Guide des systèmes de commande pour vérins linéaires électriques

Control systems are integral components in the operation of electric linear actuators, designed to manage the operation and direct the behavior of these devices’ motion. Popular solutions such as control boxes are a type of control system for linear actuators that has all the electronic components secured in an enclosure case, often the shape of a box. Essentially, a control system interprets input commands, whether manual or automated and translates these into signals that adjust the actuator's movement.

The primary purpose of these systems is to ensure that actuators perform accurately, efficiently, and reliably according to predefined parameters. The significance of control systems in actuator operation cannot be overstated, particularly when it comes to achieving precise and efficient motion control. These systems are crucial for several reasons:
1. Precision: Control systems allow for the fine-tuning of actuator movements to achieve high levels of répétabilité et précision. This is essential in applications where exact positioning is critical, such as in robotic surgery or aerospace engineering.
2. Efficiency: By optimizing the way actuators respond to commands, control systems reduce energy consumption and minimize wear and tear. This not only extends the lifespan of the actuator but also enhances the overall efficiency of the system it operates within.
3. Adaptability: Feedback mechanisms can adjust the behavior of compatible actuators in real-time by analyzing the positional feedback from compatible actuators. This adaptability is vital in dynamic environments where conditions change rapidly, such as in automated manufacturing processes or when multiple actuators are experiencing unequal weight distribution.

4. Intégration : Les systèmes de commande permettent souvent aux actionneurs de fonctionner conjointement avec d’autres systèmes préexistants, facilitant des opérations complexes à partir d’entrées simples envoyées au système de commande. Cette intégration est rendue possible par les avancées en connectivité et en programmation. Dans certains systèmes de commande, leurs transformateurs intégrés peuvent également servir d’intégration transparente en faisant office de convertisseur de tension lorsque, par exemple, une source d’entrée de 120 VAC est nécessaire pour alimenter un actionneur 12 VDC.

5. Fonctions de sécurité : Des fonctions de sécurité programmées telles que la protection contre les surcharges aident à prévenir les dommages à un actionneur ou à l’application en arrêtant le fonctionnement après que le boîtier de commande a détecté une absorption de courant électrique excessivement élevée. Une autre fonction de sécurité présente dans les boîtiers de commande est la protection contre la surchauffe, qui interrompt le fonctionnement après un certain temps de cycles afin de garantir que l’utilisation reste dans les limites du cycle de service d’un actionneur, évitant ainsi les surchauffes moteur. Les systèmes de commande sont fondamentaux pour la fonctionnalité des actionneurs, en fournissant l’intelligence et l’adaptabilité nécessaires pour assurer précision, efficacité, sécurité et maîtrise du mouvement. Leur rôle est déterminant dans le domaine en expansion de la technologie d’automatisation, où la précision des mouvements est souvent la pierre angulaire du succès opérationnel.

Control systems for electric linear actuators consist of several key components that facilitate precise and efficient operation. Understanding these components and the principles behind them is crucial for the performance optimization of linear actuators.

Key Components of a Basic Control Box

In a basic control box designed for electric linear actuators, each component plays a crucial role in ensuring efficient operation. Here’s a breakdown of these major components, their functions, and the purposes they serve:

1. Relays: Relais act as switches that control the high-power electrical circuit using a low-power signal. For control boxes designed to manage 2-wire actuators, two relays are essential for reversing the polarity of the voltage applied across the actuator’s two wires, which in turn changes the direction of the movement. This allows for bidirectional control in a simple setup to extend and retract the actuator.

2. Input Channels: Input channels are interfaces through which the control system receives electrical signals from external sources such as power supplies or signals from wired remotes. Control boxes that operate with positional feedback may also receive input from the sensors of an actuator. These channels process the inputs from the user and/or sensors to determine how the actuator should operate, making them fundamental for initiating and controlling actuator movements based on specific requirements.

3. Output Channels: Output channels deliver control signals from the controller to the actuator or other components like relays. Control boxes that operate with positional feedback may also output electric current so that the sensors of an actuator have the power to operate. These channels are crucial for executing the commands determined by the control system, directly influencing the actuator’s behavior.

4. Remote Sync Button: This button is used to synchronize the control system with a remote control device. It ensures that the remote inputs are recognized and processed by the control system, facilitating convenient and flexible operation from a distance.

5. Light Indicator: Light indicators provide visual feedback about the system’s status. They can be an indicator for power on/off, operation modes, error states, or signal reception, which helps in monitoring and troubleshooting the system without needing complex diagnostic tools.

6. Mode Select: This feature allows the user to switch between different operating modes of the control box, such as momentary or non-momentary controls. In momentary mode, a remote’s button must be continuously held in the active position for the device to operate. Once you release the switch, the device stops functioning. Non-momentary mode works like a switch that remains in its last set position until it is changed again, regardless of whether it is being pressed. This means that once activated, the device continues to operate until the switch is manually turned off.

