سنسور موقعیت حلقه لغزش: کدام نوع را انتخاب کنیم؟

سنسور موقعیت حلقه لغزش یک مجموعه الکتریکی دوار است که قدرت و سیگنال ها را از طریق چرخش مداوم 360 درجه منتقل می کند و در عین حال موقعیت زاویه ای سازه دوار را به یک سیستم کنترل گزارش می دهد. در اکثر ماشین های دوار، اتصال مدارها تنها نیمی از نیاز است. کنترل کننده همچنین باید بداند که بوم، میز یا برجک کجاست، آیا به موقعیت اصلی رسیده است و آیا به یک حد تعریف شده نزدیک می شود.

این عملکرد ترکیبی، حسگر موقعیت حلقه لغزش را به یک جزء اصلی در جرثقیل ها، سکوهای چرخشی، میزهای شاخص چرخشی، تجهیزات سیار، خطوط بسته بندی و سایر سیستم های چرخان تبدیل می کند. بسته به نیاز دقت و ادغام، عنصر بازخورد می‌تواند یک آرایش بادامک-و-سوئیچ، یک پتانسیومتر چرخشی یا یک رمزگذار یکپارچه، از جمله نسخه‌های افزایشی، مطلق، CANopen یا SAE J1939 باشد.

این راهنما توضیح می‌دهد که حسگرهای موقعیت حلقه لغزش چگونه کار می‌کنند، هر نوع در کجا قرار می‌گیرد، چگونه یکی را برای تجهیزات خود مشخص کنید، و قبل از درخواست قیمت سفارشی چه چیزی را آماده کنید.

سنسور موقعیت حلقه لغزش چیست؟

A حلقه لغزنده استانداردتوان الکتریکی، سیگنال‌های کنترلی یا داده‌ها را بین یک قاب ثابت و یک قسمت چرخان منتقل می‌کند و از پیچ خوردن کابل‌ها در طول چرخش مداوم جلوگیری می‌کند. یک سنسور موقعیت حلقه لغزش این را یک قدم جلوتر می‌برد: بازخورد زاویه‌ای را در همان مجموعه چرخشی ادغام می‌کند.

واحد ترکیبی سه چیز را همزمان به سیستم کنترل می دهد:

• اتصال الکتریکی مداوم در سرتاسر رابط دوار
• داده های موقعیت زاویه ای به محور چرخش ارجاع داده شده است
• یک ردپای مکانیکی واحد که باعث صرفه جویی در فضا در مرکز چرخش می شود

در عمل، حلقه لغزش مدارها را کنترل می کند در حالی که سنسور یکپارچه بسته به طراحی، یک پالس خانگی، یک سیگنال حد، یک زاویه آنالوگ یا یک موقعیت مطلق دیجیتال را گزارش می دهد.

سنسور موقعیت حلقه در مقابل لغزش: تفاوت چیست؟

یک حلقه لغزش معمولی فقط مدارها را حمل می کند. ممکن است برق AC یا DC، سیم‌کشی کنترل ولتاژ پایین، سیگنال‌های آنالوگ، اترنت، گذرگاه CAN یا خط‌های سیگنال مختلط-و-را انتقال دهد. هیچ آگاهی از موقعیت زاویه ای ندارد.

یک سنسور موقعیت حلقه لغزش همان انتقال الکتریکی را با یک عنصر بازخورد ترکیب می کند، بنابراین سمت چرخان دستگاه زاویه خود را به کنترل کننده گزارش می دهد. این زمانی اهمیت دارد که چرخش کنترل نشده می تواند باعث خطاهای فرآیند، خطر برخورد یا آسیب به تجهیزات شود. یک جرثقیل باید زاویه نوسان بوم خود را بداند. یک جدول نمایه سازی باید در یک ایستگاه دقیق متوقف شود. یک پلت فرم تلفن همراه قبل از رسیدن به یک منطقه ممنوع- باید کند شود. هیچ یک از این کارها را نمی توان با یک حلقه ساده حل کرد.

چه زمانی به بازخورد موقعیت در چرخش 360 درجه نیاز دارید؟

بازخورد موقعیت هر زمان که ماشین به بیش از اتصال الکتریکی مداوم نیاز داشته باشد توجیه می شود. سه سناریو بیشتر برنامه ها را پوشش می دهد.

