Ten/Ta/To Elektrický lineární pohon PA-12 je fantastickým příkladem principů štíhlého designu a představuje budoucnost lineárního pohybu. Pokud hledáte zařízení, které dokáže v kompaktním provedení poskytnout nejlepší výkon ve své třídě, už nehledejte. PA-12 je plný moderních řešení opakujících se problémů a tento článek se podívá na hlavní rysy konstrukce tohoto aktuátoru. Tento lineární aktuátor je účelově navržen tak, aby poskytoval co nejpřesnější pohyb s vysokým rozlišením, aniž by uživatel musel určovat řídicí parametry nebo kompenzovat odečty polohy pro různé podmínky zatížení. Za tímto účelem má aktuátor velmi přesný potenciometr s vestavěným filtrem pro snížení elektrického šumu a velmi lehký motor pro snížení dopadu setrvačnosti. Prodáváme také aktuátory PA-12 s bezjádrovými motory, které mohou poskytovat výrazně lepší výkon než motory s jádrem a dále přispívají ke zvýšení přesnosti.
Tento elektrický pohon je vybaven palubním počítačem, který provede všechny potřebné výpočty. Uživatel pouze zadá příkazy v TTL nebo RS-485 formátu. Alternativně lze PA-12 připojit k počítačovému ovladači LC-12 a budete moci odesílat příkazy přes rozhraní na vašem PC. S ohledem na to vše se pojďme ponořit do PA-12 a všeho, co nabízí!
Přesnost pohybu
Nechali jsme provést nezávislý test našich aktuátorů PA-12, abychom vypočítali přesnost jejich pohybu. Test spočíval v přesném provedení dvou servopočtů na jeden povel k pohybu, což by odpovídalo 0,001074” na pohyb. Měření byla provedena pomocí přesného laserového indikátoru polohy a aktuátor byl také zatížen zátěží 15 liber pro vysouvání i zasouvání. Výsledky lze vidět v níže uvedených grafech.
Většina běžných přístrojů nedokáže přesně detekovat tak malou změnu polohy. Pokud by se aktuátor pohyboval ve větších krocích, výsledky by byly ještě přesnější. Tento pohyb je založen na dvou faktorech – vysoké přesnosti vestavěného potenciometru a správně kalibrovaném PID regulátoru. Parametry pro PID regulaci lze volitelně měnit pomocí digitálních příkazů, ale nedoporučuje se to.
Jádrový vs. bezjádrový motor
PA-12 může být vybaven buď jádrovým, nebo bezjádrovým stejnosměrným motorem. Probereme s vámi výhody a nevýhody obou.
Jádrový motor
U typického stejnosměrného motoru je kolem železného jádra rotoru navinuta cívka. Když je do cívky přiveden proud, vytvoří se magnetické pole, které spolu se statorem způsobuje otáčení motoru. Stejnosměrný motor s kartáčovaným železným jádrem je ověřená, spolehlivá a cenově dostupná varianta. Stejnosměrný motor s kartáčovaným železným jádrem by byl schopen běžet na přímé stejnosměrné napětí a zvládat vysoký točivý moment, protože železné jádro udržuje vše pevné. Jádro také pomáhá motoru dosáhnout vyššího odběru proudu, protože funguje jako chladič a umožňuje odvádění tepla. Tento typ motoru je velmi jednoduchý a přesto účinný, ale má několik nevýhod.
Stejnosměrný motor s kartáčovým jádrem má tendenci k nižšímu zrychlení a zpomalení kvůli přidané hmotnosti železného jádra. Tento motor má také tendenci mívat vyšší indukčnost, což znamená, že mezi komutátorem a kartáči dochází k většímu počtu náhodných elektrických oblouků. Tento efekt by časem zvyšoval opotřebení kartáčů.
Bezjádrový motor
Řešením mnoha z těchto problémů je kartáčový stejnosměrný motor bez jádra. Motor bez jádra je konstruován s použitím samonosné sítě vinutí, která nepotřebuje jádro k udržení správného tvaru. Díky tomu je rotor velmi lehký, což znamená, že může mnohem rychleji zrychlovat a zastavovat. Je účinnější a k dosažení stejného točivého momentu vyžaduje méně proudu jako motor s železným jádrem. Tyto typy sofistikovaných vinutí mají také nižší indukčnost, což znamená, že k oblouku mezi komutátorem a kartáči dochází s nižším výkonem a nižší frekvencí.