7. Antenna: The antenna is part of control boxes that have a wireless communication setup. Antennas are used to enhance the signal range and quality between the control system and remote control devices or between interconnected systems. It is crucial for maintaining robust communication in environments where direct wiring is impractical or undesirable.

8. RF Receiver Module: This module receives radio frequency signals sent by wireless remote controls. It decodes these signals into actionable commands that the control system can understand and act upon. The RF receiver module is essential for wireless control setups, allowing for remote operation of the actuator without physical contact.

Together, these components form a comprehensive control system for 2-wire actuators, each serving a specific function that contributes to the overall effectiveness and efficiency of the actuator’s operation. This system not only allows for precise control over the actuator’s movements but also enhances the user interface and interaction, making it adaptable to a wide range of applications.

Rétroaction de position is essential for enhancing the precision and accuracy of actuator control. Three common types of feedback mechanisms include hall effect sensors, potentiometers, and limit switch feedback.

Capteurs à effet Hall

The Hall Effect theory, Edwin Hall (who discovered the Hall Effect), stated that whenever a magnetic field is applied in a direction perpendicular to the flow of electric current in a conductor, a voltage difference is induced. This voltage can be used to detect whether a hall effect sensor is in the proximity of a magnet.

En fixant un aimant sur l’arbre rotatif d’un moteur, les capteurs à effet Hall peuvent détecter lorsque l’arbre leur est parallèle. À l’aide d’un petit circuit imprimé, cette information peut être émise sous forme d’onde carrée, similaire aux codeurs optiques. Il est courant que les cartes à effet Hall intègrent 2 capteurs, produisant ainsi une sortie en quadrature où deux signaux montent et descendent à mesure que le moteur électrique tourne, avec un déphasage de 90° entre eux. En comptant ces impulsions et en voyant laquelle arrive en premier, les systèmes de commande peuvent déterminer le sens de rotation du moteur.

Potentiomètres

A potentiometer provides a variable resistance that is proportional to the position of the actuator. Gears are often linked between the potentiometer’s knob and the actuator’s rotating motor. As the actuator moves, the resistance value changes, which can be measured and converted into position data. This information is then used by a control system to make fine adjustments to the actuator's position, enhancing accuracy.

Rétroaction par interrupteurs de fin de course

The purpose of limit switch feedback signals is to allow a system to determine whether the actuator has physically tripped the internal limit switches. This kind of feedback is simple and useful for applications that mainly just require information on whether the actuator has reached the fully extended or fully retracted positions.

Les systèmes de commande pour les actionneurs peuvent être classés en deux grandes catégories :

Systèmes de commande en boucle ouverte : In these systems, the actuator is controlled solely based on the input commands without any feedback on the actual position. While simpler and less expensive, open-loop systems lack the ability to correct errors in positioning, making them less accurate than their counterparts.
One example of a simple open-loop system includes a momentary rocker switch wired to a linear actuator. This requires an operator to physically press and hold the switch for the actuator to continue cycling and letting go of the switch before the actuator has reached the end of travel will result in the actuator stopping motion mid-way.

Systèmes de commande en boucle fermée : These systems incorporate feedback mechanisms, such as Hall effect sensors or potentiometers, to continually adjust the control signals based on the actuator’s actual position. This feedback loop allows for precise control and error correction, making closed-loop systems ideal for applications where accuracy is critical. Closed-loop control systems are commonly found in applications that utilize microcontrollers, control boxes, and PLCs programmed for actuators to perform specific functions.
The choice of control system and its components significantly impacts actuators' functionality and performance optimization. By integrating effective feedback mechanisms and selecting the appropriate control system type, actuators can be optimized for a wide range of applications, ensuring both precision and reliability in their operation.

In an ideal setting, linear actuators would always behave predictably, however, disturbances can come in the form of heavy winds, unequal weight distributions, physical obstructions, and mechanical wear and tear. Some of these disturbances can be accounted for using control systems that have been programmed to work with linear actuators that have compatible feedback to read errors and then execute error correction strategies to reach the desired results.

Variables corrigées par les systèmes de commande

1. Position : Control systems help ensure that an actuator reaches and maintains the desired position accurately by comparing the user’s position to the actual position reading from the positional feedback sensors. Examples include when standing desk users press a controller’s button to have actuators travel to a specific preset memory position to adjust their workspace from the seated to standing height.

2. Vitesse : Reading positional feedback and dividing the distance traveled by how much time had passed will result in travel speed. Some control systems allow for adjustable speed settings through PWM (Pulse Width Modulation), enabling the actuator to move at different speeds based on the application's requirements. This is useful in applications where varying speeds are necessary such as for actuators driving the motion of flight simulators.

3. Force : Certain control systems can regulate the amount of force exerted by actuators, ensuring that it operates within safe limits and prevents damage to the system or surrounding components. By measuring the electric current draw, control systems can gauge approximately how much force is being exerted by linear actuators. This feature is useful for linear actuators that open and close windows to shut off power and stop applying force in case a person's hand or obstacle is blocking the path of travel.

