Le vérin linéaire électrique PA-12 est un formidable exemple de conception allégée et représente l’avenir du mouvement linéaire. Si vous recherchez un appareil capable d’offrir des performances de premier plan dans un format compact, ne cherchez pas plus loin. Le PA-12 regorge de solutions modernes à des problèmes récurrents, et cet article vous présente les principales caractéristiques de conception de cet actionneur. Ce vérin linéaire est spécialement conçu pour fournir un mouvement d’une précision maximale et en haute résolution, sans demander à l’utilisateur de définir des paramètres de commande ni de compenser les mesures de position selon différentes conditions de Charge. Pour y parvenir, l’actionneur dispose d’un potentiomètre de très haute précision avec filtre intégré pour réduire le bruit électrique, ainsi que d’un Moteur très léger afin de diminuer les effets d’inertie. Nous proposons également des actionneurs PA-12 avec moteurs sans noyau, qui peuvent offrir des performances nettement supérieures à celles des moteurs à noyau et contribuent encore à accroître la précision.
Cet actionneur électrique est équipé d’un ordinateur embarqué qui effectue tous les calculs nécessaires. Il suffit à l’utilisateur de fournir les commandes au format TTL ou RS-485. À défaut, le PA-12 peut être connecté au contrôleur informatique LC-12, et vous pourrez envoyer des commandes via une interface sur votre PC. Avec tout cela en tête, plongeons dans le PA-12 et tout ce qu’il a à offrir !
Précision du mouvement
Nous avons fait réaliser un test indépendant sur nos actionneurs PA-12 pour évaluer la précision de leur mouvement. Le test consistait à exécuter avec exactitude deux incréments servo par commande de mouvement, soit 0,001074" par déplacement. Les mesures ont été effectuées à l’aide d’un indicateur de position laser de précision, et l’actionneur avait également une Charge de 15 lb attachée pour l’extension comme pour la rétraction. Les résultats sont visibles dans les graphiques ci-dessous.
La plupart des instruments courants ne peuvent pas percevoir avec précision un changement de position aussi faible. Si l’actionneur se déplaçait par incréments plus grands, les résultats seraient encore plus précis. Ce mouvement repose sur deux facteurs : la haute précision du potentiomètre intégré et un régulateur PID correctement calibré. Les paramètres du contrôle PID peuvent, en option, être modifiés via des commandes numériques, mais ce n’est pas recommandé.
Moteur à noyau vs moteur sans noyau
Le PA-12 peut être équipé d’un Moteur CC à noyau ou sans noyau. Nous allons présenter les avantages et inconvénients de chacun.
Moteur à noyau
Dans un Moteur CC typique, une bobine est enroulée autour du noyau de fer du rotor. Lorsqu’un Courant est appliqué à la bobine, il crée un champ magnétique qui, avec un stator, provoque la rotation du Moteur. Le Moteur CC à balais avec noyau de fer est une option éprouvée, fiable et peu coûteuse. Un Moteur CC à balais avec noyau peut fonctionner sous tension continue directe et supporter un couple élevé grâce au noyau de fer qui rigidifie l’ensemble. Le noyau aide aussi le Moteur à supporter des appels de Courant plus élevés, car il agit comme dissipateur thermique et permet la dissipation de la chaleur. Ce type de Moteur est très simple et pourtant efficace, mais il présente quelques inconvénients.
Un Moteur CC à balais avec noyau a tendance à offrir une accélération et une décélération plus faibles en raison du poids supplémentaire du noyau de fer. Ce Moteur présente également une inductance plus élevée, ce qui signifie davantage d’arcs électriques parasites entre le collecteur et les balais. Cet effet augmente l’usure des balais au fil du temps.
Moteur sans noyau
Un Moteur CC à balais sans noyau apporte une solution à bon nombre de ces problèmes. Un Moteur sans noyau est construit à partir d’un enroulement en treillis autoporteur qui n’a pas besoin de noyau pour conserver sa forme. Cela rend le rotor très léger, ce qui lui permet d’accélérer et de s’arrêter beaucoup plus rapidement. Il est plus efficace, nécessitant moins de Courant pour obtenir le même couple qu’un Moteur à noyau de fer. Ces enroulements sophistiqués présentent également une inductance plus faible, ce qui signifie que les arcs entre le collecteur et les balais se produisent à plus faible puissance et à une fréquence réduite.