تعریف مناطق کار ایمن

در جرثقیل‌ها، سکوهای هوایی و ماشین‌های متحرک، بازخورد موقعیت از عملکردهای کنترل-سیستم پشتیبانی می‌کند که به اپراتور هشدار می‌دهد، سرعت را کاهش می‌دهد یا چرخش را متوقف می‌کند، زیرا دستگاه به یک منطقه محدود مانند ساختمان، خط برق یا مرز ضد برخورد نزدیک می‌شود. بازخورد موقعیت از این عملکردهای کنترلی پشتیبانی می کند، اما جایگزین یک سیستم ایمنی کامل ماشین نمی شود. توقف‌های دارای رتبه‌بندی ایمنی، محدودیت‌های نظارت شده و عملکردهای اضطراری باید مطابق با استانداردهای ایمنی ماشین‌آلات قابل اجرا طراحی شوند.

کنترل فرآیند قابل تکرار

جداول نمایه سازی، ماشین آلات بسته بندی، ایستگاه های سوخت و خطوط پیچ در پیچ اغلب باید در زوایای دقیق متوقف شوند یا در یک نقطه خاص از چرخش یک عمل را آغاز کنند. یک سوئیچ خانگی ساده یک موقعیت را کنترل می کند. هنگامی که چندین ایستگاه، نقاط تنظیم قابل برنامه ریزی یا حرکت همگام درگیر هستند، یک رمزگذار افزایشی یا مطلق مورد نیاز است.

بازخورد اپراتور و HMI

داده های موقعیت همچنین نمایشگرهای اپراتور را تغذیه می کند. نمایش زاویه بوم واقعی، ایستگاه جدول یا سمت برجک حدس زدن را کاهش می دهد، زمان چرخه را بهبود می بخشد و به اپراتور کمک می کند از اشتباهات رویه ای در شیفت های طولانی جلوگیری کند.

سنسور موقعیت حلقه لغزش چگونه کار می کند

مونتاژ دو عملکرد را در یک رابط چرخان انجام می دهد.

اولین مورد انتقال الکتریکی است. برس ها، حلقه های تماس یا مسیرهای فیبر جریان و سیگنال ها را بین استاتور و روتور حمل می کنند. ترکیب کانال به برنامه بستگی دارد و ممکن است شامل-قدرت جریان بالا، منطق ولتاژ پایین-، خطوط حسگر آنالوگ، جفت‌های اترنت یا گذرگاه CAN باشد. مناسبطراحی و جداسازی کانالهنگام اختلاط مدارهای قدرت و سیگنال حساس در یک محفظه حیاتی هستند.

تابع دوم سنجش زاویه ای است. عنصر بازخورد به طور مکانیکی به محور چرخش ارجاع داده می شود، بنابراین خروجی آن زاویه واقعی ساختار دوار را نشان می دهد. اصل سنجش نوع خروجی را تعیین می کند:

• یک صفحه بادامک یک یا چند سوئیچ را در زوایای ثابت می‌چرخاند و سیگنال‌های روشن/خاموش تولید می‌کند
• پتانسیومتر مقاومت یا ولتاژ را متناسب با زاویه شفت تغییر می دهد و سیگنال آنالوگ مانند 0-10 ولت، 4-20 میلی آمپر یا مقاومت نسبتی تولید می کند.
• یک رمزگذار چرخش را به پالس های دیجیتال (افزاینده) یا یک مقدار زاویه ای کد شده (مطلق) تبدیل می کند و می تواند از طریق RS-485، CANopen، SAE J1939 یا سایر پروتکل های صنعتی خروجی داشته باشد.

انواع اصلی سنسورهای موقعیت حلقه لغزش

صفحه بادامک و بازخورد سوئیچ

ساده ترین طراحی از یک بادامک شکلی استفاده می کند که همراه با مجموعه می چرخد ​​و یک یا چند سوئیچ مکانیکی یا مجاورتی را در زوایای از پیش تعیین شده به کار می اندازد. خروجی یک سیگنال روشن/خاموش گسسته است.

