Snímač polohy klzného krúžku: Ktorý typ si vybrať?

Snímač polohy zberného krúžku je rotačná elektrická zostava, ktorá prenáša energiu a signály prostredníctvom nepretržitého otáčania o 360 stupňov, pričom zároveň hlási uhlovú polohu rotačnej konštrukcie riadiacemu systému. Vo väčšine točivých strojov je udržiavanie pripojených obvodov len polovičnou požiadavkou. Riadiaca jednotka tiež potrebuje vedieť, kde sa nachádza výložník, stôl alebo vežička, či dosiahli východiskovú pozíciu a či sa blíži k definovanému limitu.

Táto kombinovaná funkcia robí zo snímača polohy zberného krúžku kľúčový komponent v žeriavoch, otočných plošinách, rotačných indexovacích stoloch, mobilných zariadeniach, baliacich linkách a iných rotačných systémoch. V závislosti od požiadaviek na presnosť a integráciu môže byť prvkom spätnej väzby usporiadanie vačky-a{2}}prepínača, otočný potenciometer alebo integrovaný kódovač vrátane inkrementálnych, absolútnych verzií, verzií CANopen alebo SAE J1939.

Táto príručka vysvetľuje, ako fungujú snímače polohy klzných krúžkov, kam sa každý typ hodí, ako ich špecifikovať pre vaše zariadenie a čo si pripraviť pred vyžiadaním vlastnej ponuky.

Čo je snímač polohy klzného krúžku?

A štandardný klzný krúžokprenáša elektrickú energiu, riadiace signály alebo dáta medzi stacionárnym rámom a rotujúcou časťou, čím zabraňuje krúteniu káblov počas nepretržitého otáčania. Snímač polohy zberného krúžku ide ešte o krok ďalej: integruje uhlovú spätnú väzbu do tej istej rotačnej zostavy.

Kombinovaná jednotka dáva riadiacemu systému tri veci naraz:

• Nepretržité elektrické pripojenie cez otočné rozhranie
• Údaje o uhlovej polohe vztiahnuté na os otáčania
• Jediná mechanická stopa, ktorá šetrí miesto v strede otáčania

V praxi sa zberný krúžok stará o obvody, zatiaľ čo integrovaný snímač hlási v závislosti od konštrukcie východiskový impulz, limitný signál, analógový uhol alebo digitálnu absolútnu polohu.

Snímač polohy klzného krúžku verzus snímač polohy klzného krúžku: Aký je rozdiel?

Bežný zberný krúžok nesie iba obvody. Môže prenášať striedavý alebo jednosmerný prúd, nízkonapäťové riadiace vedenie, analógové signály, Ethernet, zbernicu CAN alebo zmiešané napájanie-a-signálne linky. Nemá povedomie o uhlovej polohe.

Snímač polohy zberného krúžku kombinuje rovnaký elektrický prevod so spätnoväzbovým prvkom, takže otočná strana stroja hlási svoj uhol riadiacej jednotke. To je dôležité, keď by nekontrolované otáčanie mohlo spôsobiť chyby procesu, riziko kolízie alebo poškodenie zariadenia. Žeriav potrebuje poznať uhol výkyvu výložníka. Indexovací stôl sa musí zastaviť na presnej stanici. Mobilná platforma musí spomaliť, kým sa dostane do zakázanej zóny. Žiadna z týchto úloh sa nedá vyriešiť obyčajným zberným krúžkom.

Kedy potrebujete spätnú väzbu o polohe pri rotácii o 360 stupňov?

Spätná väzba polohy je opodstatnená vždy, keď stroj potrebuje viac ako nepretržité elektrické pripojenie. Tri scenáre pokrývajú väčšinu aplikácií.

Definovanie bezpečných pracovných zón

V žeriavoch, zdvíhacích plošinách a mobilných strojoch spätná väzba polohy podporuje funkcie riadiaceho-systému, ktorý varuje obsluhu, znižuje rýchlosť alebo zastavuje rotáciu, keď sa stroj blíži k obmedzenej oblasti, ako je budova, elektrické vedenie alebo-kolízna hranica. Spätná väzba polohy podporuje tieto riadiace funkcie, ale nenahrádza kompletný bezpečnostný systém stroja. Bezpečnostné-zastavenia, monitorované limity a núdzové funkcie musia byť navrhnuté v súlade s platnými bezpečnostnými normami pre strojové zariadenia.