Les inconvénients des moteurs sans noyau sont leur taille limitée, leur coût plus élevé et la nécessité d’un dissipateur thermique. Dans un Moteur à noyau, le noyau se charge d’évacuer la chaleur des bobines, mais pour un Moteur CC sans noyau, il faudra des méthodes de gestion thermique alternatives afin d’assurer un fonctionnement constant sur de longues périodes.
Le Moteur à noyau du PA-12 est déjà une conception très légère, de dimensions compactes et à charge inertielle réduite. Pour des besoins de micro-positionnement dédiés, il est probablement préférable d’opter pour le Moteur sans noyau, car il permettra d’obtenir les meilleurs résultats pour votre application.
Filtrage et bruit
La caractéristique déterminante du PA-12 est sa capacité à effectuer des mesures de position à l’aide du potentiomètre avec précision et constance. Pour cela, le PA-12 est doté d’un convertisseur analogique-numérique (CAN) destiné à s’interfacer avec le potentiomètre. Le contrôleur embarqué effectue la fonction de filtrage des signaux provenant du potentiomètre, en convertissant les données analogiques en réponses numériques pouvant être envoyées via des paquets de communication TTL ou RS-485. Pour permettre les lectures dans des conditions normales, la fréquence de lecture recommandée est de 100 fois par seconde. Cela signifie que l’information de position peut être mise à jour à un rythme de 100 Hz.
Cela dit, les actionneurs PA-12 sont capables d’atteindre une fréquence de lecture maximale de 500 fois par seconde. Les unités doivent être configurées sur mesure en usine pour parvenir à ce résultat, mais il est possible d’obtenir un taux de rafraîchissement élevé sans sacrifier la précision.
Communication
Le point le plus important à garder à l’esprit avec ces actionneurs est qu’ils ne peuvent pas être pilotés de manière classique. Pour atteindre les performances, la stabilité et la précision de position des actionneurs PA-12, l’utilisateur doit s’interfacer avec le microcontrôleur interne via le protocole RS-485 ou TTL. Pour les unités compatibles TTL, il est possible de communiquer par impulsions servo.
TTL et RS-485 sont des normes de communication série. Elles fournissent un cadre pour développer un ensemble de commandes et de réponses au format 8 bits permettant de s’interfacer avec le microcontrôleur embarqué du PA-12.
Les paramètres de communication pour la liaison de données série, tant pour TTL que pour RS-485, sont présentés ci-dessous :
Structure
La structure de données pour communiquer avec le microcontrôleur embarqué du PA-12 est un UART en semi-duplex. Un système de communication full-duplex permet aux deux appareils de transmettre et de recevoir des données simultanément. Dans le cas du PA-12, le système est en semi-duplex, également appelé half-duplex. Cela signifie que les appareils peuvent communiquer entre eux, mais pas simultanément. À tout moment durant la communication, un appareil doit transmettre pendant que l’autre reçoit, et inversement.
Pour cette raison, si vous essayez de communiquer avec un PA-12 via un dispositif série full-duplex, vous devrez utiliser un buffer entre les deux.
Figure 1 : Schéma de câblage de la communication TTL/PWM en semi-duplex
Pour la communication TTL/PWM entre un appareil full-duplex et le PA-12, nous recommandons d’implémenter une puce 74LVC2G241 jouant le rôle de buffer. Un appareil full-duplex peut être, par exemple, un microcontrôleur Arduino. Pour des informations détaillées sur la configuration, consultez notre article Bien démarrer avec Arduino et le PA-12.
Figure 2 : Schéma de câblage RS-485 en semi-duplex
Pour les actionneurs de type RS-485, nous recommandons d’utiliser la puce MAX485 comme buffer entre un contrôleur full-duplex et l’appareil PA-12 en semi-duplex. Bien sûr, les dispositifs de communication eux-mêmes en semi-duplex n’auront aucun problème à communiquer directement avec le PA-12. Par exemple, le module API Allen-Bradley 1769-ASCII peut communiquer directement avec le PA-12.