وقتی این گزینه را انتخاب کنید:

• دستگاه فقط به تشخیص خانه، انتهای-سفر یا منطقه نیاز دارد
• کنترلر دارای ورودی های دیجیتال بوده و نیازی به داده های زاویه پیوسته ندارد
• بودجه و سادگی بیشتر از وضوح است

هنگامی که کنترلر به داده های زاویه ای در هر نقطه خارج از نقاط اتصال سوئیچ نیاز دارد، یا زمانی که راه اندازی به نقاط تنظیم قابل برنامه ریزی مجدد نیاز دارد، این گزینه را انتخاب نکنید. هنگامی که بادامک بریده شد، زاویه حرکت ثابت می شود مگر اینکه بادامک دوباره ماشین کاری شود.

بازخورد مبتنی بر پتانسیومتر-

یک پتانسیومتر چرخشی بازخورد آنالوگ پیوسته را در یک محدوده زاویه ای تعریف شده ارائه می دهد. خروجی معمولاً یک سیگنال حلقه ولتاژ، مقاومت یا جریان است که اکثر PLC ها و کنترل کننده های ماشین می توانند مستقیماً از طریق یک ماژول ورودی آنالوگ بخوانند.

بازخورد پتانسیومتر با کاربردهایی مانند صفحه نمایش نوسان جرثقیل پایه، نشانگر زاویه اپراتور، تجهیزات سبک جوی استیک، و بازخورد زاویه‌ای کم هزینه-در محیط‌های داخلی خشک مناسب است. بسیاری از طرح‌ها محدوده محدودی را پوشش می‌دهند (اغلب کمتر از 360 درجه)، بنابراین قبل از مشخص کردن دهانه زاویه‌ای قابل استفاده را تأیید کنید.

از سه تخفیف- آگاه باشید. کنتاکت های برف پاک کن با گذشت زمان فرسوده می شوند، به خصوص در صورت تعداد چرخه های بالا. کارکردهای آنالوگ طولانی در محیط‌های پر سر و صدا به کابل محافظ و اتصال به زمین دقیق برای تمیز نگه داشتن خوانش نیاز دارند. برای نگاشت خروجی خام به واحدهای مهندسی، کالیبراسیون لازم است. برای تجهیزات سیار در فضای باز با لرزش، رطوبت و EMI، رمزگذار معمولا انتخاب بادوام‌تری است.

بازخورد مبتنی بر رمزگذار-

یک رمزگذار چرخش را به داده های دیجیتال تبدیل می کند. زمانی که کنترلر به مقادیر زاویه ای قابل تکرار، محدودیت های قابل برنامه ریزی یا ارتباطات شبکه ای نیاز دارد، انتخاب مناسبی است. رمزگذارها به دو خانواده اصلی تقسیم می شوند:

• رمزگذارهای افزایشیپالس های خروجی (A، B و اغلب Z) در حین چرخش شفت. آنها حرکت نسبی می دهند و برای ایجاد مرجع مطلق نیاز به یک روال خانگی بعد از هر بار{1} بالا رفتن دارند. برای سنجش سرعت، همگام‌سازی حرکت و برنامه‌هایی که در هنگام راه‌اندازی به کار می‌روند خوب است.
• رمزگذارهای مطلقخروجی یک مقدار دیجیتال منحصر به فرد برای هر موقعیت زاویه ای، که در طول چرخه های قدرت حفظ می شود. نسخه‌های یک‌پیچ- 0–360 درجه را پوشش می‌دهند. نسخه‌های چند{4}}چرخشی، چرخش‌های کامل را نیز به‌شمار می‌آورند. زمانی که تجهیزات باید بلافاصله پس از روشن شدن{6} از موقعیت خود مطلع شوند، مطلق را انتخاب کنید، که در جرثقیل ها، بوم های تلسکوپی و ماشین آلات سیار در فضای باز رایج است.

برای تجهیزات مبتنی بر تلفن و{0}}خودرو، یک رمزگذار مطلق باCANopenیاSAE J1939خروجی به طور تمیز در شبکه خودروی موجود ادغام می شود. CANopen بیشتر در اتوماسیون صنعتی رایج است، در حالی که J1939 بر تجهیزات متحرک سنگین، ماشین آلات کشاورزی و وسایل نقلیه ساختمانی تسلط دارد. انتخاب پروتکل اشتباه تنها ادغام را پیچیده نمی کند. می تواند یک کنترلر را مجبور به تعویض کند.

