전원 및 데이터 슬립 링: 신호 손실 방지

전원 및 데이터 슬립 링은 회전 조인트를 통해 전력과 통신 신호를 모두 전송하므로 기계가 제한 없이 회전할 수 있으며 케이블이 꼬이는 일이 없습니다. 일반적인 질문에 대한 짧은 대답은 '예'입니다. 하나의 어셈블리로 두 가지를 모두 수행할 수 있습니다. 현장에서 작동 여부를 결정하는 것은 회로 수가 아닙니다. 이는 단일 회전 인터페이스 내에서 전원 및 신호 경로가 배열, 차폐, 접지 및 라우팅되는 방식입니다.

전력과 데이터는 매우 다르게 작동합니다. 전원 링은 수십 암페어를 전달하거나 모터 드라이브를 통해 스위치를 켜고 끌 수 있는 반면, 기가비트 이더넷 쌍은 안정적인 임피던스에 따라 밀리볼트{1}}레벨 전환을 전달합니다. 올바른 설계 없이 너무 가까이 배치하면 CRC 오류, 패킷 삭제, 인코더 카운트 점프, 아날로그 판독값 표류 또는 벤치에서 재현하기 어려운 간헐적인 통신 등의 증상이 나타납니다. 안정적인 결합 슬립 링은 신호 유형, 전류 및 전압 레벨, 회전 속도, 듀티 사이클, 접지, 차폐, 케이블 라우팅 및 실제 작동 환경을 중심으로 구축되었습니다.

하나의 슬립 링이 전력과 데이터를 모두 전달할 수 있습니까?

예. 적절하게 설계된 어셈블리는 하나의 회전 인터페이스에 전원과 데이터를 결합할 수 있습니다. 공급업체에 따라 이를 전원 및 데이터 슬립 링, 전원 및 신호 결합 슬립 링 또는 단순히 혼합 전원 및 통신용으로 제작된 맞춤형 슬립 링이라고 부르게 됩니다.

그러나 두 가지를 결합하는 것은 더 많은 회로를 추가하는 것과 동일하지 않습니다. 전원 링은 드라이브와 접촉기에서 더 높은 전류, 더 높은 전압 또는 스위칭 소음을 전달할 수 있습니다. 신호 회로에는 안정적인 임피던스, 낮은 접촉 노이즈, 차폐 및 이러한 노이즈 소스로부터의 거리가 필요한 경우가 많습니다. 단일 링 스택은 두 가지 요구 사항을 동시에 충족해야 합니다.

결합된 디자인은 일반적으로 다음과 같은 경우에 적합합니다.

• 기계는 지속적이고 무제한적인 회전이 필요합니다.
• 권력과 소통은 같은 축을 통과해야 한다.
• 케이블을 꼬거나 감는 것은 허용되지 않습니다.
• 두 개의 별도 회전 조인트를 위한 공간이 없습니다. 또는
• 단일 통합 어셈블리로 배선 및 서비스가 단순화됩니다.

일반적인 응용 분야에는 산업용 로봇 및 인덱싱 테이블, 포장 및 포장 기계, 크레인 및 회전 플랫폼, 레이더 및 안테나 포지셔너, 팬틸트 감시 헤드, 의료 영상 갠트리 등이 있습니다.

전원 회로와 데이터 회로를 주의 깊게 분리해야 하는 이유

전원과 데이터는 하나의 슬립 링을 공유할 수 있지만 두 개를 동일한 방식으로 취급해서는 안 됩니다. 대부분의 설계 노력은 전원 경로에서 생성되는 전기적 잡음으로부터 신호 경로를 보호하는 데 사용됩니다.

전원 회로의 EMI 및 RFI

고전류 링,-모터 드라이브, 가변 주파수 드라이브(VFD), 솔레노이드 및 스위칭 전원 공급 장치는 모두 전자기 간섭을 방출하고 수행합니다. 예를 들어, 수 킬로헤르츠의 VFD 스위칭은 근처 도체에 광대역 잡음을 주입합니다. 민감한 데이터 라인이 해당 회로와 공간을 공유하는 경우 노이즈가 결합되어 신호를 손상시킬 수 있습니다.

