Der PA-12 elektrische Linearantrieb ist ein fantastisches Beispiel für schlanke Designprinzipien und repräsentiert die Zukunft der linearen Bewegung. Wenn Sie nach einem Gerät suchen, das eine erstklassige Leistung in einem kompakten Paket bieten kann, suchen Sie nicht weiter. Der PA-12 ist vollgepackt mit modernen Lösungen für wiederkehrende Probleme, und dieser Artikel gibt einen Einblick in die Hauptmerkmale des Designs dieses Aktuators. Dieser Linearantrieb ist speziell dafür konzipiert, die präziseste Bewegung mit hoher Auflösung zu ermöglichen, ohne dass der Benutzer Steuerparameter festlegen oder Positionsmessungen für unterschiedliche Lastbedingungen kompensieren muss. Dazu verfügt der Aktuator über einen hochpräzisen Potentiometer mit einem eingebauten Filter zur Reduzierung des elektrischen Rauschens und einen sehr leichten Motor, um die Auswirkungen der Trägheit zu verringern. Wir verkaufen auch PA-12-Aktoren mit kernlosen Motoren, die eine deutlich bessere Leistung als Motoren mit Kern bieten können und zusätzlich zur erhöhten Genauigkeit beitragen.
Dieser elektrische Aktuator ist mit einem Onboard-Computer ausgestattet, der alle notwendigen Berechnungen übernimmt. Er erfordert lediglich, dass der Benutzer die Befehle im TTL oder RS-485 Format bereitstellt. Alternativ kann der PA-12 mit dem LC-12 Computercontroller verbunden werden, und Sie können Befehle über eine Schnittstelle auf Ihrem PC senden. Mit all dem im Hinterkopf, lassen Sie uns in den PA-12 eintauchen und alles entdecken, was er zu bieten hat!
Bewegungspräzision
Wir haben einen unabhängigen Test an unseren PA-12-Aktoren durchgeführt, um die Präzision ihrer Bewegung zu berechnen. Der Test bestand darin, zwei Servo-Zählungen pro Bewegungsbefehl genau auszuführen, was 0,001074" pro Bewegung entspricht. Die Messungen wurden mit einem präzisen Laser-Positionsindikator durchgeführt, und der Aktuator hatte sowohl bei der Ausdehnung als auch bei der Rückziehung eine Last von 15 lbs. Die Ergebnisse sind in den folgenden Grafiken zu sehen.
Die meisten gängigen Instrumente können eine so kleine Positionsänderung nicht genau wahrnehmen. Wenn sich der Aktuator in größeren Schritten bewegt hätte, wären die Ergebnisse noch präziser gewesen. Diese Bewegung basiert auf zwei Faktoren – der hohen Präzision des eingebauten Potentiometers und einem richtig kalibrierten PID-Regler. Die Parameter für die PID-Steuerung können optional über digitale Befehle geändert werden, aber es wird nicht empfohlen.
Kernmotor vs. kernloser Motor
Der PA-12 kann entweder mit einem Kernmotor oder einem kernlosen Gleichstrommotor ausgestattet sein. Wir werden die Vor- und Nachteile beider erläutern.
Kernmotor
In einem typischen Gleichstrommotor wird eine Spule um den Eisenkern des Rotors gewickelt. Wenn Strom auf die Spule angewendet wird, erzeugt sie ein Magnetfeld, das zusammen mit einem Stator die Drehung des Motors verursacht. Der Gleichstrommotor mit Eisenkern ist eine getestete, zuverlässige und kostengünstige Option. Ein Kernmotor mit Bürsten könnte mit Gleichstromspannung in gerader Linie betrieben werden und aufgrund des Eisenkerns, der alles stabil hält, ein hohes Drehmoment bewältigen. Der Kern hilft dem Motor auch, höhere Stromabnahmen zu erreichen, da er als Kühlkörper fungiert und die Wärme abgeleitet wird. Diese Art von Motor ist sehr einfach und dennoch effektiv, hat jedoch einige Nachteile.
Ein Kernmotor mit Bürsten hat tendenziell eine geringere Beschleunigung und Verzögerung aufgrund des zusätzlichen Gewichts des Eisenkerns. Dieser Motor hat auch tendenziell eine höhere Induktivität, was bedeutet, dass es mehr unbeabsichtigte elektrische Lichtbögen zwischen dem Kommutator und den Bürsten gibt. Dieser Effekt würde den Verschleiß der Bürsten im Laufe der Zeit erhöhen.
Kernloser Motor
Ein kernloser Gleichstrommotor mit Bürsten ist die Lösung für viele dieser Probleme. Ein kernloser Motor wird mit einem selbsttragenden Wickelnetz konstruiert, das keinen Kern benötigt, um die richtige Form zu behalten. Dies macht den Rotor sehr leicht, was bedeutet, dass er viel schneller beschleunigen und stoppen kann. Er ist effizienter und benötigt weniger Strom, um das gleiche Drehmoment wie der Eisenkernmotor zu erreichen. Diese Arten von ausgeklügelten Wicklungen haben auch eine niedrigere Induktivität, was bedeutet, dass das Lichtbogen zwischen Kommutator und Bürsten bei niedrigerer Leistung und reduzierter Frequenz auftritt.
