Guida ai sistemi di controllo per attuatori lineari elettrici

I sistemi di controllo sono componenti integrali del funzionamento degli attuatori lineari elettrici, progettati per gestire il funzionamento e dirigere il comportamento del movimento di questi dispositivi. Soluzioni diffuse come le centraline di controllo sono un tipo di sistema di controllo per attuatori lineari in cui tutti i componenti elettronici sono protetti in un involucro, spesso a forma di scatola. In sostanza, un sistema di controllo interpreta i comandi in ingresso, manuali o automatici, e li traduce in segnali che regolano il movimento dell'attuatore.

Lo scopo principale di questi sistemi è garantire che gli attuatori funzionino in modo accurato, efficiente e affidabile secondo parametri predefiniti. L'importanza dei sistemi di controllo nel funzionamento degli attuatori non può essere sopravvalutata, soprattutto quando si tratta di ottenere un controllo del movimento preciso ed efficiente. Questi sistemi sono cruciali per diversi motivi:
1. Precisione: i sistemi di controllo consentono la regolazione fine dei movimenti degli attuatori per raggiungere elevati livelli di ripetibilità e accuratezza. Ciò è essenziale nelle applicazioni in cui il posizionamento esatto è fondamentale, come nella chirurgia robotica o nell'ingegneria aerospaziale.
2. Efficienza: ottimizzando il modo in cui gli attuatori rispondono ai comandi, i sistemi di controllo riducono il consumo energetico e minimizzano l'usura. Ciò non solo prolunga la durata dell'attuatore, ma migliora anche l'efficienza complessiva del sistema in cui opera. 3. Adattabilità: i meccanismi di feedback possono regolare il comportamento degli attuatori compatibili in tempo reale analizzando il feedback posizionale degli attuatori compatibili. Questa adattabilità è fondamentale in ambienti dinamici in cui le condizioni cambiano rapidamente, come nei processi di produzione automatizzati o quando più attuatori presentano una distribuzione non uniforme del peso.

4. Integrazione: i sistemi di controllo spesso consentono agli attuatori di funzionare in combinazione con altri sistemi preesistenti, facilitando operazioni complesse a partire da semplici input inviati al sistema di controllo. Questa integrazione è supportata dai progressi nella connettività e nella programmazione. In alcuni sistemi di controllo, i trasformatori integrati possono anche fungere da convertitore di tensione, ad esempio quando è necessaria una sorgente di ingresso a 120 V CA per alimentare un attuatore a 12 Vcc.

5. Funzioni di sicurezza: le funzioni di sicurezza programmate, come la protezione da sovraccarico, aiutano a prevenire danni a un attuatore o all'applicazione interrompendo il funzionamento dopo che la centralina ha rilevato un assorbimento di corrente elettrica eccessivamente elevato. Un'altra caratteristica di sicurezza presente nelle scatole di controllo include la protezione dal surriscaldamento che interrompe il funzionamento dopo un certo periodo di tempo di ciclo, garantendo che il funzionamento rimanga entro i valori nominali del ciclo di lavoro di un attuatore, evitando così il burnout del motore. I sistemi di controllo sono fondamentali per il funzionamento degli attuatori, fornendo l'intelligenza e l'adattabilità necessarie per garantire precisione, efficienza, sicurezza e un controllo del movimento efficace. Il loro ruolo è fondamentale nel mondo in espansione della tecnologia dell'automazione, dove la precisione del movimento è spesso la chiave del successo operativo.

I sistemi di controllo per attuatori lineari elettrici sono costituiti da diversi componenti chiave che ne facilitano il funzionamento preciso ed efficiente. La comprensione di questi componenti e dei principi che li governano è fondamentale per l'ottimizzazione delle prestazioni degli attuatori lineari.

Componenti chiave di una centralina di controllo di base

In una centralina di controllo di base progettata per attuatori lineari elettrici, ogni componente svolge un ruolo cruciale nel garantire un funzionamento efficiente. Ecco una ripartizione di questi componenti principali, delle loro funzioni e degli scopi a cui servono:

1. Relè: I relè agiscono come interruttori che controllano il circuito elettrico ad alta potenza utilizzando un segnale a bassa potenza. Per le centraline progettate per gestire attuatori a 2 fili, due relè sono essenziali per invertire la polarità della tensione applicata ai due fili dell'attuatore, modificando così la direzione del movimento. Ciò consente un controllo bidirezionale con una semplice configurazione per estendere e ritrarre l'attuatore.