결과는 슬립 링이 어디에 위치하는지에 따라 달라집니다. 조용한 실험실 장비에서는 작은 방해가 눈에 띄지 않을 수 있습니다. 드라이브 옆에 있는 모션{2}}제어 축에서 동일한 교란은 체크섬에 실패한 CAN 프레임, 처리량을 조절하는 이더넷 재전송, 지터가 발생하는 인코더 에지 또는 주기 중간에 오류가 발생하는 컨트롤러를 의미할 수 있습니다.-

채널 간 누화

누화는 한 회로에서 이웃 회로로 에너지가 누출되는 것입니다. 전원 컨덕터, 이더넷 쌍, 인코더 라인, 아날로그 리드 및 제어 와이어가 소형 회전 스택에 포장되어 있을 때 가장 중요합니다. 모범 사례는 물리적 간격, 유사한 회로 그룹화, 차폐, 깨끗한 접지 및 가장 민감한 신호에 대한 전용 경로를 통해 이를 줄입니다. 우리의 메모채널 간 누화 방지레이아웃에 대해 더 자세히 설명하지만 원칙은 간단합니다. 공격자와 피해자를 분리하고 모든 방패에 정의된 반환 경로를 제공하는 것입니다.

신호마다 요구 사항이 다릅니다

모든 데이터 라인이 똑같이 취약한 것은 아닙니다. 개별 켜기/끄기 신호는 정밀 인코더 피드백 또는 기가비트 이더넷을 손상시킬 수 있는 조건을 허용합니다. 기가비트 이더넷은 다음과 같이 정의됩니다.IEEE 802.3 표준 제품군, 연선-쌍 무결성 및 제어된 임피던스에 따라 달라지지만 CAN 버스는 다음과 같이 표준화됩니다.ISO 11898, 안정적인 차동 신호에 의존합니다. 이것이 바로 슬립 링을 회로 수만으로 지정하는 것이 아니라 신호 유형과 성능 목표로 지정해야 하는 이유입니다. 특히 데이터 측면에서는이더넷 슬립 링 가이드실용적인 세부 사항을 다룹니다.

실용적인 내용:누군가 벨 소리를 세기 전에 모든 프로토콜과 해당 데이터 속도의 이름을 지정하십시오. 프로토콜은 접점 유형, 차폐 및 내부 레이아웃을 구동합니다.

전력과 데이터를 결합하는 설계 방법

신뢰할 수 있는 결합형 슬립 링은 거의 항상 두 가지 이상의 보호 방법을 함께 사용합니다. 적합한 조합은 전력 수준, 신호 유형, 사용 가능한 공간 및 필요한 서비스 수명에 따라 다릅니다.

1. 링 스택 내부의 물리적 분리.가장 기본적인 방법은 고전력 링을 신호 링에서 멀리 유지하고 유사한 회로를 그룹화하여 별도의 내부 경로로 라우팅하는 것입니다. 거리는 결합을 감소시킵니다. 공간이 좁은 소형 어셈블리에서는 아래의 다른 방법이 더 많은 하중을 전달합니다.
2. 차폐된 케이블.통신 회선이 모터, 드라이브 또는 고전력 배선 근처에 연결되면 케이블 차폐가 신호 도체의 간섭을 방지합니다. 슬립 링 내부의 차폐는 기계의 나머지 부분과 일치해야 합니다. 시스템이 링 외부의 차폐 케이블을 사용하는 경우 일반적으로 차폐 경로는 회전 인터페이스를 통해 계속되어야 합니다. 우리의 개요안정적인 신호 전송을 위한 차폐 솔루션옵션을 살펴봅니다.
3. 전용 접지 및 차폐 회로.슬립 링에는 접지 또는 쉴드 연속성을 위해 예약된 링이 포함되어 케이블 쉴드, 장비 접지 및 회전 구조 간의 관계를 관리할 수 있습니다. 약한 접지 계획은 차폐의 이점을 상쇄하거나 새로운 소음을 발생시킬 수 있으므로 볼트로 고정하지 말고 설계해야 합니다.
4. 별도의 코어 또는 신호 모듈.까다로운 작업의 경우 어셈블리는 별도의 코어 또는 내부 모듈을 사용할 수 있습니다. 한 섹션은 전력용이고 다른 섹션은 통신용입니다. 이는 단일 공유 스택보다 더 강력한 절연을 제공하며 고전류, 고전압 또는 낮은 오류 허용 오차에 적합합니다.
5. RFI 장벽, 분리판 및 밀폐된 섹션.비전도성 분리기, 내부 차폐판 또는 밀폐된 신호 섹션은{0}}통신 채널을 전원으로부터 분리합니다. 대형 어셈블리에서는 작은 신호 슬립 링이 대형 전원 슬립 링의 하우징 내부에 배치되어 데이터 회로를 보호하는 경우도 있습니다.