کاربردهای رایج سنسورهای موقعیت حلقه لغزش

جرثقیل و تجهیزات بالابر

جرثقیل ها یکی از کاربردهای{0}}بالاترین حجم هستند زیرا روبنای دوار هم به انتقال مداوم نیرو و هم به بازخورد زاویه چرخش نیاز دارد. یک حلقه لغزش با رمزگذار مطلق یکپارچه معمولاً در مرکز حلقه چرخان قرار می گیرد و همان محور عمودی را به اشتراک می گذارد. سیگنال موقعیت نشانگر لحظه بارگذاری، مناطق ضد{3}}برخورد و HMI اپراتور را تغذیه می کند. اختصاص داده شدهحلقه لغزش جرثقیل با بازخورد موقعیتمعمولاً مدارهای قدرت جریان بالا، کنترل ولتاژ پایین-و خروجی رمزگذار را در یک محفظه ترکیب می کند. نصب در فضای باز، لرزش، نوسان دما و جهت خروج کابل همگی بر طراحی تأثیر می گذارند.

میزهای دوار، سلول های نمایه سازی و مونتاژ

سکوهای نمایه سازی چرخشی به موقعیت های توقف دقیق نیاز دارند. ممکن است یک سوئیچ بادامک برای یک پالس خانگی درشت کافی باشد، اما یک رمزگذار مطلق انتخاب عملی برای جداول چند ایستگاهی است که در آن کنترل‌کننده باید قبل از شلیک یک فشار، جوش یا ترتیب انتخاب-و{3}} ایستگاه فعال را تأیید کند.عملکرد حلقه لغزش قابل اعتماد در خطوط تولید خودکاربه اندازه انتخاب رمزگذار به یکپارچگی سیگنال بستگی دارد.

سکوهای هوایی، تلفن همراه و تجهیزات ساخت و ساز

بوم‌ها، سبدها و برجک‌ها{0}}ضمیمه‌های نصب شده روی ماشین‌های متحرک معمولاً بر اساس معماری کنترلی CAN- کار می‌کنند. یک حلقه لغزش یکپارچه با رمزگذار مطلق J1939 به طور طبیعی در شبکه خودرو قرار می گیرد، محاسبه پاکت کار ایمن را تغذیه می کند و جهت گیری را به نمایشگر اپراتور گزارش می دهد. بسیاریحلقه های لغزنده برای بالا بردن سکوهای کاردقیقاً به همین دلیل با رمزگذارهای چند{0}}چرخشی مطلق مشخص شده‌اند.

خطوط بسته بندی، سیم پیچ و پر کردن

همگام سازی با چرخه های برش، پر کردن، برچسب زدن یا بسته بندی نیاز به ارجاعات زاویه ای تکرارپذیر دارد. انکودرهای افزایشی در هنگام راه اندازی به خوبی کار می کنند. رمزگذارهای مطلق از روتین خانه اجتناب می کنند و پس از توقف سریعتر بهبود می یابند.

تجهیزات دریایی، دریایی و فضای باز

اسپری نمک، شستشو، قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش و ارتعاش مداوم انتخاب های طراحی سخت تری را به همراه دارد: رتبه IP بالاتر، کانکتورهای مهر و موم شده، محفظه های مقاوم در برابر خوردگی-و فناوری بازخورد موقعیت که به پاک کردن مخاطبین بستگی ندارد. رجوع بهاستاندارد رتبه بندی IP IECهنگام تطبیق سطح حفاظت مسکن با محیط عملیاتی واقعی.

نحوه انتخاب سنسور موقعیت حلقه لغزش مناسب

1. آنچه را که کنترلر باید بداند را تعریف کنید

از منطق کنترل شروع کنید، نه از کاتالوگ حسگر. بپرسید: آیا دستگاه فقط باید بداند که به خانه رسیده است یا در هر نقطه از چرخش به زاویه نیاز دارد؟ آیا باید فوراً موقعیت-روشن بالا را بداند؟ آیا این عملکرد از یک منطقه ایمنی پشتیبانی می کند یا فقط یک صفحه نمایش اپراتور را پشتیبانی می کند؟ پاسخ به سوئیچ، پتانسیومتر، رمزگذار افزایشی یا رمزگذار مطلق قبل از بحث در مورد هر پارامتر دیگری اشاره دارد.