Nevýhodami bezjádrových motorů jsou omezená velikost, vyšší náklady a požadavek na chladič. U jádrového motoru se jádro stará o odvod tepla od cívek, ale abyste zajistili dlouhodobý konzistentní provoz bezjádrového stejnosměrného motoru, potřebovali byste alternativní metody hospodaření s teplem.
Motor s jádrem PA-12 má již velmi lehkou konstrukci s kompaktními rozměry a sníženým setrvačným zatížením. Pro potřeby specializovaného mikropolohování je pravděpodobně vhodné zvolit variantu bezjádrového motoru, protože to vaší aplikaci umožní dosáhnout nejlepších výsledků.
Filtrování a šum
Charakteristickým znakem PA-12 je schopnost provádět přesná a konzistentní měření polohy pomocí potenciometru. Aby toho bylo možné dosáhnout, je PA-12 vybaven analogově-digitálním převodníkem (ADC), který je určen k propojení s potenciometrem. Integrovaný regulátor provádí filtrování signálů přicházejících z potenciometru a převádí analogová data na digitální odezvy, které lze odesílat prostřednictvím komunikačních balíčků TTL nebo RS-485. Aby bylo možné provádět odečty za normálních okolností, doporučená frekvence odečtu dat je 100krát za sekundu. To znamená, že informace o poloze lze aktualizovat rychlostí 100 Hz.
Nicméně aktuátory PA-12 jsou schopny maximální frekvence čtení dat 500krát za sekundu. Pro dosažení tohoto výsledku by bylo nutné jednotky individuálně nakonfigurovat ve výrobě, ale je možné dosáhnout vysoké obnovovací frekvence bez obětování přesnosti.
Sdělení
Nejdůležitější věcí, kterou je třeba mít u těchto pohonů na paměti, je, že je nelze ovládat běžnými prostředky. Aby bylo dosaženo výkonu, stability a přesnosti polohování pohonů PA-12, musí uživatel propojit interní mikrokontrolér přes protokol RS-485 nebo TTL. U jednotek s podporou TTL je možná komunikace prostřednictvím servo impulsů.
TTL i RS-485 představují standardy v sériové komunikaci. Poskytují rámec pro vývoj sady příkazů a odpovědí v 8bitovém formátu, které by mohly být použity k propojení s integrovaným mikrokontrolérem v PA-12.
Komunikační parametry pro sériové datové připojení pro TTL i RS-485 jsou uvedeny níže:
Struktura
Datová struktura pro komunikaci s integrovaným mikrokontrolérem PA-12 je poloduplexní UART. Plně duplexní komunikační systém umožňuje oběma zařízením současně vysílat a přijímat data. V případě PA-12 je systém poloduplexní, známý také jako semiduplex. To znamená, že zařízení spolu mohou komunikovat, ale ne současně. Kdykoli během komunikace musí jedno zařízení vysílat, zatímco druhé přijímá a naopak.
Z tohoto důvodu, pokud se pokoušíte komunikovat s PA-12 prostřednictvím plně duplexního sériového komunikačního zařízení, budete muset mezi nimi použít vyrovnávací paměť.
Obrázek 1: Schéma zapojení komunikace TTL/PWM pro poloduplexní režim
Pro TTL/PWM komunikaci mezi plně duplexním zařízením a PA-12 doporučujeme implementovat čip 74LVC2G241, který bude fungovat jako vyrovnávací paměť. Plně duplexní zařízení může být něco jako mikrokontrolér Arduino. Podrobné informace o jeho nastavení naleznete v našem článku o Začínáme s Arduinem a PA-12.
Obrázek 2: Schéma zapojení komunikace RS-485 pro poloduplexní režim
Pro pohony typu RS-485 doporučujeme použít čip MAX485 jako vyrovnávací paměť mezi plně duplexním regulátorem a poloduplexním zařízením PA-12. Komunikační zařízení, která sama používají poloduplexní rozhraní, by samozřejmě neměla mít problém s přímou komunikací s PA-12. Například modul PLC Allen-Bradley 1769-ASCII může s PA-12 komunikovat přímo.