Different control strategies are used in the industry to achieve a reasonable level of precision in motion control. Each of these control strategies offers different benefits and is suitable for various applications, depending on the level of control and precision required by the system. Some of the widely used control strategies for electric linear actuators include:

1. Commande Marche/Arrêt : This is the simplest form of control used with electric linear actuators commonly found in open-loop control systems. It involves turning the electric current supplied to the actuator on or off with no in-between state. This method is straightforward and is used in applications where precise control over the position is not necessary. The actuator operates at full power until it reaches a set limit switch or completes its task, at which point it turns off.

2. P (commande proportionnelle) : La commande proportionnelle ajuste l’alimentation de l’actionneur en fonction de l’erreur, c’est‑à‑dire la différence entre la position/la force mesurée et la valeur souhaitée par l’utilisateur. Le signal de commande est proportionnel à cette erreur : plus l’erreur est grande, plus la réponse de l’actionneur est forte. Cette méthode permet un fonctionnement plus fluide que la commande Marche/Arrêt, mais peut tout de même entraîner une erreur statique si elle n’est pas combinée à d’autres types de commande.

3. PI (commande proportionnelle-intégrale) : Cette stratégie améliore la commande proportionnelle en ajoutant un terme intégral, qui traite le problème de l’erreur statique. La composante intégrale cumule les erreurs passées dans le temps et applique une correction cumulative qui tend à ramener l’erreur à zéro. Cela permet à l’actionneur d’atteindre et de maintenir plus précisément la position/la force souhaitée par l’utilisateur.

4. PID (commande proportionnelle-intégrale-dérivée) : La commande PID est une méthode plus avancée combinant trois types de stratégies — proportionnelle, intégrale et dérivée — pour offrir un contrôle précis et stable de l’actionneur. La composante proportionnelle dépend de l’erreur actuelle, la composante intégrale additionne les erreurs passées, et la composante dérivée anticipe les erreurs futures selon le taux de variation. Cette approche complète permet une maîtrise très précise de la position, de la force et de la vitesse de l’actionneur, ce qui la rend idéale pour les systèmes complexes et dynamiques où la précision est essentielle.

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

• Indice de protection (IP)
• Compatibilité
• Budget

1. Indice de protection (IP) : Évaluez les exigences environnementales spécifiques de votre application afin de déterminer le type de système de commande nécessaire. Le boîtier de commande PA-33, par exemple, possède un indice de protection IP65 contre la poussière et l’eau. Un indice de protection IP65 ou supérieur est recommandé pour les systèmes de commande exposés aux éléments extérieurs tels que la pluie, la poussière et les débris.

2. Compatibilité : Assurez-vous que le système de commande est compatible avec les vérins linéaires électriques que vous avez choisis ou utilisez actuellement, afin de garantir une intégration fluide. Vérifiez si votre actionneur dispose de protocoles de communication/rétroaction de position compatibles avec les contrôleurs envisagés. Par exemple, les actionneurs servo de micro-précision PA-12-T (TTL/PWM) et PA-12-R (RS-485) offrent une commande de position précise avec une exactitude de position jusqu’à 100 µm et nécessitent des protocoles de communication avancés pour de telles performances. Un autre point à considérer est la compatibilité entre le type de moteur de votre actionneur et un système de commande. Des moteurs sans balais à fonctionnement continu, comme ceux que l’on trouve dans nos actionneurs PA-14 sur commande, nécessitent des boîtiers de commande compatibles avec leur fonctionnement, tels que le boîtier LC-241.

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 : Déterminez s’il existe des contraintes budgétaires pour le projet et choisissez un système de commande offrant le meilleur rapport valeur/coût tout en répondant à vos exigences de performance. Par exemple, des projets d’intérieur simples ne nécessitant pas une grande précision fonctionneront sans problème en câblant un interrupteur à bascule basique, sans haut indice de protection, pour piloter un mini-vérin linéaire 2 fils à prix abordable.

Control boxes such as our FLTCON series allow for the ability to have programmed functions, safety features, and other user settings that can be accessed through the connected remote control. When multiple hall effect type actuators are connected to an FLTCON control box, the control box ensures the synchronization of the motors so they move together at the same speed.
Read our blog on applications for the FLTCON control boxes for more information.

Lorsque vous choisissez une configuration avec 2x actionneurs à effet Hall, notre FLTCON-2 accepte une tension d’entrée de 110 VAC ; nous proposons toutefois aussi le FLTCON-2-24VDC, qui accepte une tension d’entrée de 24 VDC. Associée à notre batterie FLT portable PA-BT1-24-2200 (sortie 24 VDC), la combinaison FLTCON-2-24VDC et PA-BT1-24-2200 permet une portabilité totale. Nous proposons un large éventail d’options de télécommandes pour profiter de toutes les fonctionnalités uniques de nos différentes télécommandes filaires programmables — elles peuvent également être utilisées avec nos télécommandes sans fil RT-14 pour plus de confort.