El actuador lineal eléctrico PA-12 es un fantástico ejemplo de principios de diseño eficiente y representa el futuro del movimiento lineal. Si está buscando un dispositivo que pueda ofrecer el mejor rendimiento de su clase en un paquete compacto, no busque más. El PA-12 está repleto de soluciones modernas para problemas recurrentes y este artículo brindará un vistazo a las características principales del diseño de este actuador. Este actuador lineal está diseñado específicamente para proporcionar el movimiento más preciso posible con una alta resolución, sin necesidad de que el usuario determine parámetros de control o compense lecturas de posición para diferentes condiciones de carga. Para ello, el actuador dispone de un potenciómetro de muy alta precisión con un filtro incorporado para reducir el ruido eléctrico, y un motor muy ligero para reducir el impacto de la inercia. También vendemos actuadores PA-12 con motores sin núcleo, que pueden proporcionar un rendimiento significativamente mejor que los motores con núcleo y contribuyen aún más a una mayor precisión.
Este actuador eléctrico viene equipado con un ordenador de a bordo que se encargará de todos los cálculos necesarios. Sólo requiere que el usuario proporcione los comandos en formato TTL o RS-485 . Alternativamente, el PA-12 se puede conectar al controlador de computadora LC-12 y podrá enviar comandos a través de una interfaz en su PC. Con todo eso en mente, ¡sumergámonos en el PA-12 y todo lo que tiene para ofrecer!
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Precisión del Movimiento
Realizamos una prueba independiente en nuestros actuadores PA-12 para calcular la precisión de su movimiento. La prueba consistía en ejecutar con precisión dos conteos de servos por comando de movimiento, lo que equivaldría a 0,001074” por movimiento. Las mediciones se obtuvieron utilizando un indicador de posición láser de precisión y el actuador también tenía una carga de 15 libras tanto para extensión como para retracción. Los resultados se pueden ver en los gráficos siguientes.
Los instrumentos más comunes no pueden percibir con precisión un cambio de posición tan pequeño. Si el actuador se hubiera movido en incrementos mayores, los resultados habrían sido aún más precisos. Este movimiento se basa en dos factores: la alta precisión del potenciómetro incorporado y un controlador PID correctamente calibrado. Los parámetros para el control PID se pueden cambiar opcionalmente mediante comandos digitales, pero no se recomienda.
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Motor con Núcleo o sin Núcleo
PA-12 puede venir equipado con un motor CC con o sin núcleo. Le explicaremos las ventajas y desventajas de ambos.
Motor con Núcleo
En un motor de CC típico, se enrolla una bobina alrededor del núcleo de hierro del rotor. Cuando se aplica corriente a la bobina, se crea un campo magnético que, junto con el estator, provoca la rotación del motor. El motor de CC con escobillas y núcleo de hierro es una opción probada, confiable y de bajo costo. Un motor de CC con núcleo y escobillas podría funcionar con voltaje de CC en línea recta y manejar un par alto debido al núcleo de hierro que mantiene todo rígido. El núcleo también ayuda al motor a lograr mayores consumos de corriente porque actúa como un disipador de calor y permite que el calor se disipe. Este tipo de motor es muy simple y efectivo, pero tiene algunas desventajas.
Un motor de CC con núcleo y escobillas tiende a tener una menor aceleración y desaceleración debido al peso agregado del núcleo de hierro. Este motor también tiende a tener una inductancia más alta, lo que significa que hay más arcos eléctricos accidentales entre el conmutador y las escobillas. Este efecto aumentaría el desgaste de las escobillas con el tiempo.
Motor sin Núcleo
Un motor CC con escobillas y sin núcleo es la solución a muchos de estos problemas. Un motor sin núcleo se construye utilizando una malla enrollada autoportante que no necesita el núcleo para mantenerlo en la forma correcta. Esto hace que el rotor sea muy ligero, lo que significa que puede acelerar y detenerse mucho más rápido. Es más eficiente y requiere menos corriente para lograr el mismo par que el motor con núcleo de hierro. Estos tipos de devanados sofisticados también tienen una inductancia más baja, lo que significa que el arco entre el conmutador y las escobillas ocurre a una potencia más baja y una frecuencia reducida.
