يُعد المشغل الخطي الكهربائي PA-12 مثالًا رائعًا على مبادئ التصميم الرشيق ويمثل مستقبل الحركة الخطية. إن كنت تبحث عن جهاز يقدّم أداءً رائدًا في فئته ضمن حزمة مدمجة، فلن تجد أفضل من ذلك. يأتي PA-12 محمّلًا بحلول حديثة لمشكلات متكررة، وسيقدّم هذا المقال نظرة على الميزات الرئيسية في تصميم هذا المشغل. صُمم هذا المشغل الخطي خصيصًا لتوفير أدق حركة ممكنة بدقة عالية، دون أن يتطلب من المستخدم تحديد معلمات التحكّم أو تعويض قراءات الموضع لاختلاف ظروف الحمولة. ولتحقيق ذلك، يحتوي المشغل على مقاوم متغيّر (بوتينشيومتر) عالي الدقة مع مرشح مدمج لتقليل الضجيج الكهربائي، إضافةً إلى محرك خفيف جدًا لتقليل تأثير القصور الذاتي. كما نوفّر أيضًا مشغلات PA-12 بمحركات عديمة القلب، والتي يمكن أن تقدم أداءً أفضل بكثير من المحركات المزودة بقلب، ما يسهم في زيادة الدقة.
يأتي هذا المشغل الكهربائي مزوّدًا بكمبيوتر مُدمج يتولى إجراء جميع الحسابات اللازمة. ولا يتطلب الأمر سوى أن يزوّد المستخدم الأوامر بصيغة TTL أو RS-485. وبدلًا من ذلك، يمكن توصيل PA-12 بوحدة التحكّم بالكمبيوتر LC-12، وستتمكن من إرسال الأوامر عبر واجهة على حاسوبك. ومع وضع كل ذلك في الحسبان، هيا نغوص في مزايا PA-12 وكل ما يقدّمه!
دقة الحركة
أجرينا اختبارًا مستقلًا على مشغلات PA-12 لدينا لحساب دقة حركتها. تمثّل الاختبار في تنفيذ عدّتين للسيرفو بدقة لكل أمر حركة، وهو ما يعادل 0.001074" لكل حركة. جُمعت القياسات باستخدام مؤشر موضع ليزري عالي الدقة، كما كانت هناك حمولة 15 lbs متصلة بالمشغل لكل من التمديد والسحب. يمكن رؤية النتائج في الرسوم البيانية أدناه.
لا تستطيع معظم الأدوات الشائعة إدراك تغيّر موضعي بهذا الصغر بدقة. ولو كان المشغل يتحرك بخطوات أكبر، لكانت النتائج أكثر دقة. تستند هذه الحركة إلى عاملين — الدقة العالية من البوتينشيومتر المدمج، ومتحكّم PID مضبوط بالشكل الصحيح. يمكن تعديل معلمات تحكّم PID اختياريًا عبر الأوامر الرقمية، لكن ذلك غير مستحسن.
محرك مزوّد بقلب مقابل محرك عديم القلب
يمكن أن يأتي PA-12 إمّا بمحرك تيار مستمر مزوّد بقلب أو عديم القلب. سنستعرض مزايا وعيوب كل منهما.
المحرك المزوّد بقلب
في محرك التيار المستمر التقليدي، تُلفّ وشيعة حول القلب الحديدي للعضو الدوّار. وعند تطبيق تيار على الوشيعة، ينشأ مجال مغناطيسي يُسبب، مع الجزء الثابت، دوران المحرك. يُعدّ محرك التيار المستمر بالفرشاة مع قلب حديدي خيارًا مُجرّبًا وموثوقًا ومنخفض التكلفة. يمكن لمحرك مزوّد بقلب وبفرش أن يعمل مباشرة من جهد تيار مستمر وأن يتعامل مع عزم عالٍ بفضل القلب الحديدي الذي يحفظ الصلابة. كما يساعد القلب المحرك على تحمّل سحوبات تيار أعلى لأنه يعمل كمبدّد حراري يسمح بتبديد الحرارة. هذا النوع من المحركات بسيط جدًا وفعّال، لكنه ينطوي على بعض العيوب.
يميل محرك التيار المستمر ذي القلب والفرش إلى تسارع وتباطؤ أقل بسبب الوزن الإضافي للقلب الحديدي. كما يميل إلى امتلاك محاثة أعلى، ما يعني وجود أقواس كهربائية غير مقصودة أكثر بين المبدّل والفرش. يزيد هذا التأثير من تآكل الفرش بمرور الوقت.
المحرك العديم القلب
المحرك العديم القلب بالفرش هو حل للعديد من هذه المشكلات. إذ يُبنى باستخدام شبكة لفّات ذاتية الدعم لا تحتاج إلى قلب للحفاظ على الشكل الصحيح. وهذا يجعل العضو الدوّار خفيفًا جدًا، ما يعني أنه يمكنه التسارع والتوقف أسرع بكثير. وهو أكثر كفاءة، ويتطلب تيارًا أقل لتحقيق نفس العزم الذي يقدمه المحرك ذو القلب الحديدي. كما تتمتع هذه الأنواع من اللفّات المتقدمة بمحاثة أقل، ما يعني أن القوس بين المبدّل والفرش يحدث عند قدرة أقل وتكرارٍ مُخفّض.