2. Canali di ingresso: i canali di ingresso sono interfacce attraverso le quali il sistema di controllo riceve segnali elettrici da fonti esterne come alimentatori o segnali da telecomandi cablati. Le centraline che funzionano con feedback di posizione possono anche ricevere input dai sensori di un attuatore. Questi canali elaborano gli input provenienti dall'utente e/o dai sensori per determinare come dovrebbe funzionare l'attuatore, rendendoli fondamentali per avviare e controllare i movimenti dell'attuatore in base a requisiti specifici.

3. Canali di uscita: i canali di uscita trasmettono segnali di controllo dal controller all'attuatore o ad altri componenti come i relè. Le centraline che funzionano con feedback di posizione possono anche emettere corrente elettrica in modo che i sensori di un attuatore abbiano l'alimentazione necessaria per funzionare. Questi canali sono fondamentali per l'esecuzione dei comandi determinati dal sistema di controllo, influenzando direttamente il comportamento dell'attuatore.

4. Pulsante di sincronizzazione remota: questo pulsante viene utilizzato per sincronizzare il sistema di controllo con un dispositivo di controllo remoto. Garantisce che gli input remoti vengano riconosciuti ed elaborati dal sistema di controllo, facilitando un funzionamento comodo e flessibile a distanza.

5. Indicatore luminoso: gli indicatori luminosi forniscono un feedback visivo sullo stato del sistema. Possono essere indicatori di accensione/spegnimento, modalità di funzionamento, stati di errore o ricezione del segnale, aiutando nel monitoraggio e nella risoluzione dei problemi del sistema senza la necessità di complessi strumenti diagnostici.

6. Selezione della modalità: questa funzione consente all'utente di passare da una modalità operativa all'altra della centralina di controllo, come controlli momentanei o non momentanei. In modalità momentanea, il pulsante di un telecomando deve essere tenuto costantemente in posizione attiva affinché il dispositivo funzioni. Una volta rilasciato l'interruttore, il dispositivo smette di funzionare. La modalità non momentanea funziona come un interruttore che rimane nell'ultima posizione impostata finché non viene nuovamente modificato, indipendentemente dal fatto che venga premuto o meno. Ciò significa che, una volta attivato, il dispositivo continua a funzionare finché l'interruttore non viene spento manualmente.

7. Antenna: l'antenna fa parte delle centraline di controllo dotate di un sistema di comunicazione wireless. Le antenne vengono utilizzate per migliorare la portata e la qualità del segnale tra il sistema di controllo e i dispositivi di controllo remoto o tra sistemi interconnessi. Sono fondamentali per mantenere una comunicazione affidabile in ambienti in cui il cablaggio diretto è impraticabile o indesiderato.

8. Modulo ricevitore RF: questo modulo riceve i segnali a radiofrequenza inviati dai telecomandi wireless. Decodifica questi segnali in comandi eseguibili che il sistema di controllo può comprendere e su cui può agire. Il modulo ricevitore RF è essenziale per le configurazioni di controllo wireless, consentendo il controllo remoto dell'attuatore senza contatto fisico.

Insieme, questi componenti formano un sistema di controllo completo per attuatori a 2 fili, ognuno dei quali svolge una funzione specifica che contribuisce all'efficacia e all'efficienza complessive del funzionamento dell'attuatore. Questo sistema non solo consente un controllo preciso dei movimenti dell'attuatore, ma migliora anche l'interfaccia utente e l'interazione, rendendolo adattabile a un'ampia gamma di applicazioni.

Feedback di posizione 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.

Sensori ad effetto 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.

Fissando un magnete all’albero rotante di un Motore, i sensori ad effetto Hall possono rilevare quando l’albero è parallelo ad essi. Utilizzando una piccola scheda elettronica, queste informazioni possono essere emesse come un’onda quadra, in modo simile agli encoder ottici. È comune che le schede ad effetto Hall abbiano 2 sensori, generando un’uscita in quadratura in cui due segnali salgono e scendono mentre il motore elettrico ruota con una differenza di fase di 90° tra loro. Contando questi impulsi e vedendo quale arriva per primo, i sistemi di controllo possono determinare la direzione di rotazione del motore.

Potentiometri

Un potenziometro fornisce una resistenza variabile proporzionale alla posizione dell’attuatore. Spesso sono collegati degli ingranaggi tra la manopola del potenziometro e il motore rotante dell’attuatore. Man mano che l’attuatore si muove, il valore di resistenza cambia: questo può essere misurato e convertito in dati di posizione. Queste informazioni vengono poi utilizzate da un sistema di controllo per apportare regolazioni fini alla posizione dell’attuatore, migliorandone l’accuratezza.