Las desventajas de los motores sin núcleo son el tamaño limitado, el mayor coste y la necesidad de un disipador de calor. En un motor con núcleo, el núcleo se encarga de alejar el calor de las bobinas, pero necesitaría métodos alternativos de gestión del calor para que el motor de CC sin núcleo funcione de manera constante durante mucho tiempo.
El motor con núcleo PA-12 ya es una construcción muy liviana con un tamaño compacto y carga inercial reducida. Para necesidades específicas de microposicionamiento, probablemente sea una buena idea optar por la opción de motor sin núcleo, ya que permitirá que su aplicación logre los mejores resultados.
Filtrado y Ruido
La característica definitoria del PA-12 es la capacidad de realizar mediciones posicionales utilizando el potenciómetro de manera precisa y consistente. Para lograr esto, el PA-12 viene con un convertidor analógico a digital (ADC) destinado a interactuar con el potenciómetro. El controlador incorporado realiza la función de filtrado de las señales provenientes del potenciómetro, convirtiendo los datos analógicos en respuestas digitales que pueden enviarse a través de paquetes de comunicación TTL o RS-485. Para que las lecturas sean posibles en circunstancias normales, la frecuencia de lectura de datos recomendada es 100 veces por segundo. Esto significa que la información de posición se puede actualizar a una velocidad de 100 Hz.
Dicho esto, los actuadores PA-12 son capaces de alcanzar una frecuencia máxima de lectura de datos de 500 veces por segundo. Las unidades tendrían que configurarse de forma personalizada en fábrica para lograr este resultado, pero es posible obtener una alta frecuencia de actualización sin sacrificar la precisión.
Comunicación
Lo más importante a tener en cuenta con respecto a estos actuadores es que no se pueden controlar por medios habituales. Para lograr el rendimiento, la estabilidad y la precisión posicional de los actuadores PA-12, se requiere que el usuario interactúe con el microcontrolador interno a través del protocolo RS-485 o TTL. Para unidades habilitadas para TTL es posible comunicarse mediante servopulsos.
Tanto TTL como RS-485 representan estándares en comunicaciones serie. Proporcionan un marco para desarrollar un conjunto de comandos y respuestas en formato de 8 bits que podrían usarse para interactuar con el microcontrolador integrado en PA-12.
Los parámetros de comunicación para la conexión de datos en serie tanto para TTL como para RS-485 se muestran a continuación:
Estructura
La estructura de datos para la comunicación con el microcontrolador integrado PA-12 es UART semidúplex. Un sistema de comunicación full-duplex permite que ambos dispositivos transmitan y reciban datos simultáneamente. En el caso del PA-12, el sistema es semidúplex, también conocido como semidúplex. Esto significa que los dispositivos pueden comunicarse entre sí, pero no simultáneamente. En cualquier momento de la comunicación, un dispositivo debe transmitir mientras el otro recibe, y viceversa.
Por este motivo, si intenta comunicarse con un PA-12 a través de un dispositivo de comunicación serie dúplex completo, necesitará utilizar un búfer intermedio.
Figura 1: Diagrama de cableado de comunicación TTL/PWM para semidúplex
Para la comunicación TTL/PWM entre un dispositivo full duplex y PA-12, recomendamos implementar un chip 74LVC2G241 para que actúe como buffer. Un dispositivo full-duplex puede ser algo así como un microcontrolador Arduino. Para obtener información detallada sobre cómo configurar esto, puede consultar nuestro artículo sobre cómo comenzar con Arduino y PA-12 .
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¡Nuestro controlador de interfaz para PC LC-12 fue diseñado específicamente para nuestro PA-12!
Figura 2: Diagrama de cableado de comunicación RS-485 para semidúplex
Para actuadores tipo RS-485, recomendamos utilizar el chip MAX485 como buffer entre un controlador full duplex y el dispositivo semidúplex PA-12. Por supuesto, los dispositivos de comunicación que son en sí mismos semidúplex no tendrían problemas para comunicarse directamente con PA-12. Por ejemplo, el módulo PLC Allen-Bradley 1769-ASCII puede comunicarse directamente con el PA-12.