Opakovateľné riadenie procesu

Indexovacie stoly, baliace stroje, čerpacie stanice a navíjacie linky sa často potrebujú zastaviť v presných uhloch alebo spustiť akciu v určitom bode rotácie. Jednoduchý domovský vypínač zvládne jednu polohu. Inkrementálny alebo absolútny kódovač je potrebný, ak ide o viacero staníc, programovateľné žiadané hodnoty alebo synchronizovaný pohyb.

Spätná väzba operátora a HMI

Údaje o polohe sa tiež zobrazujú na displeji operátora. Zobrazovanie skutočného uhla ramena, stanovišťa stola alebo smeru veže znižuje dohady, skracuje čas cyklu a pomáha operátorovi vyhnúť sa procedurálnym chybám počas dlhých zmien.

Ako funguje snímač polohy klzného krúžku

Zostava vykonáva dve funkcie na rovnakom rotačnom rozhraní.

Prvým je elektrický prenos. Kefy, kontaktné krúžky alebo dráhy vlákien prenášajú prúd a signály medzi statorom a rotorom. Mix kanálov závisí od aplikácie a môže zahŕňať vysoký-prúdový výkon, nízkonapäťovú-logiku, analógové senzorové vedenia, ethernetové páry alebo zbernicu CAN. Správnedizajn a izolácia kanálovsú kritické pri zmiešavaní výkonových a citlivých signálových obvodov v jednom kryte.

Druhou funkciou je uhlové snímanie. Spätnoväzbový prvok sa mechanicky vzťahuje na os otáčania, takže jeho výstup predstavuje skutočný uhol otáčajúcej sa konštrukcie. Princíp snímania určuje typ výstupu:

• Vačková doska spína jeden alebo viac spínačov pod pevným uhlom a vytvára signály zapnutia/vypnutia
• Potenciometer mení odpor alebo napätie úmerne uhlu hriadeľa a vytvára analógový signál, ako je 0–10 V, 4–20 mA alebo pomerový odpor
• Kódovač prevádza rotáciu na digitálne impulzy (inkrementálne) alebo kódovanú uhlovú hodnotu (absolútnu) a môže vystupovať cez RS-485, CANopen, SAE J1939 alebo iné priemyselné protokoly

Hlavné typy snímačov polohy klzných krúžkov

Vačková doska a spätná väzba spínača

Najjednoduchšia konštrukcia využíva tvarovanú vačku, ktorá sa otáča so zostavou a ovláda jeden alebo viac mechanických alebo bezdotykových spínačov v prednastavených uhloch. Výstupom je diskrétny signál zapnutia/vypnutia.

Túto možnosť vyberte, keď:

• Stroj potrebuje iba detekciu domova,{0}}konca{1}}cesty alebo zóny
• Regulátor má digitálne vstupy a nepotrebuje nepretržité údaje o uhloch
• Rozpočet a jednoduchosť prevažujú nad riešením

Túto možnosť nevyberajte, keď regulátor potrebuje uhlové údaje kdekoľvek mimo spínacích bodov, alebo keď uvedenie do prevádzky vyžaduje preprogramovateľné žiadané hodnoty. Akonáhle je vačka vyrezaná, uhol sklonu je pevný, pokiaľ nie je vačka znova opracovaná.

Potenciometer-Spätná väzba založená na potenciometri

Otočný potenciometer poskytuje nepretržitú analógovú spätnú väzbu v definovanom uhlovom rozsahu. Výstupom je typicky napäťový, odporový alebo prúdový signál, ktorý väčšina PLC a ovládačov strojov dokáže čítať priamo cez analógový vstupný modul.

Spätná väzba potenciometra je vhodná pre aplikácie, ako je základný displej otáčania žeriavu, indikácia uhla operátora, vybavenie v štýle joysticku{0} a nízkonákladová uhlová spätná väzba v suchých vnútorných prostrediach. Mnohé návrhy pokrývajú obmedzený rozsah (často menej ako 360 stupňov), preto si pred špecifikovaním overte použiteľné uhlové rozpätie.