Přenosová rychlost
Přenosová rychlost představuje rychlost komunikace mezi zařízeními přes datový kanál. Výchozí přenosová rychlost pohonů PA-12 je nastavena na 57600 bps. Pokud vaše komunikační zařízení používá jinou přenosovou rychlost, existují dva způsoby, jak ji změnit. Nejjednodušší způsob je připojit PA-12 k počítači prostřednictvím našeho rozhraní LC-12 a provést změny prostřednictvím aplikace. Případně můžete přenosovou rychlost nastavit také pomocí příkazu zápisu RS-485. To bude vyžadovat následující:
1. Nastavte přenosovou rychlost komunikačního modulu na 57600.
2. Zapište požadovanou přenosovou rychlost na paměťovou adresu 0x04.
3. Hodnota přenosové rychlosti na adrese 0x04 musí být nastavena na jednu ze 4 konkrétních hodnot, přičemž výchozí hodnota je 32 odpovídající číslu 57600.
4. Aby se tyto změny projevily, je nutné restartovat zařízení PA-12. Budete muset zařízení PA-12 vypnout, poté změnit přenosovou rychlost na komunikačním zařízení a systém znovu zapnout.
Řídicí jednotka rozhraní pro počítač LC-12
Nejjednodušší způsob komunikace s interním počítačem PA-12 je prostřednictvím řídicí jednotka rozhraní pro počítač LC-12Lze jej použít k připojení k pohonům s TTL/PWM i RS-485. LC-12 je také vyžadován pro stahování a instalaci aktualizací firmwaru.
Řídicí jednotku rozhraní lze použít k pohodlnému nastavení provozních parametrů pohonů PA-12. Například v konkrétních aplikacích můžete chtít nastavit limity vysunutí a zasunutí, přenosovou rychlost, maximální teplotu, maximální proud, maximální povolenou chybu polohy atd. Ve velkém množství společnost Progressive Automations předprogramuje všechny jednotky, ale pokud se jedná o výrobní množství 50 kusů nebo méně, může být snazší nastavit parametry prostřednictvím rozhraní.
LC-12 lze použít k testování pohybu aktuátoru, aniž byste se museli zdržovat nastavením komunikace TTL a RS-485. LC-12 se bude vždy moci připojit k aktuátoru PA-12, pokud se nevyskytnou žádné problémy s hardwarem. To může být užitečné při monitorování parametrů nastavených v mapě paměťových dat, aby se zajistilo, že nic není na správném místě, a v případě potřeby se chyby opravily.
Interní počítač PA-12 bude schopen sám diagnostikovat problémy a během provozu zobrazovat chybové kódy. Při pouhém přijímání signálů zpětné vazby může být obtížné přesně určit, co je s pohonem v nepořádku. Rozhraní LC-12 pro počítač bude schopno vyhledávat a zobrazovat chyby, které pohon generuje, a usnadní tak určení, jak problémy opravit. Pokud například pohon nedosahuje cílové polohy, můžete se podívat na zobrazení chyb a aktuální monitor na rozhraní a zjistit, zda se v cestě nachází překážka.
A konečně, řídicí jednotka LC-12 s rozhraním pro PC má dvě důležité funkce pro pohony PA-12, díky nimž je nezbytným společníkem pro počáteční odběr vzorků a řešení problémů. LC-12 je jediný způsob, jak resetovat pohon do výchozího továrního nastavení a použít aktualizace firmwaru.
Závěrečné slovo
V tomto článku jsme vás seznámili s klíčovými vlastnostmi přesného pohybu, motory s jádrem vs. bez jádra a nízkou hlučností našeho elektrického lineárního aktuátoru PA-12. Existují různé způsoby komunikace s tímto aktuátorem, přičemž naši inženýři považují za nejjednodušší řídicí jednotku s rozhraním pro PC LC-12.
Doufáme, že se vám tento článek líbil – pokud máte další dotazy ohledně našeho PA-12 nebo jakéhokoli tématu v tomto článku, napište nám e-mail nebo zavolejte 1-800-676-6123 (bezplatná linka).