo kabelių. Trumpas atsakymas į įprastą klausimą yra „taip“: vienas komplektas gali turėti abu. Tai, ar jis veikia lauke, lemia ne grandinių skaičius. Taip galios ir signalo keliai yra išdėstyti, ekranuoti, įžeminti ir nukreipti vienoje besisukančioje sąsajoje.

Galia ir duomenys elgiasi labai skirtingai. Maitinimo žiedas gali nešti dešimtis amperų arba įsijungti ir išjungti per variklio pavarą, o Gigabito eterneto pora atlieka milivoltų{1}lygio perėjimus, kurie priklauso nuo stabilios varžos. Padėkite juos per arti be tinkamo dizaino ir simptomai bus rodomi kaip CRC klaidos, nukritę paketai, šokinėjantys koduotuvo skaičiai, nukrypstantys analoginiai rodmenys arba pertraukiamas ryšys, kurį sunku atkurti ant stendo. Patikimas kombinuotas slydimo žiedas yra sukurtas atsižvelgiant į signalo tipą, srovės ir įtampos lygius, sukimosi greitį, darbo ciklą, įžeminimą, ekranavimą, kabelių nukreipimą ir tikrąją darbo aplinką.

Ar vienas slydimo žiedas gali nešti ir galią, ir duomenis?

Taip. Tinkamai suprojektuotas agregatas gali sujungti energiją ir duomenis vienoje besisukančioje sąsajoje. Priklausomai nuo tiekėjo, matysite tai vadinamą maitinimo ir duomenų slydimo žiedu, kombinuotu maitinimo ir signalo slydimo žiedu arba tiesiog pritaikytu slydimo žiedu, sukurtu mišriam maitinimui ir ryšiui.

Tačiau šių dviejų sujungimas nėra tas pats, kas pridėti daugiau grandinių. Maitinimo žiedai gali turėti didesnę srovę, didesnę įtampą arba perjungimo triukšmą iš pavarų ir kontaktorių. Signalo grandinėms dažnai reikia stabilios varžos, mažo kontaktinio triukšmo, ekranavimo ir atstumo nuo tų triukšmo šaltinių. Vienas žiedas turi tenkinti abu poreikius iš karto.

Kombinuotas dizainas paprastai yra tinkamas skambutis, kai:

• mašinai reikia nuolatinio, neriboto sukimosi;
• galia ir ryšys turi eiti per tą pačią ašį;
• kabelių sukimas arba vyniojimas nepriimtinas;
• nėra vietos dviem atskiroms sukamoms jungtims; arba
• vienas integruotas mazgas supaprastina laidus ir aptarnavimą.

Įprastai naudojami pramoniniai robotai ir indeksavimo lentelės, pakavimo ir vyniojimo mašinos, kranai ir besisukančios platformos, radarai ir antenos padėties nustatymo įtaisai, pakreipimo stebėjimo galvutės ir medicininio vaizdo portalai.

Kodėl reikia kruopščiai atskirti maitinimo ir duomenų grandines

Maitinimas ir duomenys gali dalytis vienu slydimo žiedu, tačiau su jais niekada neturėtų būti elgiamasi vienodai. Didžioji dalis projektavimo pastangų skiriama signalo kelio apsaugai nuo elektros triukšmo, kurį sukuria maitinimo kelias.

EMI ir RFI iš maitinimo grandinių

Didelės-srovės žiedai, variklių pavaros, kintamo dažnio pavaros (VFD), solenoidai ir perjungiamieji maitinimo šaltiniai spinduliuoja ir veda elektromagnetinius trukdžius. Pavyzdžiui, kelių kilohercų dažnio VFD perjungia plačiajuosčio ryšio triukšmą į netoliese esančius laidininkus. Jei jautri duomenų linija dalijasi erdve su ta grandine, triukšmas gali susijungti ir sugadinti signalą.

Pasekmė priklauso nuo to, kur yra slydimo žiedas. Ramiame laboratoriniame instrumente nedidelis trikdymas gali likti nepastebėtas. Judesio -valdymo ašyje šalia pavaros tie patys trikdžiai gali reikšti CAN kadrus, kurių kontrolinė suma nepavyksta, eterneto pakartotines siuntas, kurios sumažina pralaidumą, virpančius koduotuvo kraštus arba valdiklį, kuris sugenda -ciklo viduryje.