تشمل عيوب المحركات العديمة القلب الحجم المحدود، وارتفاع التكلفة، والحاجة إلى مبدّد حراري. ففي المحرك المزوّد بقلب يتكفّل القلب بسحب الحرارة بعيدًا عن الوشيعات، أما في المحرك العديم القلب فستحتاج إلى أساليب بديلة لإدارة الحرارة لضمان عمل مستمر لفترات طويلة.
محرك PA-12 المزوّد بقلب هو أصلًا تصميم خفيف جدًا بحجم مدمج وحمل قصور ذاتي منخفض. وللاحتياجات المخصصة للتموضع الدقيق جدًا، من المرجّح أن يكون خيار المحرك العديم القلب فكرة جيدة لأنه سيسمح لتطبيقك بتحقيق أفضل النتائج.
الترشيح والضجيج
الميزة الفارقة في PA-12 هي القدرة على إجراء قياسات موضعية باستخدام البوتينشيومتر بدقة واتساق. ولتحقيق ذلك، يأتي PA-12 مع محوّل تماثلي-رقمي (ADC) مخصص للواجهة مع البوتينشيومتر. ويؤدي المتحكّم المُدمج وظيفة ترشيح الإشارات القادمة من البوتينشيومتر، محولًا البيانات التماثلية إلى استجابات رقمية يمكن إرسالها عبر حِزَم اتصال TTL أو RS-485. ولإتاحة القراءات في الظروف العادية، يُوصى بتردد قراءة بيانات يبلغ 100 مرة في الثانية. وهذا يعني إمكانية تحديث معلومات الموضع بمعدل 100 هرتز.
ومع ذلك، تستطيع مشغلات PA-12 الوصول إلى تردد قراءة بيانات أقصى يبلغ 500 مرة في الثانية. يجب ضبط الوحدات خصيصًا في المصنع لتحقيق هذا، لكنه من الممكن الحصول على معدل تحديث عالٍ دون التضحية بالدقة.
الاتصال
أهم ما يجب وضعه في الاعتبار بشأن هذه المشغلات هو أنه لا يمكن التحكّم بها بالطرق التقليدية. ولتحقيق أداء واستقرار ودقة موضعية لمشغلات PA-12، يجب على المستخدم التواصل مع المتحكّم الدقيق الداخلي عبر بروتوكول RS-485 أو TTL. وبالنسبة للوحدات المُمكّنة لـ TTL يمكن التواصل عبر نبضات السيرفو.
يمثل كل من TTL وRS-485 معايير في الاتصالات التسلسلية. إذ يوفّران إطار عمل لتطوير مجموعة أوامر واستجابات بصيغة 8-بت يمكن استخدامها للتواصل مع المتحكّم المُدمج في PA-12.
تُعرض أدناه معلمات الاتصال لواجهة البيانات التسلسلية لكل من TTL وRS-485:
الهيكل
هيكل البيانات للتواصل مع المتحكّم المُدمج في PA-12 هو UART نصف مزدوج. يسمح نظام الاتصال كامل الازدواج لكلا الجهازين بالإرسال والاستقبال في الوقت نفسه. أما في حالة PA-12 فالنظام نصف مزدوج، ويُعرف أيضًا بنصف الازدواج. وهذا يعني أن الأجهزة يمكنها التواصل مع بعضها، ولكن ليس بالتزامن. ففي أي لحظة أثناء الاتصال يجب أن يُرسل جهاز بينما يستقبل الآخر، والعكس صحيح.
لهذا السبب، إذا كنت تحاول التواصل مع PA-12 عبر جهاز اتصال تسلسلي كامل الازدواج، فستحتاج إلى استخدام مُخزّن (Buffer) بينهما.
الشكل 1: مخطط配لات اتصال TTL/PWM لنصف الازدواج
من أجل اتصال TTL/PWM بين جهاز كامل الازدواج وPA-12، نوصي بتنفيذ شريحة 74LVC2G241 لتعمل كمُخزّن. قد يكون الجهاز كامل الازدواج شيئًا مثل متحكّم أردوينو. ولمزيد من التفاصيل حول كيفية الإعداد، يمكنك الاطلاع على مقالنا حول البدء مع Arduino وPA-12.
الشكل 2: مخطط配لات اتصال RS-485 لنصف الازدواج
بالنسبة لمشغلات نوع RS-485، نوصي باستخدام شريحة MAX485 كمُخزّن بين متحكّم كامل الازدواج وجهاز PA-12 نصف الازدواج. وبالطبع، لن تواجه أجهزة الاتصال التي هي نفسها نصف مزدوجة أي مشكلة في التواصل مباشرة مع PA-12. فعلى سبيل المثال، يمكن لوحدة PLC من نوع Allen-Bradley 1769-ASCII التواصل مع PA-12 مباشرة.