실용적인 내용:혼합된 고전류-전력과 고속-데이터의 경우 단일 트릭에 의존하기보다는 분리, 차폐 및 접지를 결합해야 합니다.

전원 및 데이터 슬립 링을 지정하는 방법

디자인 방법을 아는 것이 한 가지입니다. 기계를 명확한 사양으로 바꾸는 것은 또 다른 일입니다. 이 5단계는 "전원과 이더넷이 필요합니다"라는 요청부터 엔지니어가 추측할 필요 없이 인용할 수 있는 요청으로 이어집니다.

1. 전원 회로를 정의합니다.전압, 전류, AC 또는 DC, 연속 또는 간헐적 부하, 돌입 또는 피크 전류, 각 회로가 구동하는 것(모터, 히터, 조명, 제어)을 나열합니다. 잡음이 많거나-전류가 높은 회로에는 더 넓은 간격, 더 큰 도체 또는 다른 접점 재료가 필요할 수 있습니다.
2. 모든 신호 프로토콜을 식별하십시오.단지 "데이터"가 아닌 프로토콜과 그 대상을 명시하십시오. 예: 10/100Mbps 또는 기가비트 이더넷, CAN 버스, RS{5}}485, RS-232, USB, HD-SDI, 인코더, 아날로그 또는 개별 I/O에 임피던스, 차폐, 커넥터 유형 및 링 양쪽의 총 케이블 길이.
3. EMI 및 소음 환경을 평가합니다.근처의 드라이브, 모터, 용접기, 스위칭 공급 장치 및 긴 케이블 길이를 확인하십시오. 전기적으로 더 적대적인 위치일수록 회로 목록이 짧아 보이더라도 설계에 더 많은 차폐 및 분리가 필요합니다.
4. 기계적 봉투를 확인하십시오.보어 또는 샤프트 직경, 외부 직경 및 높이 제한, 장착 패턴, 회전 속도 및 방향, 듀티 사이클, 예상 서비스 수명 및 케이블 출구 방향을 제공합니다. 소형 기계에는 대형 관통-보어 어셈블리와 매우 다른 솔루션이 필요한 경우가 많습니다.
5. 차폐, 접지, 테스트 및 환경을 검토합니다.쉴드 연속성, 기계 접지 방법, 예상되는 검증, IP 등급을 포함한 환경 목표를 지정하십시오. 그만큼IEC 60529에 정의된 IP 코드먼지와 물에 대한 보호 등급; 우리 설명자슬립 링 IP 등급각 숫자가 실제로 무엇을 의미하는지 보여줍니다.

표준 및 맞춤형 전원 및 데이터 슬립 링

표준 슬립 링은 애플리케이션에 간단한 전원 회로, 저속{0}}신호, 적당한 회전, 깨끗한 전기 환경이 있을 때 작동할 수 있습니다. 기성 제품은 요구사항이 기존 설계와 일치할 때 리드타임과 비용을 절감합니다. 강력한 데이터와 민감한 데이터가 동일한 축을 공유해야 한다면 맞춤형 설계는 일반적으로 신뢰성 측면에서 그만한 가치가 있습니다. 아래 표에는 각각이 적합한 위치와 비교 결과가 요약되어 있습니다.표준 대 맞춤형 슬립 링절충안을-자세히 살펴보겠습니다.

