Ръководство за системи за управление на електрически линейни задвижвания

Системите за управление са неразделна част от работата на електрическите линейни задвижващи механизми, предназначени да управляват работата и да насочват поведението на движението на тези устройства. Популярни решения, като например контролните кутии, са вид система за управление на линейни задвижващи механизми, при която всички електронни компоненти са закрепени в корпус, често с формата на кутия. По същество системата за управление интерпретира входните команди, независимо дали са ръчни или автоматизирани, и ги преобразува в сигнали, които регулират движението на задвижващия механизъм.

Основната цел на тези системи е да гарантират, че задвижващите механизми работят точно, ефективно и надеждно според предварително определени параметри. Значението на системите за управление в работата на задвижващите механизми не може да бъде надценено, особено когато става въпрос за постигане на прецизен и ефикасен контрол на движението. Тези системи са от решаващо значение по няколко причини:
1. Прецизност: Системите за управление позволяват фина настройка на движенията на задвижващите механизми, за да се постигнат високи нива на повторяемост и точност. Това е от съществено значение в приложения, където точното позициониране е критично, като например в роботизираната хирургия или аерокосмическото инженерство.
2. Ефективност: Чрез оптимизиране на начина, по който задвижващите механизми реагират на команди, системите за управление намаляват консумацията на енергия и минимизират износването. Това не само удължава живота на задвижващия механизъм, но и подобрява цялостната ефективност на системата, в която работи.
3. Адаптивност: Механизмите за обратна връзка могат да коригират поведението на съвместимите задвижващи механизми в реално време, като анализират обратната връзка за позицията от съвместимите задвижващи механизми. Тази адаптивност е жизненоважна в динамични среди, където условията... променят се бързо, например в автоматизирани производствени процеси или когато множество задвижващи механизми имат неравномерно разпределение на теглото.

4. Интеграция: Системите за управление често позволяват на задвижващите механизми да работят съвместно с други съществуващи системи, улеснявайки сложни операции от прости входни данни, които се изпращат към системата за управление. Тази интеграция се поддържа от напредъка в свързаността и програмирането. В някои системи за управление вградените им трансформатори могат да служат и за безпроблемна интеграция, като се удвояват като преобразувател на напрежение, когато например е необходим входен източник от 120 VAC за захранване на задвижващ механизъм от 12 VDC.

5. Функции за безопасност: Програмираните функции за безопасност, като защита от претоварване, помагат за предотвратяване на повреда на задвижващия механизъм или приложението чрез спиране на работата, след като контролната кутия е открила прекомерно висока консумация на електрически ток. Друга функция за безопасност, която се намира в контролните кутии, включва защита от прегряване, която спира работата след определено време на циклиране, за да се гарантира, че работата остава в рамките на работния цикъл на задвижващия механизъм, като по този начин се избягват изгаряния на двигателя. Системите за управление са от основно значение за функционалността на задвижващите механизми, осигурявайки необходимата интелигентност и адаптивност, за да се гарантира прецизност, ефективност, безопасност и ефективен контрол на движението. Тяхната роля е ключова в разширяващата се област на технологиите за автоматизация, където прецизността на движението често е крайъгълният камък на оперативния успех.

Системите за управление на електрически линейни задвижващи механизми се състоят от няколко ключови компонента, които улесняват прецизната и ефективна работа. Разбирането на тези компоненти и принципите, които стоят зад тях, е от решаващо значение за оптимизиране на производителността на линейните задвижващи механизми.

Ключови компоненти на основна контролна кутия

В основна контролна кутия, проектирана за електрически линейни задвижващи механизми, всеки компонент играе ключова роля за осигуряване на ефективна работа. Ето разбивка на тези основни компоненти, техните функции и цели, които обслужват:

1. Релета: Релетата действат като превключватели, които управляват електрическата верига с висока мощност, използвайки сигнал с ниска мощност. За контролните кутии, проектирани да управляват 2-проводни задвижващи механизми, две релета са от съществено значение за обръщане на полярността на напрежението, приложено към двата проводника на задвижващия механизъм, което от своя страна променя посоката на движение. Това позволява двупосочно управление с проста настройка за разгъване и прибиране на задвижващия механизъм.

2. Входни канали: Входните канали са интерфейси, през които Системата за управление получава електрически сигнали от външни източници, като например захранвания или сигнали от кабелни дистанционни управления. Контролните кутии, които работят с позиционна обратна връзка, могат също да получават входни данни от сензорите на изпълнителния механизъм. Тези канали обработват входните данни от потребителя и/или сензорите, за да определят как трябва да работи изпълнителният механизъм, което ги прави основни за иницииране и управление на движенията на изпълнителния механизъм въз основа на специфични изисквания.