Crosstalk tarp kanalų

Crosstalk yra energijos nutekėjimas iš vienos grandinės į kaimyną. Tai svarbiausia, kai maitinimo laidininkai, Ethernet poros, kodavimo linijos, analoginiai laidai ir valdymo laidai yra supakuoti į kompaktišką besisukantį krūvą. Gera praktika jį sumažina per fizinį atstumą, panašių grandinių grupavimą, ekranavimą, švarų įžeminimą ir specialius jautriausiems signalams skirtus kelius. Mūsų pastabos apieužkertant kelią skersiniui tarp kanalųgilinkitės į išdėstymą, tačiau principas paprastas: agresorius ir aukas laikykite atskirai ir kiekvienam skydui suteikite apibrėžtą sugrįžimo kelią.

Skirtingiems signalams keliami skirtingi reikalavimai

Ne kiekviena duomenų linija yra vienodai trapi. Atskiras įjungimo / išjungimo signalas toleruoja sąlygas, kurios sugadintų tikslaus kodavimo įrenginio grįžtamąjį ryšį arba Gigabit Ethernet. Gigabit Ethernet, apibrėžtas pagalIEEE 802.3 standartų šeima, priklauso nuo vytos{0}}poros vientisumo ir valdomos varžos, o CAN magistralė, standartizuota kaipISO 11898, remiasi stabiliu diferencialiniu signalizavimu. Štai kodėl slydimo žiedas turėtų būti nurodytas pagal signalo tipą ir veikimo tikslą, o ne vien tik grandinių skaičių. Kalbant konkrečiai apie duomenis, mūsųEthernet slydimo žiedo vadovasapima praktines detales.

Praktinis išsinešimas:įvardykite kiekvieną protokolą ir jo duomenų perdavimo spartą, kol kas nors neskaičiuoja skambučių. Protokolas valdo kontakto tipą, ekranavimą ir vidinį išdėstymą.

Galios ir duomenų derinimo projektavimo metodai

Patikimas kombinuotas slydimo žiedas beveik visada kartu naudoja daugiau nei vieną apsaugos būdą. Kuris derinys tinka, priklauso nuo galios lygio, signalo tipo, laisvos vietos ir reikalingo tarnavimo laiko.

1. Fizinis atskyrimas žiedo kamino viduje.Pats paprasčiausias būdas yra laikyti didelės galios Atstumas sumažina sujungimą. Kompaktiškuose mazguose, kuriuose vietos yra mažai, kiti toliau nurodyti metodai neša didesnę apkrovą.
2. Ekranuoti kabeliai.Kai ryšio linijos driekiasi šalia variklių, pavarų ar didelės{0}}galios laidų, kabelio ekranas neleidžia trikdžiams patekti į signalo laidininkus. Slydimo žiedo viduje esantis ekranavimas turi atitikti likusią įrenginio dalį: jei sistema naudoja ekranuotus kabelius už žiedo ribų, ekrano kelias paprastai turi tęstis per besisukančią sąsają. Mūsų apžvalga apieekranavimo sprendimai patikimam signalo perdavimuivaikšto per variantus.
3. Specialios įžeminimo ir ekrano grandinės.Slydimo žiedas gali apimti žiedus, skirtus įžeminimo arba ekrano tęstinumui, valdant ryšį tarp kabelio ekrano, įrangos įžeminimo ir besisukančios konstrukcijos. Silpnas įžeminimo planas gali panaikinti ekranavimo naudą arba sukurti naują triukšmą, todėl jis turi būti suprojektuotas, o ne pritvirtintas varžtais.
4. Atskiri branduoliai arba signalų moduliai.Atliekant sudėtingus darbus, surinkimas gali naudoti atskirus branduolius arba vidinius modulius: viena sekcija maitinimui, kita komunikacijai. Tai suteikia didesnę izoliaciją nei vienas bendras kaminas ir tinka didelei srovei, aukštai įtampai arba mažam klaidų tolerancijai.
5. RFI barjerai, atskyrimo plokštės ir uždaros sekcijos.Ne-laidūs separatoriai, vidinės ekrano plokštės arba uždaros signalo sekcijos izoliuoja ryšio kanalus nuo maitinimo. Didesniuose mazguose mažas signalo slydimo žiedas kartais įdedamas į didesnio galios slydimo žiedo korpusą, kad duomenų grandinės būtų apsaugotos.