Uvedomte si tri kompromisy-. Kontakty stieračov sa časom opotrebúvajú, najmä pri vysokých počtoch cyklov. Dlhé analógové chody v elektricky hlučnom prostredí vyžadujú tienený kábel a starostlivé uzemnenie, aby sa udržali hodnoty čisté. Kalibrácia je potrebná na mapovanie surového výstupu na inžinierske jednotky. Pre vonkajšie mobilné zariadenia s vibráciami, vlhkosťou a EMI je zvyčajne odolnejšou voľbou kódovač.

Spätná väzba-založená na kódovači

Kodér prevádza rotáciu na digitálne dáta. Je to správna voľba, keď regulátor potrebuje opakovateľné uhlové hodnoty, programovateľné limity alebo sieťovú komunikáciu. Kódovače sa delia do dvoch hlavných skupín:

• Inkrementálne kódovačevýstupné impulzy (A, B a často index Z), keď sa hriadeľ otáča. Poskytujú relatívny pohyb a vyžadujú domácu rutinu po každom zapnutí-na vytvorenie absolútnej referencie. Dobré pre snímanie rýchlosti, synchronizáciu pohybu a aplikácie, ktoré sú domovom pri spustení.
• Absolútne kódovačevydáva jedinečnú digitálnu hodnotu pre každú uhlovú polohu, ktorá sa zachová počas cyklov napájania. Verzie s jedným otočením-pokrývajú 0–360 stupňov; viacotáčkové verzie počítajú aj úplné otáčky. Zvoľte absolútnu možnosť, keď musí zariadenie poznať svoju polohu ihneď po zapnutí-, čo je bežné v žeriavoch, teleskopických výložníkoch a vonkajších mobilných strojoch.

Pre mobilné zariadenia a{0}}zariadenia vo vozidlách absolútny kódovač sCANopenaleboSAE J1939výstup sa čisto integruje do existujúcej siete vozidiel. CANopen je bežnejší v priemyselnej automatizácii, zatiaľ čo J1939 dominuje ťažkým-mobilným zariadeniam, poľnohospodárskym strojom a stavebným vozidlám. Výber nesprávneho protokolu nielen skomplikuje integráciu; môže si vynútiť výmenu ovládača.

Bežné aplikácie snímačov polohy klzných krúžkov

Žeriavy a zdvíhacie zariadenia

Žeriavy sú jednou z-najobjemnejších aplikácií, pretože otočná nadstavba potrebuje nepretržitý prenos sily a spätnú väzbu uhla natočenia. Klzný krúžok s integrovaným absolútnym enkodérom je zvyčajne umiestnený v strede otočného krúžku a zdieľa rovnakú vertikálnu os. Signál polohy napája indikátor momentu zaťaženia, protikolízne zóny a HMI operátora. Venovanýžeriavový zberný krúžok so spätnou väzbou polohyzvyčajne kombinuje vysoko{0}}napájacie obvody, nízkonapäťové{1}}riadenie a výstup kódovača v jednom kryte. Vonkajšia inštalácia, vibrácie, kolísanie teploty a smer výstupu kábla – to všetko ovplyvňuje dizajn.

Otočné stoly, indexovacie a montážne bunky

Rotačné indexovacie plošiny vyžadujú presné polohy zastavenia. Vačkový spínač môže stačiť na hrubý domáci impulz, ale absolútny kódovač je praktickou voľbou pre stoly s viacerými stanicami, kde ovládač potrebuje potvrdiť aktívnu stanicu pred spustením stlačenia, zvaru alebo výberu-a{3}}postupu umiestnenia.Spoľahlivý výkon zberných krúžkov v automatizovaných výrobných linkáchzávisí tak od integrity signálu, ako aj od samotného výberu kódovača.

Zdvíhacie plošiny, teleskopické manipulátory a stavebné zariadenia

Výložníky, koše a prídavné zariadenia-namontované na veži na mobilných strojoch zvyčajne fungujú na architektúre riadenia založenej na CAN-. Integrovaný zberací krúžok s absolútnym enkodérom J1939 prirodzene zapadá do siete vozidla, zabezpečuje výpočet bezpečnej pracovnej obálky a hlási orientáciu na displej operátora. Veľaklzné krúžky pre zdvíhacie pracovné plošinysú špecifikované s viac{0}}otáčkovými absolútnymi kódovačmi presne z tohto dôvodu.