3. Изходни канали: Изходните канали доставят управляващи сигнали от контролера към изпълнителния механизъм или други компоненти, като релета. Контролните кутии, които работят с позиционна обратна връзка, могат също да извеждат електрически ток, така че сензорите на изпълнителния механизъм да имат захранването за работа. Тези канали са от решаващо значение за изпълнението на командите, определени от системата за управление, като пряко влияят върху поведението на изпълнителния механизъм.

4. Бутон за дистанционно синхронизиране: Този бутон се използва за синхронизиране на системата за управление с устройство за дистанционно управление. Той гарантира, че дистанционните входове се разпознават и обработват от системата за управление, което улеснява удобната и гъвкава работа от разстояние.

5. Светлинен индикатор: Светлинните индикатори осигуряват визуална обратна връзка за състоянието на системата. Те могат да бъдат индикатор за захранване. включване/изключване, режими на работа, състояния на грешки или приемане на сигнал, което помага за наблюдение и отстраняване на неизправности в системата, без да са необходими сложни диагностични инструменти.

6. Избор на режим: Тази функция позволява на потребителя да превключва между различни режими на работа на контролната кутия, като например моментни или немоментни управления. В моментен режим бутонът на дистанционното управление трябва да се държи непрекъснато в активно положение, за да работи устройството. След като освободите превключвателя, устройството спира да функционира. Немоментният режим работи като превключвател, който остава в последното си зададено положение, докато не бъде променен отново, независимо дали е натиснат. Това означава, че след като бъде активиран, устройството продължава да работи, докато превключвателят не бъде изключен ръчно.

7. Антена: Антената е част от контролни кутии, които имат безжична комуникационна настройка. Антените се използват за подобряване на обхвата и качеството на сигнала между системата за управление и устройствата за дистанционно управление или между взаимосвързани системи. Тя е от решаващо значение за поддържане на стабилна комуникация в среди, където директното окабеляване е непрактично или нежелателно.

8. RF приемник Модул: Този модул приема радиочестотни сигнали, изпращани от безжични дистанционни управления. Той декодира тези сигнали в изпълними команди, които системата за управление може да разбере и да предприеме действия. Модулът за радиочестотен приемник е от съществено значение за безжичните настройки за управление, позволявайки дистанционно управление на задвижващия механизъм без физически контакт.

Заедно тези компоненти образуват цялостна система за управление на 2-проводни задвижващи механизми, всеки от които изпълнява специфична функция, допринасяща за цялостната ефективност и ефикасност на работата на задвижващия механизъм. Тази система не само позволява прецизен контрол върху движенията на задвижващия механизъм, но и подобрява потребителския интерфейс и взаимодействие, което го прави адаптивен към широк спектър от приложения.

Позиционна обратна връзка е от съществено значение за повишаване на прецизността и точността на управление на задвижващия механизъм. Три често срещани типа механизми за обратна връзка включват сензори на Хол, потенциометри и обратна връзка с крайни превключватели.

Сензори с ефект на Хол

Теорията за ефекта на Хол, Едуин Хол (който е открителят на ефекта на Хол), твърди, че когато се приложи магнитно поле в посока, перпендикулярна на потока на електрически ток в проводник, се индуцира разлика в напрежението. Това напрежение може да се използва за откриване дали сензор на ефекта на Хол е в близост до магнит.

Чрез прикрепване на магнит към въртящия се вал на двигател, сензорите на Хол могат да открият кога валът е успореден на тях. С помощта на малка платка тази информация може да се изведе като правоъгълна вълна, подобна на оптичните енкодери. Обичайна практика е платките на Хол да имат 2 сензора, което води до квадратурен изход, при който два сигнала ще се покачват и спадат, докато електрическият двигател се върти с фазова разлика от 90° между тях. Чрез преброяване на тези импулси и определяне кой идва първи, системите за управление могат да определят посоката, в която се върти двигателят.

Потенциометри

Потенциометърът осигурява променливо съпротивление, пропорционално на позицията на задвижващия механизъм. Зъбни колела често са свързани между копчето на потенциометъра и въртящия се двигател на задвижващия механизъм. С движението на задвижващия механизъм стойността на съпротивлението се променя, което може да бъде измерено и преобразувано в данни за позицията. Тази информация след това се използва от система за управление за фина настройка на позицията на задвижващия механизъм, повишавайки точността.

Обратна връзка с крайния превключвател

Целта на сигналите за обратна връзка от крайните изключватели е да позволят на системата да определи дали задвижващият механизъм е задействал физически вътрешните крайни изключватели. Този вид обратна връзка е проста и полезна за приложения, които изискват главно информация дали задвижващият механизъм е достигнал напълно изтеглено или напълно прибрано положение.