2. خروجی را با کنترلر مطابقت دهید

عنصر بازخورد باید به زبان کنترل کننده صحبت کند. تایید کنید:

• سطح ولتاژ و نوع سیگنال (ورودی دیجیتال، ورودی آنالوگ، شمارنده رمزگذار، پورت فیلدباس)
• پروتکل (CANopen, J1939, SSI, Modbus, EtherCAT) هنگام دیجیتال
• وضوح، شامل بیت در هر دور و تعداد چرخش برای چند{0}}چرخش مطلق
• نوع کابل، محافظ و حداکثر طول

3. دقت، وضوح و تکرارپذیری را مشخص کنید

دقت این است که خواندن چقدر به زاویه واقعی نزدیک است. وضوح کوچکترین افزایشی است که خروجی می تواند نشان دهد. تکرارپذیری به این معناست که آیا زاویه فیزیکی یکسان پس از چرخه های زیاد، قرائت یکسانی را ایجاد می کند یا خیر. برای نظارت بار، ضد برخورد و نمایه سازی، تکرارپذیری بیش از دقت مطلق اهمیت دارد. برای یک صفحه نمایش با زاویه پایه، وضوح کمتر قابل قبول است.

4. پاکت مکانیکی و نصب را تأیید کنید

عنصر بازخورد ردپای مونتاژ را تغییر می دهد. تایید کنید:

• ارتفاع موجود، قطر بیرونی و سوراخ{0}}
• اندازه شفت یا حفره{0}}توخالی و تمرکز بر محور چرخش
• جهت خروج کابل یا کانکتور (محوری، شعاعی)
• حداکثر سرعت چرخش در RPM
• سطوح لرزش و شوک در محل نصب
• دسترسی به خدمات برای بازرسی و تعویض

تراز ضعیف با محور چرخش یکی از دلایل مکرر سایش زودرس و سیگنال های پر سر و صدا است، به ویژه در تاسیسات مقاوم سازی.

5. با محیط عملیاتی مطابقت دهید

مشخصات محیطی انتخاب مسکن، آب بندی و مواد را هدایت می کند. گرد و غبار، غبار روغن، پاشش مایع هیدرولیک، اسپری نمک، فشار شستشو، محدوده دمای محیط، تراکم، قرار گرفتن در معرض UV و لرزش را در نظر بگیرید. طراحی داخلی IP54 از نصب جرثقیل در فضای باز دوام نمی آورد. یک محیط دریایی معمولاً حداقل به IP66، کانکتورهای مهر و موم شده و بست های مقاوم در برابر خوردگی- نیاز دارد.

6. برای نگهداری و عمر سرویس برنامه ریزی کنید

پتانسیومترهای سبک-لغزشی و برف پاک کن{1}}برس دارای ویژگی های سایش هستند که به چرخه ها و جریان بستگی دارد. رمزگذارهای بدون تماس معمولاً فقط به بازرسی دوره ای نیاز دارند. برای ماشین‌هایی که زمان از کار افتادگی آنها گران است، طرح‌هایی را ترجیح دهید که از تعویض سریع برس، اتصالات قابل دسترسی و پنجره‌های نگهداری قابل پیش‌بینی پشتیبانی می‌کنند.

اشتباهات رایجی که باید از آنها اجتناب کنید

انتخاب سنسور قبل از نیاز کنترل

بسیاری از مشخصات با "ما به یک رمزگذار نیاز داریم" شروع می شوند قبل از اینکه کسی تایید کند که کنترل کننده با داده ها چه خواهد کرد. ابتدا تابع کنترل را تعریف کنید. نوع سنسور به شرح زیر است.

نادیده گرفتن سازگاری پروتکل

رمزگذار مطلق با پروتکل اشتباه تا زمانی که رمزگذار یا کنترلر جایگزین نشود بی فایده است. CANopen در یک شبکه خودرو J1939 به یک دروازه نیاز دارد. همیشه پروتکل، نرخ باود، محدوده آدرس و خاتمه را تأیید کنید.