معدل البود
يمثّل معدل البود سرعة الاتصال بين الأجهزة عبر قناة البيانات. يُضبط معدل البود الافتراضي لمشغلات PA-12 على 57600 bps. إذا كان جهاز الاتصال لديك يستخدم معدل بود مختلفًا، فهناك طريقتان لتغييره. أسهل طريقة هي توصيل PA-12 بحاسوب عبر متحكّم واجهة LC-12 in وإجراء التغييرات عبر التطبيق. وبدلًا من ذلك، يمكنك أيضًا ضبط معدل البود عبر أمر الكتابة RS-485. سيتطلب منك ذلك ما يلي:
1. ضبط معدل البود لوحدة الاتصال على 57600.
2. كتابة معدل البود المرغوب في عنوان الذاكرة 0x04.
3. يجب ضبط قيمة معدل البود في العنوان 0x04 على واحد من 4 قيَم محددة، بحيث تقابل القيمة 32 المعدّل 57600 بشكل افتراضي.
4. يجب إعادة تشغيل PA-12 لتطبيق هذه التغييرات. سيتعين عليك إيقاف تشغيل PA-12، ثم تغيير معدل البود على جهاز الاتصال لديك وإعادة تشغيل النظام.
متحكّم واجهة الحاسوب LC-12
أسهل طريقة للتواصل مع الكمبيوتر الداخلي لـ PA-12 in هي عبر متحكّم واجهة الحاسوب LC-12. يمكن استخدامه للاتصال بمشغلات TTL/PWM وكذلك RS-485. كما يلزم LC-12 لتنزيل وتثبيت تحديثات البرمجيات الثابتة (Firmware).
يمكن استخدام متحكّم الواجهة لضبط معلمات التشغيل لمشغلات PA-12 بسهولة. فعلى سبيل المثال، قد ترغب في تطبيقات معينة في ضبط حدود التمديد والسحب، ومعدل البود، والحد الأقصى لدرجة الحرارة، والحد الأقصى للتيار، والحد الأقصى المسموح به لخطأ الموضع، وما إلى ذلك. في الكميات الكبيرة، ستقوم Progressive Automations ببرمجة جميع الوحدات مسبقًا، ولكن إذا كنت تتعامل مع كميات إنتاج تبلغ 50 أو أقل، فقد يكون من الأسهل ضبط المعلمات عبر الواجهة.
يمكن استخدام LC-12 لاختبار حركة المشغل دون الانشغال بإعداد اتصال TTL وRS-485. وسيكون LC-12 قادرًا دائمًا على الاتصال بمشغل PA-12 إذا لم تكن هناك مشاكل في العتاد. قد يكون هذا مفيدًا عند مراقبة المعلمات المضبوطة في خريطة ذاكرة البيانات للتأكد من أن كل شيء في مكانه وإصلاح الأخطاء عند الضرورة.
سيكون الكمبيوتر الداخلي لـ PA-12 قادرًا على تشخيص المشكلات ذاتيًا وعرض رموز الأخطاء أثناء التشغيل. قد يكون من الصعب تحديد الخطأ الدقيق بالمشغل عند تلقي إشارات التغذية الراجعة فقط. يمكن لواجهة حاسوب LC-12 البحث عن الأخطاء التي يولدها المشغل وعرضها، ما يسهل معرفة كيفية إصلاح المشكلات. فعلى سبيل المثال، إذا كان المشغل لا يصل إلى الموضع المستهدف، يمكنك الاطلاع على شاشة الأخطاء ومراقبة التيار في الواجهة وتحديد وجود عائق في الطريق.
وأخيرًا، يمتلك متحكّم واجهة الحاسوب LC-12 وظيفتين مهمتين لمشغلات PA-12 تجعلاه رفيقًا أساسيًا للعيّنات الأولية واستكشاف الأخطاء وإصلاحها. إذ يُعد LC-12 الطريقة الوحيدة لإعادة ضبط المشغل إلى إعدادات المصنع الافتراضية وتطبيق تحديثات البرمجيات الثابتة.
كلمة أخيرة
اصطحبناك في هذا المقال عبر الميزات الرئيسية للدقة الحركية، والمحركات المزودة بقلب مقابل العديمة القلب، وانخفاض الضجيج في مشغلنا الخطي الكهربائي PA-12. توجد طرق مختلفة للتواصل مع هذا المشغل، وتُعد واجهة حاسوب LC-12 الأسهل وفقًا لتقييم مهندسينا.
نأمل أن يكون المقال قد نال استحسانك — إذا كانت لديك أي استفسارات إضافية حول PA-12 لدينا أو أي من الموضوعات المذكورة هنا، راسلنا عبر البريد الإلكتروني أو اتصل على 1-800-676-6123 (اتصال مجاني).