Débit en bauds
Le débit en bauds représente la vitesse de communication entre les appareils sur le canal de données. Le débit en bauds par défaut des actionneurs PA-12 est réglé à 57 600 bps. Si votre dispositif de communication utilise un débit différent, il existe deux façons de le modifier. La plus simple consiste à connecter le PA-12 à un PC via notre contrôleur d’interface LC-12 et à effectuer les changements dans l’application. Vous pouvez aussi définir le débit en bauds via la commande d’écriture RS-485. Pour cela, procédez comme suit :
1. Réglez le débit en bauds du module de communication sur 57600.
2. Écrivez le débit souhaité à l’adresse mémoire 0x04.
3. La valeur du débit en bauds à l’adresse 0x04 doit être définie sur l’une des 4 valeurs spécifiques, 32 correspondant par défaut à 57600.
4. Le PA-12 doit être redémarré pour que ces changements prennent effet. Vous devrez éteindre le PA-12, puis modifier le débit en bauds sur votre dispositif de communication et remettre le système sous tension.
Contrôleur d’interface PC LC-12
La façon la plus simple de communiquer avec l’ordinateur interne du PA-12 est d’utiliser le contrôleur d’interface PC LC-12. Il peut être utilisé pour connecter des actionneurs TTL/PWM et RS-485. Le LC-12 est également nécessaire pour télécharger et installer les mises à jour du micrologiciel.
Le contrôleur d’interface permet de définir facilement les paramètres de fonctionnement des actionneurs PA-12. Par exemple, selon l’application, vous pouvez définir les limites d’extension et de rétraction, le débit en bauds, la température maximale, le Courant maximal, l’erreur de position maximale autorisée, etc. Pour les grandes quantités, Progressive Automations préprogrammera toutes les unités, mais s’il s’agit de volumes de production de 50 ou moins, il peut être plus simple de régler les paramètres via l’interface.
Le LC-12 peut être utilisé pour tester le mouvement de l’actionneur sans s’enliser dans la configuration de la communication TTL et RS-485. Le LC-12 pourra toujours se connecter à l’actionneur PA-12 s’il n’y a pas de problèmes matériels. Cela peut s’avérer utile pour surveiller les paramètres définis dans la carte mémoire des données, vérifier que tout est en ordre et corriger les erreurs si nécessaire.
L’ordinateur interne du PA-12 est capable d’auto-diagnostiquer les problèmes et d’afficher des codes d’erreur pendant le fonctionnement. Il peut être difficile de savoir exactement ce qui ne va pas avec l’actionneur en se contentant de recevoir les signaux de Rétroaction. L’interface PC LC-12 pourra rechercher et afficher les erreurs générées par l’actionneur et faciliter l’identification des correctifs. Par exemple, si l’actionneur n’atteint pas la position cible, vous pouvez consulter l’affichage des erreurs et le moniteur de Courant sur l’interface et déterminer qu’un obstacle se trouve sur le trajet.
Enfin, le contrôleur d’interface PC LC-12 offre deux fonctions importantes pour les actionneurs PA-12 qui en font un compagnon indispensable pour l’échantillonnage initial et le dépannage. Le LC-12 est le seul moyen de réinitialiser l’actionneur aux paramètres d’usine par défaut et d’appliquer les mises à jour du micrologiciel.
Conclusion
Dans cet article, nous vous avons présenté les principales caractéristiques de la précision de mouvement, des moteurs à noyau et sans noyau, ainsi que le faible bruit de notre vérin linéaire électrique PA-12. Il existe différentes façons de communiquer avec cet actionneur, le contrôleur d’interface PC LC-12 étant considéré par nos ingénieurs comme la plus simple.
Nous espérons que cet article vous a plu – si vous avez d’autres questions au sujet de notre PA-12 ou sur l’un des sujets abordés, écrivez-nous ou appelez le 1-800-676-6123 (numéro gratuit).