دست کم گرفتن محیط زیست

تجهیزات سیار در فضای باز، جرثقیل های دریایی و ماشین آلات مواد غذایی شستشو همه به حفاظت از محیط زیست نیاز دارند که از ابتدا طراحی شده اند. افزودن مهر و موم یا محفظه ثانویه پس از این واقعیت به ندرت با قابلیت اطمینان یک مجموعه به درستی مهر و موم شده مطابقت دارد. انتخاب بینحلقه های لغزنده استاندارد و سفارشیاغلب به این بستگی دارد که آیا الزامات زیست محیطی از رتبه بندی کاتالوگ بیشتر است یا خیر.

در نظر گرفتن بازخورد موقعیت به عنوان یک فکر بعدی

اگر حلقه لغزش و حسگر موقعیت جداگانه تهیه شده و بعداً مونتاژ شوند، تلرانس های نصب، مسیریابی کابل و جداسازی مدار اغلب آسیب می بینند. طراحی یکپارچه از مشکلات تراز کواکسیال جلوگیری می کند و BOM را کوتاه می کند.

بهینه سازی برای قیمت واحد به تنهایی

ارزان ترین روش بازخورد به ندرت کمترین هزینه کل است. پتانسیومتری که هر 18 ماه در یک برنامه مداوم در فضای باز فرسوده می شود، نسبت به یک رمزگذار مطلق مهر و موم شده که برای عمر کامل تجهیزات درجه بندی شده است، هزینه بیشتری در زمان خرابی و جایگزینی دارد.

چه زمانی به سنسور موقعیت حلقه لغزش سفارشی نیاز دارید؟

A حلقه لغزش سفارشی با سنسور موقعیت یکپارچهمعمولاً زمانی توجیه می شود که یک یا چند مورد از موارد زیر اعمال شود:

• فضای نصب تنگ است و ردپای کاتالوگ استاندارد در مرکز چرخان قرار نمی گیرد
• مدارهای مختلط در یک محفظه مورد نیاز است:-قدرت جریان بالا، کنترل ولتاژ پایین-، اترنت و CAN در یک مجموعه
• سیستم کنترل به یک پروتکل خاص (CANopen, J1939, EtherCAT) یا وضوح غیر استاندارد نیاز دارد
• محیط عملیاتی از رتبه‌بندی‌های کاتالوگ (IP بالا، اسپری نمک، کلاس ارتعاش، دمای شدید) فراتر می‌رود.
• رابط مکانیکی غیر استاندارد-است (فلنج ویژه، اندازه سوراخ، شفت، رابط یا خروجی کابل)
• بازخورد موقعیت از یک عملکرد کنترلی{0}ایمنی ماشین یا منطقه{0}}با الزامات مستند پشتیبانی می‌کند

نتیجه گیری

یک سنسور موقعیت حلقه لغزش به تجهیزات دوار اجازه می دهد تا دو کار را از طریق یک رابط چرخان انجام دهند: مدارها را متصل نگه دارید و مکان ساختار چرخان را گزارش دهید. انتخاب طرح مناسب با عملکرد کنترل شروع می شود، نه از نوع سنسور.

اگر کنترل کننده فقط به سیگنال خانه یا محدودیت نیاز دارد، صفحه بادامک و سوئیچ ابزار مناسبی است. اگر برای نمایشگر اپراتور به یک زاویه پیوسته اما نامطلوب نیاز دارد، یک پتانسیومتر می تواند کار کند. اگر به داده‌های زاویه‌ای آگاه،-آماده و روشن{3}}شبکه، به‌ویژه در تجهیزات خارج از منزل یا موبایل نیاز دارد، یک رمزگذار مطلق، اغلب از طریق CANopen یا J1939، انتخاب عملی است.

قبل از نهایی کردن مشخصات، رابط کنترلر، پاکت مکانیکی در مرکز چرخش و مشخصات کامل محیطی را تأیید کنید. هنگامی که گزینه های استاندارد کاتالوگ با برنامه مطابقت ندارند، یک مونتاژ سفارشی یکپارچه معمولا سریعتر و قابل اعتمادتر از پیچ کردن یک سنسور جداگانه بر روی یک حلقه لغزش موجود است. گام بعدی این است که لیست مدار، رابط کنترلر و نقشه نصب را با یک تیم مهندسی حلقه لغزش بررسی کنید و نیاز را به یک طرح قابل اجرا تبدیل کنید.