Velocidad de Baudios
La velocidad en baudios representa la velocidad de comunicación entre dispositivos a través del canal de datos. La velocidad en baudios predeterminada de los actuadores PA-12 está configurada en 57600 bps. Si su dispositivo de comunicación utiliza una velocidad de baudios diferente, existen dos formas de cambiarla. La forma más sencilla es conectar el PA-12 a una PC a través de nuestro controlador de interfaz LC-12 y realizar los cambios a través de la aplicación. Alternativamente, también puede configurar la velocidad en baudios mediante el comando de escritura RS-485. Esto requerirá que haga lo siguiente:
1. Establezca la velocidad en baudios para el módulo de comunicación en 57600.
2. Escriba la velocidad en baudios deseada en la dirección de memoria 0x04.
3. El valor de la velocidad en baudios en la dirección 0x04 se debe establecer en uno de 4 valores específicos, siendo 32 correspondiente a 57600 el valor predeterminado.
4. Se debe reiniciar el PA-12 para que estos cambios surtan efecto. Tendrá que apagar el PA-12, luego cambiar la velocidad en baudios de su dispositivo de comunicación y volver a encender el sistema.
Controlador de Interfaz de PC LC-12
La forma más sencilla de comunicarse con la computadora interna PA-12 es a través del controlador de interfaz de PC LC-12 . Se puede utilizar para conectarse a actuadores TTL/PWM y RS-485. También se requiere el LC-12 para descargar e instalar actualizaciones de firmware.
El controlador de interfaz se puede utilizar para configurar cómodamente los parámetros de funcionamiento de los actuadores PA-12. Por ejemplo, en aplicaciones particulares es posible que desee establecer límites de extensión y retracción, velocidad en baudios, temperatura máxima, corriente máxima, error de posición máximo permitido, etc. En grandes cantidades, Progressive Automations preprogramará todas las unidades, pero si se trata de cantidades de producción de 50 o menos, puede ser más fácil configurar los parámetros a través de la interfaz.
LC-12 se puede utilizar para probar el movimiento del actuador sin tener que atascarse intentando configurar la comunicación TTL y RS-485. El LC-12 siempre podrá conectarse al actuador PA-12 si no hay problemas de hardware. Esto podría resultar útil al monitorear los parámetros establecidos en el mapa de datos de la memoria para asegurarse de que nada esté fuera de lugar y corregir los errores si es necesario.
La computadora interna del PA-12 podrá autodiagnosticar problemas y mostrar códigos de error durante la operación. Puede resultar difícil saber exactamente qué está mal en el actuador cuando simplemente se reciben las señales de retroalimentación. La interfaz de PC LC-12 podría buscar y mostrar los errores que genera el actuador y facilitar la solución de los problemas. Por ejemplo, si el actuador no alcanza la posición objetivo, puede observar la pantalla de error y el monitor actual en la interfaz y determinar que hay una obstrucción en el camino.
Finalmente, el controlador de interfaz de PC LC-12 tiene dos funciones importantes para los actuadores PA-12 que lo convierten en un compañero esencial para el muestreo inicial y la resolución de problemas. El LC-12 es la única forma de restablecer el actuador a la configuración predeterminada de fábrica y aplicar actualizaciones de firmware.
Palabra Final
En este artículo, le explicamos las características clave del movimiento de precisión, los motores con núcleo y sin núcleo y el bajo ruido de nuestro actuador lineal eléctrico PA-12. Hay diferentes formas de comunicarse con este actuador; nuestros ingenieros consideran que el controlador de interfaz de PC LC-12 es el más sencillo.
Esperamos que haya disfrutado de este artículo. Si tiene más consultas sobre nuestro PA-12 o cualquiera de los temas de este artículo, envíenos un correo electrónico o llame al 1-800-676-6123 (llamada gratuita).