Системите за управление на задвижващите механизми могат да бъдат категоризирани в два основни типа:

Системи за управление с отворен контур: В тези системи, задвижващият механизъм се управлява единствено въз основа на входните команди, без обратна връзка за действителната позиция. Макар и по-прости и по-евтини, системите с отворен контур нямат способността да коригират грешки в позиционирането, което ги прави по-малко точни от своите аналози.
Един пример за проста система с отворен контур включва моментен люлеещ се превключвател, свързан с линеен задвижващ механизъм. Това изисква операторът физически да натисне и задържи превключвателя, за да може задвижващият механизъм да продължи да се движи, а пускането на превключвателя, преди задвижващият механизъм да е достигнал края на хода си, ще доведе до спиране на движението му по средата на пътя.

Системи за управление със затворен контур: Тези системи включват механизми за обратна връзка, като например сензори на Хол или потенциометри, за непрекъснато регулиране на управляващите сигнали въз основа на действителното положение на задвижващия механизъм. Тази обратна връзка позволява прецизен контрол и коригиране на грешки, което прави системите със затворен контур идеални за приложения, където точността е от решаващо значение. Системите за управление със затворен контур често се срещат в приложения, които използват микроконтролери, контролни кутии и PLC, програмирани за задвижващите механизми да изпълняват специфични функции.
Изборът на система за управление и нейните компоненти оказва значително влияние върху функционалността и оптимизацията на производителността на задвижващите механизми. Чрез интегриране на ефективни механизми за обратна връзка и избор на подходящ тип система за управление, задвижващите механизми могат да бъдат оптимизирани за широк спектър от приложения, осигурявайки както прецизност, така и надеждност в работата им.

В идеална обстановка линейните задвижващи механизми винаги биха се държали предвидимо, но смущенията могат да възникнат под формата на силни ветрове, неравномерно разпределение на теглото, физически препятствия и механично износване. Някои от тези смущения могат да бъдат отчетени с помощта на системи за управление, програмирани да работят с линейни задвижващи механизми, които имат съвместима обратна връзка за отчитане на грешки и след това изпълнение на стратегии за коригиране на грешки, за да се постигнат желаните резултати.

Променливи, които управляващите системи коригират

1. Позиция: Системите за управление помагат да се гарантира, че задвижващият механизъм достига и поддържа желаната позиция точно, като сравняват позицията на потребителя с действителното отчитане на позицията от сензорите за обратна връзка за позиция. Примерите включват, когато потребители, работещи на бюро, натискат бутон на контролера, за да накарат задвижващите механизми да се придвижат до определена предварително зададена позиция в паметта, за да регулират работното си пространство от седнало до изправено положение.

2. Скорост: Отчитането на обратната връзка за позиция и разделянето на изминатото разстояние на изминалото време ще доведе до скорост на движение. Някои системи за управление позволяват регулируеми настройки на скоростта чрез PWM (импулсно-широчинна модулация), което позволява на задвижващия механизъм да се движи с различни скорости въз основа на изискванията на приложението. Това е полезно в приложения, където са необходими различни скорости, като например за задвижващи механизми, задвижващи движението на симулатори на полети.

3. Сила: Някои системи за управление могат да регулират количеството сила, упражнявана от задвижващите механизми, като гарантират, че те работят в безопасни граници и предотвратяват повреда на системата или околните компоненти. Чрез измерване на консумирания електрически ток, системите за управление могат да преценят приблизително колко сила се упражнява от линейните задвижващи механизми. Тази функция е полезна за линейни задвижващи механизми, които отварят и затварят прозорци, за да изключат захранването и да спрат прилагането на сила, в случай че ръка или препятствие на човек блокира пътя на движение.

В индустрията се използват различни стратегии за управление, за да се постигне разумно ниво на прецизност при управление на движението. Всяка от тези стратегии за управление предлага различни предимства и е подходяща за различни приложения, в зависимост от нивото на управление и прецизност, изисквани от системата. Някои от широко използваните стратегии за управление на електрически линейни задвижващи механизми включват:

1. Управление вкл./изкл.: Това е най-простата форма на управление, използвана с електрически линейни задвижващи механизми, често срещани в системи за управление с отворен контур. То включва включване или изключване на електрическия ток, подаван към задвижващия механизъм, без междинно състояние. Този метод е лесен за употреба и се използва в приложения, където не е необходим прецизен контрол на позицията. Задвижващият механизъм работи с пълна мощност, докато достигне зададен краен изключвател или завърши задачата си, след което се изключва.

