IL Attuatore lineare elettrico PA-12 È un fantastico esempio di principi di progettazione snella e rappresenta il futuro del movimento lineare. Se state cercando un dispositivo in grado di offrire prestazioni di altissimo livello in un formato compatto, non cercate oltre. Il PA-12 è ricco di soluzioni moderne per problemi ricorrenti e questo articolo illustrerà le principali caratteristiche di questo attuatore. Questo attuatore lineare è stato progettato specificamente per fornire il movimento più preciso possibile ad alta risoluzione, senza richiedere all'utente di impostare parametri di controllo o compensare le letture di posizione per diverse condizioni di carico. A tal fine, l'attuatore è dotato di un potenziometro di altissima precisione con filtro integrato per ridurre il rumore elettrico e di un motore molto leggero per minimizzare l'impatto dell'inerzia. Commercializziamo anche attuatori PA-12 con motori senza nucleo, che offrono prestazioni significativamente migliori rispetto ai motori con nucleo e contribuiscono ulteriormente ad aumentare la precisione.
Questo attuatore elettrico è dotato di un computer di bordo che gestirà tutti i calcoli necessari. Richiede solo all'utente di fornire i comandi in uno dei due TTL O RS-485 formato. In alternativa, il PA-12 può essere collegato al controller per computer LC-12, e sarà possibile inviare comandi tramite un'interfaccia sul PC. Detto questo, scopriamo insieme il PA-12 e tutto ciò che ha da offrire!
Precisione del movimento
Abbiamo commissionato un test indipendente ai nostri attuatori PA-12 per calcolarne la precisione di movimento. Il test consisteva nell'eseguire con precisione due conteggi servo per ogni comando di movimento, pari a 0,001074 pollici per movimento. Le misurazioni sono state effettuate utilizzando un indicatore di posizione laser di precisione e all'attuatore è stato applicato un carico di 15 libbre sia in estensione che in retrazione. I risultati sono visibili nei grafici sottostanti.
La maggior parte degli strumenti comuni non è in grado di rilevare con precisione una variazione di posizione così piccola. Se l'attuatore si fosse mosso con incrementi maggiori, i risultati sarebbero stati ancora più precisi. Questo movimento si basa su due fattori: l'elevata precisione del potenziometro integrato e un regolatore PID opportunamente calibrato. I parametri per il controllo PID possono essere modificati facoltativamente tramite comandi digitali, ma non è consigliato.
Motore con nucleo vs motore senza nucleo
Il PA-12 può essere equipaggiato con un motore a corrente continua con nucleo o senza nucleo. Analizzeremo i vantaggi e gli svantaggi di entrambi.
Motore a nucleo
In un tipico motore a corrente continua (CC), una bobina è avvolta attorno al nucleo di ferro del rotore. Quando viene applicata una corrente alla bobina, si crea un campo magnetico che, insieme allo statore, provoca la rotazione del motore. Il motore a corrente continua con nucleo in ferro e spazzole è un'opzione collaudata, affidabile ed economica. Un motore a corrente continua con nucleo e spazzole è in grado di funzionare con una tensione continua lineare e di gestire coppie elevate grazie al nucleo in ferro che mantiene la struttura rigida. Il nucleo contribuisce inoltre a raggiungere assorbimenti di corrente più elevati perché funge da dissipatore di calore. Questo tipo di motore è molto semplice ed efficace, ma presenta alcuni svantaggi.
Un motore a corrente continua con nucleo e spazzole tende ad avere un'accelerazione e una decelerazione inferiori a causa del peso aggiuntivo del nucleo in ferro. Questo motore tende anche ad avere un'induttanza maggiore, il che significa che si verificano più archi elettrici accidentali tra il commutatore e le spazzole. Questo effetto aumenterebbe l'usura delle spazzole nel tempo.
Motore senza nucleo
Un motore a corrente continua senza nucleo e con spazzole è la soluzione a molti di questi problemi. Un motore senza nucleo è costruito utilizzando una rete di avvolgimenti autoportante che non necessita del nucleo per mantenere la forma corretta. Questo rende il rotore molto leggero, il che significa che può accelerare e arrestarsi molto più rapidamente. È più efficiente, richiedendo meno corrente per ottenere la stessa coppia di un motore con nucleo in ferro. Questi tipi di avvolgimenti sofisticati hanno anche un'induttanza inferiore, il che significa che l'arco tra il collettore e le spazzole si verifica a una potenza inferiore e a una frequenza ridotta.