Die Nachteile von kernlosen Motoren sind die begrenzte Größe, die höheren Kosten und die Notwendigkeit eines Kühlkörpers. In einem Kernmotor kümmert sich der Kern um die Ableitung der Wärme von den Spulen, aber für einen kernlosen Gleichstrommotor wären alternative Methoden zur Wärmeverwaltung erforderlich, um eine konstante Funktion über längere Zeiträume zu gewährleisten.
Der PA-12-Kernmotor ist bereits eine sehr leichte Konstruktion mit kompakten Abmessungen und reduzierter Trägheitslast. Für spezielle Mikropositionierungsbedürfnisse ist es wahrscheinlich eine gute Idee, die Option des kernlosen Motors zu wählen, da dies Ihrer Anwendung die besten Ergebnisse ermöglichen wird.
Filtern und Rauschen
Das definierende Merkmal des PA-12 ist die Fähigkeit, Positionsmessungen mit dem Potentiometer genau und konsistent durchzuführen. Um dies zu erreichen, wird der PA-12 mit einem Analog-Digital-Wandler (ADC) geliefert, der für die Schnittstelle mit dem Potentiometer gedacht ist. Der Onboard-Controller führt die Filterfunktion für die Signale aus, die vom Potentiometer kommen, und wandelt die analogen Daten in digitale Antworten um, die über TTL- oder RS-485-Kommunikationspakete gesendet werden können. Um die Messungen unter normalen Umständen zu ermöglichen, beträgt die empfohlene Datenlesefrequenz 100 Mal pro Sekunde. Das bedeutet, dass die Positionsinformationen mit einer Rate von 100 Hz aktualisiert werden können.
Das gesagt, die PA-12-Aktoren sind in der Lage, eine maximale Datenlesefrequenz von 500 Mal pro Sekunde zu erreichen. Die Einheiten müssten im Werk speziell konfiguriert werden, um dieses Ergebnis zu erzielen, aber es ist möglich, eine hohe Aktualisierungsrate zu erreichen, ohne die Genauigkeit zu opfern.
Kommunikation
Das Wichtigste, was Sie bei diesen Aktuatoren beachten sollten, ist, dass sie nicht auf reguläre Weise gesteuert werden können. Um die Leistung, Stabilität und Positionsgenauigkeit der PA-12-Aktoren zu erreichen, muss der Benutzer mit dem internen Mikrocontroller über das RS-485- oder TTL-Protokoll interagieren. Für TTL-fähige Einheiten ist es möglich, über Servopulse zu kommunizieren.
Sowohl TTL als auch RS-485 stellen Standards in der seriellen Kommunikation dar. Sie bieten einen Rahmen zur Entwicklung eines Satzes von Befehlen und Antworten im 8-Bit-Format, die verwendet werden können, um mit dem integrierten Mikrocontroller im PA-12 zu interagieren.
Die Kommunikationsparameter für die serielle Datenverbindung sowohl für TTL als auch für RS-485 sind unten dargestellt:
Struktur
Die Datenstruktur für die Kommunikation mit dem integrierten Mikrocontroller PA-12 ist halbduplex UART. Ein Vollduplex-Kommunikationssystem ermöglicht es beiden Geräten, Daten gleichzeitig zu übertragen und zu empfangen. Im Fall des PA-12 ist das System halbduplex, auch bekannt als semiduplex. Das bedeutet, dass die Geräte miteinander kommunizieren können, aber nicht gleichzeitig. Zu jedem Zeitpunkt während der Kommunikation muss ein Gerät senden, während das andere empfängt, und umgekehrt.
Aus diesem Grund müssen Sie, wenn Sie versuchen, mit einem PA-12 über ein vollduplexes serielles Kommunikationsgerät zu kommunizieren, einen Puffer dazwischen verwenden.
Abbildung 1: TTL/PWM Kommunikationsverdrahtungsdiagramm für Halbduplex
Für die TTL/PWM-Kommunikation zwischen einem Vollduplexgerät und dem PA-12 empfehlen wir die Implementierung eines 74LVC2G241-Chips als Puffer. Ein Vollduplexgerät kann etwas wie einen Arduino-Mikrocontroller sein. Für detaillierte Informationen zur Einrichtung können Sie unseren Artikel über den Einstieg mit Arduino und PA-12 lesen.
Abbildung 2: RS-485 Kommunikationsverdrahtungsdiagramm für Halbduplex
Für RS-485-Aktoren empfehlen wir die Verwendung des MAX485-Chips als Puffer zwischen einem Vollduplexcontroller und dem halbduplexen PA-12-Gerät. Natürlich hätten Kommunikationsgeräte, die selbst halbduplex sind, keine Probleme, direkt mit dem PA-12 zu kommunizieren. Zum Beispiel kann das Allen-Bradley 1769-ASCII PLC-Modul direkt mit dem PA-12 kommunizieren.