Feedback dei Finecorsa

Lo scopo dei segnali di Feedback dei Finecorsa è permettere a un sistema di determinare se l’attuatore ha azionato fisicamente i Finecorsa interni. Questo tipo di Feedback è semplice ed è utile nelle applicazioni che richiedono principalmente di sapere se l’attuatore ha raggiunto le posizioni di completa estensione o completa retrazione.

I sistemi di controllo per attuatori possono essere ampiamente suddivisi in due categorie:

Sistemi di controllo in anello aperto: In questi sistemi, l’attuatore è controllato esclusivamente in base ai comandi di ingresso, senza alcun Feedback sulla posizione reale. Sebbene più semplici e meno costosi, i sistemi ad anello aperto non hanno la capacità di correggere gli errori di posizionamento, risultando meno accurati rispetto alle loro controparti.
Un esempio di semplice sistema ad anello aperto include un interruttore a bilanciere momentaneo collegato via cavo a un attuatore lineare. Ciò richiede che un operatore prema e tenga fisicamente premuto l’interruttore affinché l’attuatore continui a ciclare; rilasciare l’interruttore prima che l’attuatore abbia raggiunto la fine corsa farà sì che l’attuatore si fermi a metà corsa.

Sistemi di controllo a circuito chiuso: Questi sistemi incorporano meccanismi di Feedback, come sensori ad effetto Hall o potenziometri, per regolare continuamente i segnali di controllo in base alla posizione reale dell’attuatore. Questo anello di Feedback consente un controllo preciso e la correzione degli errori, rendendo i sistemi a circuito chiuso ideali per applicazioni in cui la precisione è fondamentale. I sistemi di controllo a circuito chiuso si trovano comunemente in applicazioni che utilizzano microcontrollori, control box e PLC programmati per far eseguire agli attuatori funzioni specifiche.
La scelta del sistema di controllo e dei suoi componenti influisce in modo significativo sulla funzionalità e sull’ottimizzazione delle prestazioni degli attuatori. Integrando meccanismi di Feedback efficaci e selezionando il tipo di sistema di controllo appropriato, gli attuatori possono essere ottimizzati per un’ampia gamma di applicazioni, garantendo sia precisione sia affidabilità nel loro funzionamento.

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.

Variabili corrette dai sistemi di controllo

1. Posizione: I sistemi di controllo aiutano a garantire che un attuatore raggiunga e mantenga con precisione la posizione desiderata confrontando il setpoint impostato dall’utente con la lettura reale dei sensori di Feedback di posizione. Esempi includono quando gli utenti di scrivanie regolabili premono il pulsante di un controller per far andare gli attuatori a una specifica posizione di memoria preimpostata, regolando lo spazio di lavoro dall’altezza da seduti a quella in piedi.

2. Velocità: Leggere il Feedback di posizione e dividere la distanza percorsa per il tempo trascorso restituisce la velocità di spostamento. Alcuni sistemi di controllo consentono impostazioni di Velocità regolabili tramite PWM (Pulse Width Modulation), permettendo all’attuatore di muoversi a velocità diverse in base ai requisiti dell’applicazione. Ciò è utile nelle applicazioni in cui sono necessarie velocità variabili, come per gli attuatori che azionano il movimento dei simulatori di volo.

3. Forza: Alcuni sistemi di controllo possono regolare la quantità di forza esercitata dagli attuatori, assicurando che operino entro limiti di sicurezza e prevenendo danni al sistema o ai componenti circostanti. Misurando l’assorbimento di Corrente elettrica, i sistemi di controllo possono stimare approssimativamente quanta forza viene esercitata dagli attuatori lineari. Questa funzione è utile per gli attuatori lineari che aprono e chiudono finestre, per disattivare l’alimentazione e smettere di applicare forza nel caso in cui la mano di una persona o un ostacolo blocchi il percorso di movimento.

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. Controllo On/Off: Questa è la forma di controllo più semplice utilizzata con gli attuatori lineari elettrici, comunemente presente nei sistemi ad anello aperto. Consiste nell’accendere o spegnere la Corrente elettrica fornita all’attuatore senza stati intermedi. Questo metodo è semplice ed è usato nelle applicazioni in cui non è necessaria una precisione elevata sul posizionamento. L’attuatore opera alla massima potenza finché non raggiunge un Finecorsa impostato o completa il suo compito, momento in cui si spegne.