Gli svantaggi dei motori senza nucleo sono le dimensioni limitate, il costo maggiore e la necessità di un dissipatore di calore. In un motore con nucleo, quest'ultimo si occupa di dissipare il calore dalle bobine, ma per garantire un funzionamento costante e prolungato di un motore CC senza nucleo, sarebbero necessari metodi di gestione termica alternativi.
Il motore con nucleo PA-12 è già di per sé molto leggero, compatto e con un carico inerziale ridotto. Per esigenze di microposizionamento specifiche, è probabilmente consigliabile optare per un motore senza nucleo, che consentirà all'applicazione di ottenere risultati ottimali.
Filtraggio e rumore
La caratteristica distintiva del PA-12 è la capacità di effettuare misurazioni di posizione tramite potenziometro in modo accurato e costante. A tale scopo, il PA-12 è dotato di un convertitore analogico-digitale (ADC) progettato per interfacciarsi con il potenziometro. Il controller integrato svolge la funzione di filtraggio dei segnali provenienti dal potenziometro, convertendo i dati analogici in risposte digitali che possono essere inviate tramite protocolli di comunicazione TTL o RS-485. Per consentire le letture in condizioni normali, la frequenza di lettura dati consigliata è di 100 volte al secondo. Ciò significa che le informazioni sulla posizione possono essere aggiornate a una frequenza di 100 Hz.
Detto questo, gli attuatori PA-12 sono in grado di raggiungere una frequenza di lettura dati massima di 500 volte al secondo. Le unità dovrebbero essere configurate su misura in fabbrica per ottenere questo risultato, ma è possibile ottenere un'elevata frequenza di aggiornamento senza sacrificare la precisione.
Comunicazione
La cosa più importante da tenere a mente per questi attuatori è che non possono essere controllati con metodi tradizionali. Per ottenere le prestazioni, la stabilità e la precisione di posizionamento degli attuatori PA-12, l'utente deve interfacciarsi con il microcontrollore interno tramite protocollo RS-485 o TTL. Per le unità compatibili con TTL è possibile comunicare tramite impulsi servo.
Sia TTL che RS-485 rappresentano standard per le comunicazioni seriali. Forniscono un framework per sviluppare un insieme di comandi e risposte in formato a 8 bit che potrebbero essere utilizzati per interfacciarsi con il microcontrollore integrato nel PA-12.
Di seguito sono riportati i parametri di comunicazione per la connessione dati seriale sia per TTL che per RS-485:
Struttura
La struttura dati per la comunicazione con il microcontrollore integrato PA-12 è di tipo UART half-duplex. Un sistema di comunicazione full-duplex consente a entrambi i dispositivi di trasmettere e ricevere dati simultaneamente. Nel caso del PA-12, il sistema è half-duplex, noto anche come semi-duplex. Ciò significa che i dispositivi possono comunicare tra loro, ma non simultaneamente. In qualsiasi momento durante la comunicazione, un dispositivo deve trasmettere mentre l'altro riceve, e viceversa.
Per questo motivo, se si tenta di comunicare con un PA-12 tramite un dispositivo seriale full duplex, sarà necessario utilizzare un buffer intermedio.
Figura 1: Schema di cablaggio della comunicazione TTL/PWM per half-duplex
Per la comunicazione TTL/PWM tra un dispositivo full-duplex e PA-12, consigliamo di implementare un chip 74LVC2G241 che funga da buffer. Un dispositivo full-duplex può essere, ad esempio, un microcontrollore Arduino. Per informazioni dettagliate su come configurarlo, è possibile consultare il nostro articolo su Introduzione ad Arduino e PA-12.
Figura 2: Schema di cablaggio della comunicazione RS-485 per la modalità half-duplex
Per gli attuatori di tipo RS-485, consigliamo di utilizzare il chip MAX485 come buffer tra un controller full duplex e il dispositivo half-duplex PA-12. Naturalmente, i dispositivi di comunicazione che sono a loro volta half-duplex non avranno problemi a comunicare direttamente con il PA-12. Ad esempio, il modulo PLC Allen-Bradley 1769-ASCII può comunicare direttamente con il PA-12.