Baudrate
Die Baudrate repräsentiert die Geschwindigkeit der Kommunikation zwischen Geräten über den Datenkanal. Die Standardbaudrate der PA-12-Aktoren ist auf 57600 bps eingestellt. Wenn Ihr Kommunikationsgerät eine andere Baudrate verwendet, gibt es zwei Möglichkeiten, sie zu ändern. Die einfachste Möglichkeit besteht darin, den PA-12 über unseren LC-12-Schnittstellencontroller mit einem PC zu verbinden und die Änderungen über die App vorzunehmen. Alternativ können Sie die Baudrate auch über den RS-485-Schreibbefehl einstellen. Dazu müssen Sie Folgendes tun:
1. Stellen Sie die Baudrate für das Kommunikationsmodul auf 57600 ein.
2. Schreiben Sie die gewünschte Baudrate in die Speicheradresse 0x04.
3. Der Wert für die Baudrate in der Adresse 0x04 muss auf einen von 4 spezifischen Werten eingestellt werden, wobei 32 der Standardwert für 57600 ist.
4. Der PA-12 muss neu gestartet werden, damit diese Änderungen wirksam werden. Sie müssen den PA-12 ausschalten, dann die Baudrate Ihres Kommunikationsgeräts ändern und das System wieder einschalten.
LC-12 PC-Schnittstellencontroller
Die einfachste Möglichkeit, mit dem internen Computer des PA-12 zu kommunizieren, ist über den LC-12 PC-Schnittstellencontroller. Er kann verwendet werden, um sowohl TTL/PWM- als auch RS-485-Aktoren zu verbinden. Der LC-12 wird auch benötigt, um Firmware-Updates herunterzuladen und zu installieren.
Der Schnittstellencontroller kann verwendet werden, um die Betriebsparameter der PA-12-Aktoren bequem einzustellen. Beispielsweise möchten Sie in bestimmten Anwendungen möglicherweise die Ausdehnungs- und Rückzugsgrenzen, die Baudrate, die maximale Temperatur, den maximalen Strom, den maximal zulässigen Positionsfehler usw. festlegen. In großen Mengen wird Progressive Automations alle Einheiten vorprogrammieren, aber wenn es sich um Produktionsmengen von 50 oder weniger handelt, kann es einfacher sein, die Parameter über die Schnittstelle einzustellen.
Der LC-12 kann verwendet werden, um die Bewegung des Aktuators zu testen, ohne sich mit der Einrichtung der TTL- und RS-485-Kommunikation aufzuhalten. Der LC-12 kann immer eine Verbindung zum PA-12-Aktuator herstellen, wenn keine Hardwareprobleme vorliegen. Dies könnte nützlich sein, um die in der Datenspeicherkarten festgelegten Parameter zu überwachen, um sicherzustellen, dass nichts aus dem Rahmen fällt und Fehler gegebenenfalls zu beheben.
Der interne Computer des PA-12 kann Probleme selbstdiagnostizieren und während des Betriebs Fehlercodes anzeigen. Es kann schwierig sein, genau zu erkennen, was mit dem Aktuator nicht stimmt, wenn nur die Rückmeldesignale empfangen werden. Die LC-12 PC-Schnittstelle könnte die Fehler suchen und anzeigen, die der Aktuator erzeugt, und es erleichtern, herauszufinden, wie die Probleme zu beheben sind. Wenn der Aktuator beispielsweise die Zielposition nicht erreicht, können Sie die Fehleranzeige und den aktuellen Monitor auf der Schnittstelle überprüfen und feststellen, dass ein Hindernis im Weg ist.
Schließlich hat der LC-12 PC-Schnittstellencontroller zwei wichtige Funktionen für die PA-12-Aktoren, die ihn zu einem unverzichtbaren Begleiter für die erste Probenahme und Fehlersuche machen. Der LC-12 ist die einzige Möglichkeit, den Aktuator auf die werkseitigen Standardeinstellungen zurückzusetzen und Firmware-Updates anzuwenden.
Letztes Wort
In diesem Artikel haben wir Ihnen die wichtigsten Merkmale der Präzisionsbewegung, der Kern- und kernlosen Motoren und des niedrigen Geräuschpegels unseres PA-12 elektrischen Linearantriebs nähergebracht. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, mit diesem Aktuator zu kommunizieren, wobei der LC-12 PC-Schnittstellencontroller von unseren Ingenieuren als der einfachste angesehen wird.
Wir hoffen, dass Ihnen dieser Artikel gefallen hat – wenn Sie weitere Fragen zu unserem PA-12 oder zu einem der Themen in diesem Artikel haben, schreiben Sie uns eine E-Mail oder rufen Sie 1-800-676-6123 (gebührenfrei) an.