Praktinis išsinešimas:jei naudojate mišrius didelės-srovės galios ir didelės spartos{1}}duomenis, tikėkitės derinti atskyrimą, ekranavimą ir įžeminimą, o ne pasikliauti kokia nors viena gudrybe.

Kaip nurodyti maitinimo ir duomenų slydimo žiedą

Žinoti projektavimo metodus yra vienas dalykas; mašiną paversti aiškia specifikacija yra kitas dalykas. Šie penki žingsniai perkelia užklausą nuo „mums reikia energijos ir eterneto“ iki to, ką inžinierius gali cituoti neatspėdamas.

1. Apibrėžkite maitinimo grandines.Išvardykite įtampą, srovę, kintamąją arba nuolatinę srovę, nuolatinę ar pertraukiamą apkrovą, įsijungimo arba didžiausią srovę ir tai, ką kiekviena grandinė varo (variklis, šildytuvas, apšvietimas, valdymas). Triukšmingoms arba didelės srovės{1}}srovės grandinėms gali reikėti didesnio atstumo, didesnių laidų arba skirtingų kontaktinių medžiagų.
2. Nustatykite kiekvieną signalo protokolą.Nurodykite protokolą ir jo tikslą, o ne tik „duomenis“. Pavyzdžiui: 10/100 Mbps arba Gigabit Ethernet, CAN magistralė, RS-485, RS-232, USB, HD-SDI, koduotuvas, analoginis arba atskiras įvestis/išvestis, taip pat varža, ekranavimas, jungties tipas ir bendras kabelio ilgis abiejose žiedo pusėse.
3. Įvertinkite EMI ir triukšmo aplinką.Atkreipkite dėmesį į netoliese esančias pavaras, variklius, suvirintuvus, perjungimo medžiagas ir ilgą kabelių eigą. Kuo elektrai priešiškesnė vieta, tuo daugiau ekranavimo ir atskyrimo reikia projektavimui, net jei grandinių sąrašas atrodo trumpas.
4. Patvirtinkite mechaninį apvalkalą.Pateikite angos arba veleno skersmenį, išorinio skersmens ir aukščio ribas, montavimo modelį, sukimosi greitį ir kryptį, darbo ciklą, numatomą tarnavimo laiką ir kabelio išėjimo kryptį. Kompaktiškam įrenginiui dažnai reikia kitokio sprendimo nei didelio{1}}anginio mazgo.
5. Peržiūrėkite ekranavimą, įžeminimą, testavimą ir aplinką.Nurodykite ekrano tęstinumą, įrenginio įžeminimo metodą, patikrą, kurios tikimasi, ir aplinkosaugos tikslus, įskaitant IP reitingą. TheIP kodas apibrėžtas IEC 60529įvertina apsaugą nuo dulkių ir vandens; mūsų aiškintojas įjungtasslydimo žiedo IP reitingaiparodo, ką kiekvienas skaitmuo reiškia praktiškai.

Standartiniai ir pasirinktiniai maitinimo ir duomenų slydimo žiedai

Standartinis slydimo žiedas gali veikti, kai programa turi paprastas maitinimo grandines, mažo-greičio signalus, vidutinį sukimąsi ir švarią elektros aplinką. Lentynoje parduodami-produktai- sumažina pristatymo laiką ir sumažina išlaidas, kai reikalavimai atitinka esamą dizainą. Kai galia ir jautrūs duomenys turi dalytis ta pačia ašimi, pasirinktinis dizainas paprastai atsiperka dėl patikimumo. Žemiau esančioje lentelėje apibendrinama, kur kiekviena tinka, ir mūsų palyginimasstandartiniai ir nestandartiniai slydimo žiedaiišsamiau išnagrinėja{0}}kompromisus.

Praktinis išsinešimas:jei net viena eilutė patenka į dešinįjį{0}}stulpelį, traktuokite projektą kaip tinkintą ir atitinkamai nurodykite.