Velocità di trasmissione
La velocità di trasmissione (baud rate) rappresenta la velocità di comunicazione tra dispositivi sul canale dati. La velocità di trasmissione predefinita degli attuatori PA-12 è impostata su 57600 bps. Se il dispositivo di comunicazione utilizza una velocità di trasmissione diversa, esistono due modi per modificarla. Il modo più semplice è collegare il PA-12 a un PC tramite il nostro controller di interfaccia LC-12 ed effettuare le modifiche tramite l'app. In alternativa, è possibile impostare la velocità di trasmissione anche tramite il comando di scrittura RS-485. Ciò richiederà di eseguire le seguenti operazioni:
1. Impostare la velocità di trasmissione (baud rate) del modulo di comunicazione su 57600.
2. Scrivere la velocità di trasmissione desiderata all'indirizzo di memoria 0x04.
3. Il valore della velocità di trasmissione (baud rate) all'indirizzo 0x04 deve essere impostato su uno dei 4 valori specifici, dove 32 corrisponde a 57600 come valore predefinito.
4. Per rendere effettive queste modifiche, è necessario riavviare il PA-12. Dovrete spegnere il PA-12, quindi modificare la velocità di trasmissione (baud rate) del dispositivo di comunicazione e riaccendere il sistema.
Controller di interfaccia PC LC-12
Il modo più semplice per comunicare con il computer interno del PA-12 è tramite il controller di interfaccia PC LC-12Può essere utilizzato per connettersi ad attuatori TTL/PWM e RS-485. L'LC-12 è inoltre necessario per scaricare e installare gli aggiornamenti del firmware.
Il controller di interfaccia può essere utilizzato per impostare comodamente i parametri operativi degli attuatori PA-12. Ad esempio, in determinate applicazioni potrebbe essere necessario impostare i limiti di estensione e retrazione, la velocità di trasmissione, la temperatura massima, la corrente massima, l'errore di posizione massimo consentito e così via. Per grandi quantitativi, Progressive Automations pre-programmerà tutte le unità, ma se si tratta di lotti di produzione pari o inferiori a 50 pezzi, potrebbe essere più semplice impostare i parametri tramite l'interfaccia.
LC-12 può essere utilizzato per testare il movimento dell'attuatore senza dover affrontare la complessa configurazione della comunicazione TTL e RS-485. LC-12 sarà sempre in grado di connettersi all'attuatore PA-12 pollici assenza di problemi hardware. Questo può risultare utile per monitorare i parametri impostati nella mappa dati di memoria, verificando che tutto sia a posto e correggendo eventuali errori.
Il computer interno del PA-12 è in grado di diagnosticare autonomamente i problemi e visualizzare i codici di errore durante il funzionamento. Potrebbe essere difficile capire esattamente cosa non va nell'attuatore ricevendo solo i segnali di feedback. L'interfaccia PC LC-12 è in grado di ricercare e visualizzare gli errori generati dall'attuatore, semplificando l'individuazione e la risoluzione dei problemi. Ad esempio, se l'attuatore non raggiunge la posizione desiderata, è possibile visualizzare il messaggio di errore e il monitor di corrente sull'interfaccia per determinare se è presente un ostacolo.
Infine, il controller di interfaccia PC LC-12 offre due importanti funzioni per gli attuatori PA-12, rendendolo un accessorio indispensabile per il campionamento iniziale e la risoluzione dei problemi. L'LC-12 è l'unico modo per ripristinare le impostazioni di fabbrica dell'attuatore e per applicare gli aggiornamenti del firmware.
Considerazioni finali
In questo articolo abbiamo illustrato le caratteristiche principali del movimento di precisione, i motori con nucleo rispetto a quelli senza nucleo e la bassa rumorosità del nostro attuatore lineare elettrico PA-12. Esistono diversi modi per comunicare con questo attuatore, e il controller con interfaccia PC LC-12 è considerato dai nostri ingegneri il più semplice.
Ci auguriamo che questo articolo vi sia piaciuto. Se avete ulteriori domande sul nostro PA-12 o su uno qualsiasi degli argomenti trattati in questo articolo, Inviaci un'e-mail oppure chiamare 1-800-676-6123 (numero verde).