Arduino on yhteisö\yritys\projekti yhdessä, joka erikoistuu mikrokontrollereihin – erityisesti niiden rakentamiseen ja ohjelmointiin. Arduino tarjoaa myös helppoja, kokoonpanoa varten tehtyjä sarjoja. Arduino-ohjaimet ovat pieniä mikrosiru- ja piirilevyohjaimia, joiden avulla tiettyjä laitteita voidaan ohjata etänä. Nämä mikrokontrollerit ovat sekä digitaalisia että analogisia, mikä tarkoittaa, että niitä voidaan käyttää hyvin monenlaisten laitteiden kanssa riippumatta siitä, ovatko laitteet itsessään digitaalisia vai analogisia. Näitä mikrokontrollereita voidaan käyttää myös lineaaristen toimilaitteiden ohjaamiseen.
Progressive Automationsilla olemme tehneet yhteistyötä Arduinon kanssa tuodaksemme markkinoiden laadukkaimmat PLC:t käyttöösi ja tarjotaksemme enemmän ohjausvaihtoehtoja kuin lineaarisilla toimilaitteilla on aiemmin ajateltu mahdolliseksi. Näitä ohjelmoitavia logiikkaohjaimia löytyy valmistuslaitteista, kokoonpanolinjoilta, öljynjalostamoista ja muista erilaisista sähkömekaanisista järjestelmistä. Niitä erottaa useimmista ohjausjärjestelmistä se, että niissä on useita tulo- ja lähtöliittimiä, parempi iskunkestävyys ja tärinänkesto sekä monia muita räätälöintimahdollisuuksia. Alla oleva kaavio havainnollistaa, kuinka yksinkertaista on johtaa toimilaite.
PLC:iden mahdollisuudet
Useimmissa liikkeenohjausjärjestelmissä hallitset vain yksikön ulos- ja sisäänajoa sen normaalilla nopeudella, mutta PLC:illä pääset käsiksi paljon muuhun. Niillä voi ohjata yksiköidemme nopeutta täysin, jotta liike on pehmeää ja sulavaa, sekä sovittaa nopeuden palautemalleihin. Voit myös ohjata yksikön suuntaa ja asentoa sekä aktivoida sen lämpötilan, kosteuden, äänen ja monien muiden valitun mallin tukemien ehtojen perusteella. Kuten yllä olevasta kytkentäkaaviosta näkyy, myös lineaarisen toimilaitteen liittäminen PLC:hen on yksinkertaista. Alla oleva esimerkki käyttää Arduino-Unoa, Duen, Mega-, ADK-, Leo- ja Ethernet‑lisäosia. Voit jopa yhdistää erillisiä ohjainkortteja kasvattaaksesi ohjauskykyjäsi – niitä voi pinota kolmikerroksisesti kolmen yksikön erillisohjaukseen kuten esimerkissä. Jos sekään ei riitä, voit lisätä yhtälöön releitä ja ohjata jopa kuutta yksikköä. Tämä pystyy käsittelemään kaikki mallimme täydellä kuormituksella 20 ampeerin kapasiteetilla. PLC:issä on myös virtapalaute, joka voi valvoa kuormitusta lisätoiminnallisuuksia varten.
Arduino-mikrokontrolleri
Näissä mikrokontrollereissa on useita mikroprosessoreja, jotka auttavat yhdistämään lineaarisen toimilaitteen ja Arduinon. Kaikissa korteissa on nastat ja prosessit, jotka – kuten edellä mainittiin – mahdollistavat sekä digitaalisten että analogisten laitteiden ohjauksen. Näin ne voivat rajapinnata mahdollisimman moniin muihin piireihin. Mikrokontrollerit toimitetaan esiohjelmoituina tietyllä latausohjelmalla. Tämä yksinkertaistaa ohjelmien lisäämistä ja varmistaa paremman lineaarisen toimilaitteen ohjauksen Arduinolla.
Kaikissa mikroprosessoreissa on oma käyttöjärjestelmä ja standardoitu USB‑portti sovellusten siirtämiseen tietokoneelta suoraan mikroprosessorille. Uudemmissa versioissa on myös Bluetooth‑teknologia. Mikroprosessorit ovat hyvin pieniä tietokoneprosessoreita, joihin on integroitu koko tietokoneen prosessoriteho yhdelle piirille laitteen ohjaamista varten. Tässä tapauksessa niitä käytetään lineaarisen toimilaitteen ohjaukseen Arduinolla. Kyseessä on monikäyttöinen piiri tai piirien kokoelma, joka käyttää binääridataa tiedon käsittelyyn ja tuottaa ulostulon.
Tarvittavat laitteet lineaarisen toimilaitteen ohjaamiseen Arduinolla
Arduino on monimutkaisempi kuin äkkiseltään ajattelisi. Pelkän moottorin kytkemisen sijaan piirilevyn nastoihin käyttäjän on hallittava virtakuormaa huolellisesti. Moottoriohjainta tai H‑siltaa voi käyttää, mutta nimenomaan Arduinon lineaarisen toimilaitteen ohjauksessa on vielä kaksi muuta vaihtoehtoa. Ensinnäkin voidaan käyttää relettä ohjaamaan suoraan toimilaitteeseen menevää virtaa. Toiseksi voidaan luoda suljettu säätöpiiri käyttämällä hyvin tietynlaista 12 V toimilaitetta, jota kutsutaan palautetoimilaitteeksi. Palautetoimilaite toimii siten, että ohjattava laite voi määrittää akselin asennon. Relekorttiin perustuva ohjaustapa on yksinkertaisempi ja siten todennäköisesti helpompi useimmille lineaaristen toimilaitteiden käyttäjille. Kunhan relekortissa on SPDT‑releitä, tämä yksinkertainen opas riittää luomaan ohjausmenetelmän lineaariselle toimilaitteelle Arduino-mikroprosessorilla.