Inžinerinė apžvalga ir bandymai

Specifikacija verta tik tiek, kiek už ją esantis patikrinimas. Prieš pradedant naudoti kombinuotą maitinimo ir duomenų slydimo žiedą, konstrukcija turėtų būti įrodyta, o ne manyta. Įprasta peržiūra tikrina:

• Tęstinumas ir kontaktinis atsparumaskiekvienoje grandinėje, įskaitant tai, kaip pasipriešinimas elgiasi sukimosi metu;
• Izoliacijos atsparumastarp grandinių ir į korpusą;
• Dielektrinis (hi{0}}potas) stiprumasesant vardinei įtampai su marža;
• Signalo vientisumasduomenų kanaluose, pvz., bitų{0}}klaidų ar paketų patikros esant darbo duomenų spartai;
• Sukimosi trukmės bandymasnumatytu greičiu ir darbo ciklu; ir
• EMI/EMC įvertinimaskai galia ir didelės spartos{0}}duomenys dalijasi agregatu.

Jei norite sužinoti, ką apima šie patikrinimai, mūsų apžvalgakaip išbandomas slydimo žiedasapima bendrus metodus.

Tipiškas lauko atvejis: tikrinimo patefonas per tą patį kompaktišką slydimo žiedą paleido Gigabit Ethernet kamerą ir 24 V variklio grandinę. Bandymai ant stendo buvo išlaikyti, tačiau gamybos metu ryšys su pertraukomis nutrūkdavo, kai pavara pakildavo. Pataisyta nebuvo daugiau grandinių. Ethernet pora buvo perkelta į ekranuotus, varžos{4}}valdomus kontaktus, esančius priešingoje krūvos pusėje nei variklio žiedas, o kabelio ekranas per tam skirtą žiedą buvo perkeltas į važiuoklės įžeminimą. Paketo klaidos išnyko. Pavyzdys kartojasi dažnai: mišrios maitinimo-ir-duomenų gedimai dažniausiai yra išdėstymo, ekranavimo ir įžeminimo problemos, o ne grandinės-skaičiavimo problemos.

Programų pavyzdžiai

Robotika ir gamyklų automatizavimas

Robotinės jungtys, indeksavimo lentelės ir automatinės tikrinimo ląstelės reguliariai perduoda maitinimo, valdymo, eterneto ir jutiklio grįžtamąjį ryšį per besisukančią ašį. Kombinuotas slydimo žiedas pašalina kabelio sukimąsi ir leidžia nuolat judėti. Įprastas iššūkis čia yra didelis ciklų skaičius kartu su maža tolerancija komunikacijos nutrūkimui.

Kranai ir sunkioji technika

Kranai, besisukančios platformos ir statybinė technika tiekia galią šviesoms, valdikliams, kameroms ir operatorių sistemoms. Šiose vietose atsiranda vibracija, išorinis poveikis ir stiprus elektros triukšmas, dėl kurio konstrukcija stumiama link tvirtų korpusų, sandarinimo ir kruopštaus ekrano įžeminimo.

Medicinos ir vaizdo sistemos

Vaizdo gavimo portalai ir panaši įranga reikalauja kompaktiško dydžio, sklandaus sukimosi ir švaraus duomenų perdavimo, nes signalo pertraukimas gali turėti įtakos vaizdui arba matavimui. Šios versijos teikia pirmenybę mažai{1}}triukšmingiems kontaktams ir konservatyvioms bandymų riboms; žiūrėkite mūsų vadovąSlydimo žiedai medicinos prietaisamsdėl konkrečių apribojimų.

Stebėjimo, radarų ir besisukančių jutiklių

Pan-pakreipimo galvutės, radaro pjedestalai ir besisukantys jutiklių paketai sujungia energiją su vaizdo, Ethernet, RF-su susijusiais signalais arba valdymo duomenimis. Dėl nuolatinio sukimosi ir didelio{3}}pralaidumo signalų pirmenybė teikiama kontroliuojamai varžai ir mažam triukšmui.

Dažnai užduodami klausimai

Ar vienas slydimo žiedas gali perduoti tiek maitinimą, tiek eternetą?

Taip. Slydimo žiedas gali nešti maitinimą ir eternetą kartu, kai vidinis išdėstymas, kontaktų sistema, kabelių nukreipimas ir ekranavimas yra suprojektuoti taip, kad atitiktų reikiamą duomenų perdavimo spartą ir elektros aplinką.

Ar slydimo žiedas gali perduoti Gigabit Ethernet?