2. P (Controllo Proporzionale): Il controllo proporzionale regola la potenza in ingresso all’attuatore in base all’errore, cioè la differenza tra la posizione/forza effettivamente misurata e il valore desiderato dall’utente. Il segnale di controllo è proporzionale a questo errore: maggiore è l’errore, più forte sarà la risposta dell’attuatore. Questo metodo consente un funzionamento più fluido rispetto al controllo On/Off, ma può comunque portare a un errore a regime se non combinato con altri tipi di controllo.

3. PI (Controllo Proporzionale-Integrale): Questa strategia migliora il controllo proporzionale aggiungendo un termine integrale, che affronta il problema dell’errore a regime. La componente integrale somma gli errori passati nel tempo, fornendo un’azione correttiva cumulativa che porta l’errore a zero. Ciò consente all’attuatore non solo di raggiungere, ma anche di mantenere con maggiore precisione la posizione/forza desiderata dall’utente.

4. Controllo PID (Proporzionale-Integrale-Derivativo): Il controllo PID è un metodo più avanzato che combina tre tipi di strategie di controllo — proporzionale, integrale e derivativa — per fornire un controllo preciso e stabile dell’attuatore. La componente proporzionale dipende dall’errore corrente, quella integrale somma gli errori passati e quella derivativa prevede gli errori futuri in base alla velocità di variazione. Questo approccio completo consente un controllo altamente accurato della posizione, della forza e della velocità dell’attuatore, rendendolo ideale per sistemi complessi e dinamici in cui la precisione è fondamentale.

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

• Grado di protezione IP
• Compatibilità
• Budget

1. Grado di protezione IP: Valuta i requisiti ambientali specifici della tua applicazione per determinare il tipo di sistemi di controllo necessari. La control box PA-33, ad esempio, ha un grado di protezione IP65 contro polvere e acqua. Per i sistemi di controllo esposti ad agenti esterni come pioggia, polvere e detriti, si raccomanda un grado di protezione IP65 o superiore.

2. Compatibilità: Assicurati che il sistema di controllo sia compatibile con gli attuatori lineari elettrici che hai scelto o che stai utilizzando, per garantire un’integrazione senza problemi. Verifica che il tuo attuatore disponga dei protocolli di comunicazione/Feedback di posizione corrispondenti ai controller che stavi considerando. Ad esempio, i Micro Precision Servo Actuator PA-12-T (TTL/PWM) e PA-12-R (RS-485) offrono un controllo preciso della posizione con accuratezza fino a 100 µm e richiedono protocolli di comunicazione avanzati per tali prestazioni. Un altro aspetto da considerare è se il tipo di Motore del tuo attuatore sarà compatibile con un sistema di controllo. I motori brushless a funzionamento continuo, come quelli presenti nei nostri PA-14 su ordinazione, richiederebbero control box compatibili con il loro funzionamento, come la control box LC-241.

Per vedere quali delle nostre control box e quali attuatori sono compatibili tra loro, consulta le nostre tabelle di confronto e compatibilità delle control box riportate qui sotto:

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: Valuta l’eventuale presenza di vincoli di budget per il progetto e scegli un sistema di controllo che offra il miglior valore per l’investimento soddisfacendo al contempo i requisiti prestazionali. Ad esempio, semplici progetti per interni che non richiedono alta precisione funzionerebbero senza problemi collegando un semplice interruttore a bilanciere, senza elevato grado di protezione, per controllare a un prezzo accessibile un mini attuatore lineare a 2 fili.

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.
Leggi il nostro blog sulle applicazioni delle control box FLTCON per maggiori informazioni.

Scegliendo una configurazione con 2 attuatori ad effetto Hall, il nostro FLTCON-2 accetta una tensione di ingresso di 110 V CA, ma offriamo anche il modello FLTCON-2-24 Vcc che accetta una tensione di ingresso di 24 Vcc. In abbinamento al nostro pacco batteria portatile FLT PA-BT1-24-2200 (con uscite a 24 Vcc), la combinazione FLTCON-2-24 Vcc e PA-BT1-24-2200 consente la massima portabilità. Offriamo un'ampia gamma di opzioni di controllo remoto tra cui scegliere, per consentirvi di sfruttare tutte le caratteristiche uniche dei nostri diversi telecomandi cablati programmabili; possono anche essere utilizzati insieme ai nostri telecomandi wireless RT-14 per una maggiore praticità.