SPDT‑releessä on kolme liitäntää: yhteinen (COM), normaalisti auki (NO) ja normaalisti kiinni (NC).
Käyttäjät tarvitsevat kaksi erillistä relettä lineaarisen toimilaitteen ohjaukseen Arduinolla, jolloin toimilaite voidaan käynnistää, pysäyttää ja suunnanvaihtaa. Normaalisti kiinni olevat liitännät kytketään 12 V DC -jännitteeseen ja normaalisti auki olevat +12 V DC -jännitteeseen. Johdon haaroittamiseen käytä liitoskohtaa tai erikseen valittua hyppylankaa. Toimilaitteen kaksi johdinta kytketään releeseen kaksi kerrallaan.
Prosessi
Releet määräävät, miten ja minne toimilaite liikkuu. Ne toimivat aktivoimalla sähkömagneetteja, joiden läpi kulkevaa virtaa voidaan hallita. Arduino-lineaaritoimilaitteissa tätä seuraa kytkin, joka vedetään, jotta virta kanavoituu oikein vastakkaiseen releeseen. Kaksikanavainen relejärjestelmä toimii parhaiten Arduinon lineaarisen toimilaitteen ohjauksessa.
Releissä on mallista riippuen jopa kahdeksaan asti numeroidut nastat, ja kaikki releet tarvitsevat vähintään 5 V käyttöjännitteen toimiakseen oikein. Kytke virtalähde releeseen ja kohdista se VCC- ja GND‑nastoihin. Kytke jokainen IN‑nasta vastaavaan Arduino‑nastaan. Näin varmistat, että rele toimii oikein, kun toimilaitetta syötetään. Nastojen oikea kytkentä on oleellista: jos paritus on väärin, virta vaihtaa nastojen välillä normaalista kokoonpanosta poiketen. Muista, että virta kytkeytyy NC- ja COM‑liitäntöjen välille, jos IN‑nastaa ei ole kytketty. Lisäksi virta kytkeytyy NO- ja COM‑liitäntöjen välille, jos IN‑nasta on yhdistetty GND‑nastaan. On myös hyvä muistaa, että suora kytkentä IN‑nastaan tarkoittaa, että virta kytkeytyy myös NC- ja COM‑nastojen välille. Tässä tapauksessa lineaarisen toimilaitteen Arduino-koodin tulisi näyttää alla olevan esimerkin kaltaiselta.
Mitä tulee Arduino-mikrokontrollerin ohjelmointiin, olemme liittäneet mukaan yksinkertaisen sweep‑ohjelman, joka näyttää, miten lineaarinen toimilaite ajetaan ulos ja sisään täydellä nopeudella.
//Define pin numbers for Single Board
int ENABLE1 = 8;
int FWD1 = 11;
int REV1 = 3;
int Speed;
void setup() {
// initialize the digital pins as an output.
pinMode(ENABLE1, OUTPUT);
pinMode(FWD1, OUTPUT);
pinMode(REV1, OUTPUT);
}
void loop() {
Speed = 255; //set a speed between 0-255
Forward();
delay(5000); //5 second delay
Stop();
delay(1000);
Reverse();
delay(5000);
Stop();
delay(1000);
}
void Forward(){
digitalWrite(ENABLE1, HIGH);
analogWrite(REV, 0);
analogWrite(FWD, Speed);
}
void Reverse(){
digitalWrite(ENABLE1, HIGH);
analogWrite(FWD, 0);
analogWrite(REV, Speed);
}
void Stop(){
digitalWrite(ENABLE1, LOW);
analogWrite(FWD1, 0);
analogWrite(REV1, 0);
}
Päätelmä
Lineaariset toimilaitteet yleistyvät monilla teollisuudenaloilla ja teknologian osa-alueilla, joten niiden ympärille kehitetään yhä enemmän tekniikkaa. Lineaarisen toimilaitteen ohjaus Arduinolla kiinnostaa monia, sillä se tarjoaa korkean hallinnan tason toimilaitteiden käyttäjille. Mikroprosessorit kokoavat tietokoneen CPU‑osan yhdelle tai useammalle piirille, mikä mahdollistaa lineaaristen toimilaitteiden liittämisen kauko-ohjaimiin, prosessoreihin ja muihin järjestelmiin – tarjoten paremman hallinnan siihen, miten Arduino‑lineaaritoimilaite liikkuu tehtävässään.
Vaikka mikrokontrollereiden kytkemiseen lineaarisiin toimilaitteisiin on lukuisia tapoja, yllä kuvattu kaksisuuntainen relejärjestelmä on yksi helpoimmista ja kätevimmistä. Se tarjoaa useita tapoja, joilla virta voi kulkea toimilaitteelle ja mikroprosessorille, mahdollistaen molempien toimia mahdollisimman oikein ja tehokkaasti.
Muista tutustua monipuoliseen valikoimaamme PLC-ohjaimia ja ohjausjärjestelmiä. Tarjoamme myös räätälöityä ohjelmointia ohjaimillemme, jos sinulla on mielessäsi hyvin erityinen ohjaustapa.