실용적인 내용:단 하나의 행이라도 오른쪽 열에 있으면-프로젝트를 맞춤 프로젝트로 취급하고 그에 따라 지정하세요.

엔지니어링 검토 및 테스트

사양은 그 뒤에 있는 검증만큼만 가치가 있습니다. 결합된 전력 및 데이터 슬립 링이 서비스를 시작하기 전에 설계를 가정하기보다는 입증해야 합니다. 일반적인 검토에서는 다음 사항을 확인합니다.

• 연속성 및 접촉 저항회전 중 저항이 어떻게 작용하는지를 포함하여 모든 회로에서;
• 절연저항회로와 하우징 사이;
• 유전체(하이{0}}) 강도마진이 있는 정격 전압에서;
• 신호 무결성비트-오류 또는 작동 데이터 속도에서의 패킷 검사와 같은 데이터 채널에 대한
• 회전 수명 테스트예상되는 속도와 듀티 사이클로; 그리고
• EMI/EMC 평가전력 및 고속{0}}데이터가 어셈블리를 공유하는 경우.

이러한 검사에 포함되는 내용을 확인하려면 다음 연습을 참조하세요.슬립 링 테스트 방법일반적인 방법을 다룹니다.

대표적인 현장 사례: 검사 턴테이블은 동일한 소형 슬립 링을 통해 기가비트 이더넷 카메라와 24V 모터 회로를 실행했습니다. 벤치 테스트는 통과했지만 프로덕션에서는 드라이브가 증가하면 링크가 간헐적으로 끊어졌습니다. 수정 사항은 더 이상 회로가 아니었습니다. 이더넷 쌍은 모터 링의 스택 반대편에 있는 차폐형 임피던스{4}} 제어 접점으로 이동되었으며, 케이블 차폐는 전용 링을 통해 섀시 접지로 이동되었습니다. 패킷 오류가 사라졌습니다. 패턴이 자주 반복됩니다. 혼합 전원-및-데이터 오류는 일반적으로 회로-수 문제가 아니라 레이아웃, 차폐 및 접지 문제입니다.

예시 애플리케이션

로봇공학 및 공장 자동화

로봇 관절, 인덱싱 테이블 및 자동화된 검사 셀은 회전축을 통해 정기적으로 전원, 제어, 이더넷 및 센서 피드백을 전달합니다. 결합된 슬립 링은 케이블 꼬임을 제거하고 지속적인 움직임을 허용합니다. 여기서 일반적인 문제는 높은 주기 횟수와 통신 중단에 대한 낮은 허용 오차가 결합된 것입니다.

크레인 및 중장비

크레인, 회전 플랫폼 및 건설 기계는 조명, 제어 장치, 카메라 및 운영자 시스템에 전력을 공급합니다. 이러한 현장에서는 진동, 실외 노출 및 강한 전기 소음이 추가되어 견고한 하우징, 밀봉 및 신중한 차폐 접지를 향한 설계를 추진합니다.

의료 및 영상 시스템

이미징 갠트리 및 유사한 장비는 신호 중단이 이미지나 측정에 영향을 미칠 수 있으므로 컴팩트한 크기, 부드러운 회전, 깔끔한 데이터 전송을 요구합니다. 이러한 빌드는 낮은-소음 접점과 보수적인 테스트 마진을 선호합니다. 가이드를 참조하세요의료기기용 슬립링특정 제약 조건에 대해.

감시, 레이더 및 회전 센서

팬{0}}헤드, 레이더 받침대 및 회전 센서 패키지는 전원을 비디오, 이더넷, RF{1}}관련 신호 또는 제어 데이터와 결합합니다. 지속적인 회전과 높은-대역폭 신호는 제어된 임피던스와 낮은 잡음을 우선시합니다.

자주 묻는 질문

하나의 슬립 링이 전력과 이더넷을 모두 전송할 수 있습니까?

예. 내부 레이아웃, 접점 시스템, 케이블 라우팅 및 차폐가 필요한 데이터 속도와 전기 환경에 맞게 설계된 경우 슬립 링은 전원과 이더넷을 함께 전달할 수 있습니다.

슬립 링이 기가비트 이더넷을 전송할 수 있습니까?