Gali. Gigabitinėms nuorodoms reikia impedanso-valdomų, ekranuotų vytos poros ant tam skirtų kontaktų, laikomų toliau nuo maitinimo ir perjungimo grandinių, o kabelio ekranas per žiedą. Turint tai, galima pasiekti visą gigabito pralaidumą nuolat sukantis.

Ar slydimo žiede reikia atskirti maitinimo ir duomenų grandines?

Daugumoje kombinuotų dizainų – taip. Atskyrimas sumažina EMI, skersinį pokalbį ir signalo iškraipymą. Atskyrimo dydis priklauso nuo galios lygio, signalo tipo ir laisvos vietos.

Kaip išvengti signalo trukdžių slydimo žiede?

Taikant daugiasluoksnį metodą: fizinis atstumas tarp maitinimo ir signalo žiedų, ekranuoti kabeliai su ištisiniais ekranais, specialios įžeminimo arba ekrano grandinės, protingas grandinių grupavimas ir, jei reikia, atskiri moduliai arba RFI barjerai.

Ar Ethernet slydimo žiedams reikia ekranuotų vytų porų?

Kad būtų užtikrintas patikimas didelės spartos{0}}Eternetas, esantis šalia maitinimo arba triukšmingame įrenginyje, ekranuotos vytos poros yra saugus pasirinkimas, o ekranas turėtų būti tęsiamas per besisukančią sąsają. Trumpos, mažos spartos{2}}nuorodos švarioje aplinkoje kartais gali naudoti neekranuotas poras, tačiau sprendimas turi būti priimtas atsižvelgiant į protokolą, EMI riziką ir įžeminimo metodą.

Kas sukelia duomenų praradimą slydimo žiede?

Dažniausios priežastys yra EMI sujungimas iš maitinimo grandinių, kanalų skerspjūvis, varžos neatitikimas, sugedę arba netinkamai užbaigti ekranai, atsparumo kontaktams{0}}triukšmas sukimosi metu ir maršruto parinkimas, dėl kurio duomenų linijos yra per arti triukšmo šaltinių. Dauguma jų rodomi kaip CRC klaidos, pakartotinis perdavimas, kodavimo įrenginio drebėjimas arba protarpiniai nutrūkimai.

Ar man visada reikia ekranuotų kabelių?

Ne visada. Ekranuoti kabeliai labiausiai svarbūs elektros triukšmingoje aplinkoje arba kai likusioje sistemos dalyje jau naudojami ekranuoti kabeliai. Pagrįskite sprendimą protokolu, EMI rizika, įžeminimo metodu ir bendrais sistemos reikalavimais.

Kada turėčiau pasirinkti individualų slydimo žiedą?

Pasirinkite tinkintą, kai programa maišo didelės-galios ir neskelbtinus duomenis, turi ribotą erdvę arba specialų montavimą, susiduria su atšiauriomis sąlygomis arba reikalingas griežtas signalo patikimumas. Jei koks nors atskiras reikalavimas yra neįprastas, tinkintas dizainas paprastai yra mažesnės-rizikos kelias.

Key Takeaways

Maitinimo ir duomenų slydimo žiedai leidžia mašinai perduoti elektros energijos ir ryšio signalus nuolat besisukant viename integruotame mazge. Patikimas veikimas nepasiekiamas pridėjus grandines. Jis gaunamas suprojektuojant agregatą, atsižvelgiant į signalo izoliaciją, ekranavimą, įžeminimą, išdėstymą, mechanines ribas ir tikrąją veikimo aplinką, o tada patikrinant rezultatą atliekant bandymus.

Paprastiems darbams atlikti gali pakakti standartinio slydimo žiedo. Naudojant mišraus maitinimo, eterneto, CAN magistralės, vaizdo įrašo, koduotuvo ar jutiklio signalus, tikslingai{1}}sukonstruotas dizainas sumažina integravimo riziką ir padidina ilgalaikį{2}}patikimumą. Pirmiausia apibrėžkite savo galią, protokolus, mechaninį apvalkalą, aplinką ir įžeminimo strategiją; su tinkama specifikacija, apritaikytas slydimo žiedo sprendimasgali užtikrinti švarų, kompaktišką ir patikimą besisukantį jungtį reikliai įrangai.