Baliace, navíjacie a plniace linky

Synchronizácia s cyklami rezania, plnenia, označovania alebo balenia vyžaduje opakovateľné uhlové referencie. Inkrementálne kódovače fungujú dobre, keď sa linka vráti do pôvodného stavu pri spustení; Absolútne kódovače sa vyhnú rutine navádzania a po zastavení sa rýchlejšie obnovia.

Námorné, pobrežné a vonkajšie úžitkové vybavenie

Soľný sprej, umývanie, vystavenie UV žiareniu a nepretržité vibrácie podporujú tvrdšie možnosti dizajnu: vyššie hodnotenie IP, utesnené konektory, kryty odolné proti korózii- a technológia spätnej väzby polohy, ktorá nezávisí od stierania kontaktov. Pozrite siIEC IP norma hodnoteniapri prispôsobovaní úrovne ochrany krytu skutočnému prevádzkovému prostrediu.

Ako si vybrať správny snímač polohy klzného krúžku

1. Definujte, čo musí kontrolór vedieť

Začnite z riadiacej logiky, nie z katalógu snímačov. Opýtajte sa: potrebuje stroj iba vedieť, že sa dostal domov, alebo potrebuje uhol kdekoľvek v rotácii? Potrebuje poznať pozíciu hneď pri zapnutí-? Podporuje funkcia bezpečnostnú zónu alebo iba displej operátora? Odpoveď ukazuje na prepínač, potenciometer, inkrementálny kódovač alebo absolútny kódovač predtým, ako sa diskutuje o akomkoľvek inom parametri.

2. Priraďte výstup k ovládaču

Prvok spätnej väzby musí hovoriť jazykom ovládača. Potvrdiť:

• Úroveň napätia a typ signálu (digitálny vstup, analógový vstup, počítadlo kódovača, port fieldbus)
• Protokol (CANopen, J1939, SSI, Modbus, EtherCAT), keď je digitálny
• Rozlíšenie vrátane bitov na otáčku a počtu otáčok pre absolútne viac{0}}otočky
• Typ kábla, tienenie a maximálna dĺžka

3. Zadajte presnosť, rozlíšenie a opakovateľnosť

Presnosť je, ako blízko je čítanie skutočnému uhlu. Rozlíšenie je najmenší prírastok, ktorý môže výstup predstavovať. Opakovateľnosť je to, či rovnaký fyzický uhol vytvára rovnaké čítanie po mnohých cykloch. Pre monitorovanie záťaže, zamedzenie{3}}kolízii a indexovanie je opakovateľnosť dôležitá viac ako absolútna presnosť. Pre zobrazenie základného uhla je prijateľné nižšie rozlíšenie.

4. Potvrďte Mechanical Envelope and Mounting

Prvok spätnej väzby mení pôdorys zostavy. Potvrdiť:

• Dostupná výška, vonkajší priemer a priechodný-otvor
• Veľkosť hriadeľa alebo dutého otvoru- a sústrednosť k osi otáčania
• Smer výstupu kábla alebo konektora (axiálny, radiálny)
• Maximálna rýchlosť otáčania v RPM
• Úrovne vibrácií a otrasov v mieste montáže
• Servisný prístup na kontrolu a výmenu

Zlé zarovnanie s osou otáčania je častou príčinou predčasného opotrebovania a hlučných signálov, najmä pri dodatočných inštaláciách.

5. Prispôsobte sa prevádzkovému prostrediu

Špecifikácia prostredia riadi výber krytu, tesnenia a materiálu. Zvážte prach, olejovú hmlu, striekajúcu hydraulickú kvapalinu, soľný sprej, tlak pri umývaní, rozsah teplôt okolia, kondenzáciu, UV žiarenie a vibrácie. Vnútorný dizajn IP54 neprežije vonkajšiu inštaláciu žeriavu; prostredie na mori zvyčajne vyžaduje aspoň IP66, utesnené konektory a spojovacie prvky odolné voči korózii-.

6. Plán údržby a životnosti

Potenciometre kefového-klzného krúžku a{1}}stierača majú charakteristiky opotrebovania, ktoré závisia od cyklov a prúdu. Bezkontaktné kódovače zvyčajne vyžadujú iba pravidelnú kontrolu. Pri strojoch, kde sú prestoje drahé, uprednostňujte dizajn, ktorý podporuje rýchlu výmenu kefy, prístupné konektory a predvídateľné okná údržby.