그럴 수 있다. 기가비트 링크에는 전용 접점의 임피던스 제어, 차폐 연선 쌍이 필요하며 전원 및 스위칭 회로에서 멀리 떨어져 있고 케이블 차폐가 링을 통과해야 합니다. 이를 통해 지속적인 회전을 통해 전체 기가비트 처리량을 달성할 수 있습니다.

전원 회로와 데이터 회로를 슬립 링 내부에서 분리해야 합니까?

대부분의 결합 디자인에서는 그렇습니다. 분리는 EMI, 누화 및 신호 왜곡을 줄입니다. 분리 정도는 전력 수준, 신호 유형 및 사용 가능한 공간에 따라 달라집니다.

슬립 링의 신호 간섭을 어떻게 방지합니까?

계층적 접근 방식을 통해: 전원과 신호 링 사이의 물리적 간격, 연속 차폐가 있는 차폐 케이블링, 전용 접지 또는 차폐 회로, 합리적인 회로 그룹화, 필요한 경우 별도의 모듈 또는 RFI 장벽.

이더넷 슬립 링에는 차폐 연선이 필요합니까?

전원 근처나 소음이 많은 기계에서 안정적인 고속-이더넷의 경우 차폐 연선이 안전한 선택이며 차폐는 회전 인터페이스를 통해 계속되어야 합니다. 깨끗한 환경의 짧은 저속-링크는 때때로 비차폐 쌍을 사용할 수 있지만 결정은 프로토콜, EMI 위험 및 접지 방법을 따라야 합니다.

슬립 링에서 데이터 손실의 원인은 무엇입니까?

일반적인 원인으로는 전원 회로의 EMI 커플링, 채널 간 누화, 임피던스 불일치, 파손되거나 부적절하게 종단된 실드, 회전 중 접촉 저항 잡음, 데이터 라인을 잡음 소스에 너무 가깝게 배치하는 라우팅 등이 있습니다. 대부분은 CRC 오류, 재전송, 인코더 지터 또는 간헐적인 드롭아웃으로 나타납니다.

차폐 케이블이 항상 필요합니까?

항상 그런 것은 아닙니다. 차폐 케이블은 전기적으로 잡음이 심한 환경이나 시스템의 나머지 부분이 이미 차폐 케이블을 사용하는 경우 가장 중요합니다. 프로토콜, EMI 위험, 접지 방법 및 전체 시스템 요구 사항을 기반으로 결정하십시오.

맞춤형 슬립 링은 언제 선택해야 합니까?

애플리케이션에 고전력 데이터와 민감한 데이터가 혼합되어 있거나, 공간이 제한되어 있거나 특수 장착되어 있거나, 열악한 조건에 직면하거나, 엄격한 신호 신뢰성이 필요한 경우에는 맞춤 설정을 선택하세요. 단일 요구 사항이 특이할 경우 일반적으로 맞춤형 설계가 위험이 더 낮은-경로입니다.

주요 시사점

전원 및 데이터 슬립 링을 사용하면 기계가 하나의 통합 어셈블리에서 지속적인 회전을 통해 전력 및 통신 신호를 전달할 수 있습니다. 안정적인 성능은 회로를 추가한다고 해서 나오는 것이 아닙니다. 이는 신호 절연, 차폐, 접지, 레이아웃, 기계적 한계 및 실제 작동 환경을 중심으로 어셈블리를 설계한 후 테스트를 통해 결과를 확인하는 과정에서 비롯됩니다.

간단한 작업의 경우 표준 슬립 링으로 충분할 수 있습니다. 혼합 전원, 이더넷, CAN 버스, 비디오, 인코더 또는 센서 신호의 경우 특수 목적으로 설계된 설계는-통합 위험을 낮추고 장기적인 안정성을 향상시킵니다.- 전원, 프로토콜, 기계적 봉투, 환경 및 접지 전략을 먼저 정의하십시오. 올바른 사양으로맞춤형 슬립 링 솔루션까다로운 장비에 깨끗하고 컴팩트하며 신뢰할 수 있는 회전 연결을 제공할 수 있습니다.