2. P (Пропорционално управление): Пропорционалното управление регулира входната мощност на задвижващия механизъм въз основа на грешката, която е разликата между действително измерената позиция/сила и желаната от потребителя стойност. Управляващият сигнал е пропорционален на тази грешка, което означава, че колкото по-голяма е грешката, толкова по-силна е реакцията на задвижващия механизъм. Този метод позволява по-плавна работа от управлението включване/изключване, но все пак може да доведе до грешка в стационарно състояние, ако не се комбинира с други видове управление.

3. PI (Пропорционално-интегрално управление): Тази стратегия подобрява пропорционалното управление чрез добавяне на интегрален член, който адресира проблема с грешката в стационарно състояние. Интегралният компонент сумира миналите грешки във времето, осигурявайки кумулативно коригиращо действие, което свежда грешката до нула. Това позволява на задвижващия механизъм не само да достигне, но и да поддържа желаната от потребителя позиция/сила по-точно.

4. PID управление (пропорционално-интегрално-деривативно): PID управлението е по-усъвършенстван метод, който комбинира три вида стратегии за управление – пропорционално, интегрално и производно – за да осигури прецизен и стабилен контрол на задвижващия механизъм. Пропорционалният компонент зависи от текущата грешка, интегралният компонент сумира минали грешки, а производният компонент предвижда бъдещи грешки въз основа на скоростта на промяна. Този цялостен подход позволява високо точен контрол върху позицията, силата и скоростта на задвижващия механизъм, което го прави идеален за сложни и динамични системи, където прецизността е от решаващо значение.

When selecting control systems for your electric linear actuators, it is important to consider the following factors:

• Ingress Protection
• Compatibility
• Budget

1. Ingress Protection: Assess the specific environmental requirements of your application to determine the type of control systems needed. The PA-33 control box for example has an ingress protection rating of IP65 for dust and water resistance. An ingress protection rating of IP65 or higher is recommended for control systems exposed to outdoor elements such as rainwater, dust, and debris.

2. Compatibility: Ensure that the control system is compatible with the electric linear actuators you have chosen or are currently using to ensure seamless integration. Check if your actuator has the matching communication protocols/positional feedback to the controllers you were considering. For example, the PA-12-T (TTL/PWM) and PA-12-R (RS-485) Micro Precision Servo Actuator provide precise position control with positional accuracy up to 100 um and require advanced communication protocols for such performance. Another thing to consider is whether the type of motor your actuator has will be compatible with a control system. Continuously operating brushless motors such as those found in our custom ordered PA-14 actuators would require control boxes compatible with their operation such as the LC-241 control box.

To see which of our control boxes and actuators are compatible with each other, check out our control box comparison and compatibility charts linked below:

https://7717445.fs1.hubspotusercontent-na1.net/hubfs/7717445/PDF%20Manuals/Desk%20Accessories/Control%20Boxes%20Compatibility%20Chart%202023.pdf

https://7717445.fs1.hubspotusercontent-na1.net/hubfs/7717445/PDF%20Manuals/Desk%20Accessories/Control%20Boxes%20Comparison%20Chart-1.pdf

3. Budget: Consider if there were any budget constraints for the project and choose a control system that offers the best value for your investment while meeting your performance requirements. For example, simple indoor projects that do not require high precision would work without any issues by wiring a basic rocker switch without high ingress protection to control a 2-wire mini linear actuator at an affordable price.

Контролните кутии, като например нашата серия FLTCON, позволяват програмиране на функции, функции за безопасност и други потребителски настройки, до които може да се осъществи достъп чрез свързаното дистанционно управление. Когато няколко задвижващи механизма тип „ефект на Хол“ са свързани към контролна кутия FLTCON, тя осигурява синхронизация на двигателите, така че те да се движат заедно с еднаква скорост.
Прочетете нашия блог за приложенията на контролните кутии FLTCON за повече информация.

При избор на конфигурация с 2 задвижващи механизма на Хол, нашият FLTCON-2 приема входно напрежение 110 VAC, но предлагаме и FLTCON-2-24 VDC, който приема входно напрежение 24 VDC. В комбинация с нашия преносим FLT батериен пакет PA-BT1-24-2200 (изход 24 VDC), комбинацията от FLTCON-2-24 VDC и PA-BT1-24-2200 позволява пълна преносимост. Предлагаме широка гама от опции за дистанционно управление, от които да избирате, за да можете да се насладите на всички уникални функции на нашите различни програмируеми кабелни дистанционни управления – те могат да се използват и заедно с нашите безжични дистанционни управления RT-14 за допълнително удобство.