Bežné chyby, ktorým sa treba vyhnúť

Vyberanie snímača pred požiadavkou na ovládanie

Mnohé špecifikácie začínajú slovami „potrebujeme kodér“ predtým, ako niekto potvrdí, čo kontrolór s údajmi urobí. Najprv definujte riadiacu funkciu; nasleduje typ snímača.

Ignorovanie kompatibility protokolu

Absolútny kódovač s nesprávnym protokolom je zbytočný, kým sa nevymení buď kódovač alebo ovládač. CANopen v sieti vozidiel J1939 vyžaduje bránu. Vždy overte protokol, prenosovú rýchlosť, rozsahy adries a ukončenie.

Podceňovanie životného prostredia

Vonkajšie mobilné zariadenia, námorné žeriavy a stroje na umývanie potravín, všetky potrebujú ochranu životného prostredia navrhnutú od začiatku. Dodatočné pridanie tesnení alebo sekundárneho krytu len zriedka zodpovedá spoľahlivosti správne utesnenej zostavy. Voľba medzištandardné a zákazkové zberné krúžkyčasto záleží na tom, či environmentálna požiadavka presahuje katalógové hodnotenie.

Zaobchádzanie so spätnou väzbou od polohy ako s dodatočným nápadom

Ak sú zberný krúžok a snímač polohy dodávané oddelene a zmontované neskôr, často trpia montážne tolerancie, vedenie káblov a izolácia obvodu. Integrovaný dizajn zabraňuje problémom s koaxiálnym zarovnaním a skracuje kusovník.

Optimalizácia len pre jednotkovú cenu

Najlacnejšia metóda spätnej väzby je zriedka najnižšia celková cena. Potenciometer, ktorý sa opotrebuje každých 18 mesiacov pri nepretržitej vonkajšej aplikácii, stojí viac prestojov a výmeny ako zapečatený absolútny enkodér určený na celú životnosť zariadenia.

Kedy potrebujete vlastný snímač polohy klzného krúžku?

A vlastný zberací krúžok s integrovaným snímačom polohyje zvyčajne opodstatnené, ak platí jedno alebo viac z nasledujúcich:

• Inštalačný priestor je tesný a štandardný katalógový pôdorys sa nezmestí na stred otáčania
• V jednom kryte sú potrebné zmiešané obvody: vysoký{0}}prúd, nízkonapäťové{1}}ovládanie, Ethernet a CAN v rovnakej zostave
• Riadiaci systém vyžaduje špecifický protokol (CANopen, J1939, EtherCAT) alebo ne-štandardné rozlíšenie
• Prevádzkové prostredie prekračuje katalógové hodnoty (vysoké IP, soľný sprej, trieda vibrácií, extrémna teplota)
• Mechanické rozhranie je neštandardné- (špeciálna príruba, veľkosť otvoru, hriadeľ, konektor alebo výstup kábla)
• Spätná väzba polohy podporuje funkciu bezpečnosti stroja alebo{0}}zónového riadenia so zdokumentovanými požiadavkami

Záver

Snímač polohy zberného krúžku umožňuje rotujúcemu zariadeniu vykonávať dve úlohy prostredníctvom jedného rotujúceho rozhrania: udržiavať obvody pripojené a hlásiť, kde sa rotujúca štruktúra nachádza. Výber správneho dizajnu začína funkciou ovládania, nie typom snímača.

Ak regulátor potrebuje iba domový alebo limitný signál, vačkový tanier a spínač sú tým správnym nástrojom. Ak potrebuje súvislý, ale nenáročný uhol pre operátorský displej, môže fungovať potenciometer. Ak potrebuje opakovateľné,{2}}pripravené na sieť,{3}}zapnuté-uhlové údaje, najmä vo vonkajších alebo mobilných zariadeniach, praktickou voľbou je absolútny kódovač, často cez CANopen alebo J1939.

Pred dokončením špecifikácie potvrďte rozhranie ovládača, mechanickú obálku v strede otáčania a úplný profil prostredia. Ak štandardné katalógové možnosti nezodpovedajú aplikácii, integrovaná vlastná zostava je zvyčajne rýchlejšia a spoľahlivejšia ako priskrutkovanie samostatného snímača na existujúci zberný krúžok. Ďalším krokom je skontrolovať zoznam obvodov, rozhranie ovládača a montážny výkres s tímom inžinierov zberných krúžkov a previesť požiadavku na funkčný dizajn.