Guida ai sistemi di controllo per attuatori lineari elettrici

Per sfruttare appieno il potenziale degli attuatori lineari elettrici, è essenziale comprendere e implementare i giusti sistemi di controllo. Scegliendo i sistemi di controllo adeguati per gli attuatori lineari elettrici, le applicazioni possono beneficiare di maggiore precisione, facilità d’uso e ottimizzazione delle prestazioni.

Questa pagina è dedicata alla comprensione dei diversi tipi di sistemi di controllo per attuatori lineari elettrici, al loro funzionamento, ai vantaggi che offrono e a come scegliere quello migliore per le esigenze specifiche della tua applicazione.  

Introduzione al funzionamento degli attuatori

Attuatori sono componenti fondamentali in vari sistemi meccanici e svolgono un ruolo cruciale nella conversione dell’energia in movimento. In sostanza, un attuatore prende una fonte di energia e la converte in un movimento fisico. Questa capacità è parte integrante di innumerevoli applicazioni, dalle macchine industriali all’elettronica di consumo e persino nella robotica avanzata. Il concetto di base alla base degli attuatori prevede la conversione dell’energia, tipicamente elettrica, idraulica o pneumatica, in movimento meccanico. Ciò avviene tramite diverse componenti e meccanismi a seconda del tipo di attuatore. Ad esempio, gli attuatori elettrici possono utilizzare motori DC a spazzole, mentre quelli idraulici impiegano pistoni riempiti di fluido per generare il movimento.

Negli attuatori lineari elettrici, la Corrente elettrica viene usata per produrre un moto rotatorio in un Motore elettrico collegato meccanicamente a un riduttore e a una vite di comando, per azionare l’asta dell’attuatore collegata a una madrevite ACME e generare il moto lineare. I sistemi di controllo per attuatori si sono evoluti significativamente negli anni, migliorando versatilità e funzionalità di questi dispositivi. Gli attuatori lineari possono essere azionati tramite vari mezzi e meccanismi di controllo, tra cui:

• Controller cablati - offrono una connessione diretta e affidabile, spesso utilizzati in ambienti industriali in cui è necessario un controllo robusto.
• Controller wireless - offrono la comodità del controllo da remoto senza la necessità di cavi fisici.
• Controller con Wi‑Fi e Bluetooth - consentono l’integrazione in sistemi smart e l’accesso tramite dispositivi mobili, offrendo interfacce intuitive e la possibilità di regolare le impostazioni da remoto con precisione.

Questi progressi nella tecnologia degli attuatori e dei sistemi di controllo hanno ampliato il campo di applicazione, rendendoli indispensabili nei moderni sistemi automatizzati. Che si tratti di regolare i finestrini nei veicoli, azionare macchine agricole pesanti o automatizzare gli elettrodomestici, gli attuatori restano fondamentali per tradurre i segnali elettrici in azioni fisiche.

 

Comprendere i sistemi di controllo per attuatori

I sistemi di controllo sono componenti integrali nel funzionamento degli attuatori lineari elettrici, progettati per gestirne l’operatività e guidare il comportamento del movimento di questi dispositivi. Soluzioni diffuse come le scatole di controllo sono un tipo di sistema di controllo per attuatori lineari che racchiude tutte le componenti elettroniche in un contenitore, spesso a forma di box. 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 assicurare che gli attuatori operino 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 di mettere a punto i movimenti degli attuatori per ottenere elevati livelli di ripetibilità e accuratezza. Ciò è essenziale nelle applicazioni in cui il posizionamento esatto è critico, 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. Questo non solo prolunga la vita utile dell’attuatore, ma migliora anche l’efficienza complessiva del sistema in cui opera.
3. Adattabilità: i meccanismi di Feedback possono regolare in tempo reale il comportamento degli attuatori compatibili analizzando il Feedback di posizione. Questa adattabilità è vitale in ambienti dinamici in cui le condizioni cambiano rapidamente, come nei processi di produzione automatizzati o quando più attuatori sperimentano una distribuzione del peso non uniforme.
4. Integrazione: i sistemi di controllo spesso consentono agli attuatori di lavorare in combinazione con altri sistemi preesistenti, facilitando operazioni complesse a partire da input semplici inviati al sistema di controllo. Questa integrazione è supportata da progressi nella connettività e nella programmazione. In alcuni sistemi di controllo, i trasformatori integrati fungono anche da convertitori di tensione: ad esempio, quando è necessaria un’alimentazione di ingresso a 120 VAC per alimentare un attuatore a 12 VDC.
5. Funzioni di sicurezza: 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 scatola di controllo ha rilevato un assorbimento di Corrente elettrica eccessivo. Un’altra funzione di sicurezza presente nelle scatole di controllo è la protezione dal surriscaldamento, che arresta il funzionamento dopo un certo tempo di ciclaggio per garantire che l’operatività rimanga all’interno dei valori del Ciclo di lavoro dell’attuatore, evitando così bruciature del Motore.

I sistemi di controllo sono fondamentali per la funzionalità degli attuatori, poiché forniscono l’intelligenza e l’adattabilità necessarie a garantire precisione, efficienza, sicurezza ed efficace controllo del movimento. Il loro ruolo è cruciale nel crescente ambito della tecnologia di automazione, dove la precisione del movimento è spesso il fondamento del successo operativo.

Componenti e tipologie dei sistemi di controllo

I sistemi di controllo per attuatori lineari elettrici sono costituiti da diverse componenti chiave che facilitano un funzionamento preciso ed efficiente. Comprendere queste componenti e i principi alla base è fondamentale per ottimizzare le prestazioni degli attuatori lineari.

Componenti chiave di una scatola di controllo di base

In una scatola di controllo di base progettata per attuatori lineari elettrici, ogni componente svolge un ruolo cruciale per garantire un funzionamento efficiente. Ecco una panoramica delle principali componenti, delle loro funzioni e dello scopo che assolvono:

1. Relè: i relè agiscono come interruttori che controllano un circuito elettrico di potenza mediante un segnale a bassa potenza. Per le scatole di controllo progettate per gestire attuatori a 2 fili, sono necessari due relè per invertire la polarità della tensione applicata ai due fili dell’attuatore, modificando così la direzione del movimento. Questo consente un controllo bidirezionale in una configurazione semplice per estendere e retrarre l’attuatore.
2. Canali di ingresso: sono interfacce tramite le quali il sistema di controllo riceve segnali elettrici da sorgenti esterne come alimentatori o segnali da telecomandi cablati. Le scatole di controllo che operano con Feedback di posizione possono ricevere anche ingressi dai sensori di un attuatore. Questi canali elaborano gli input dell’utente e/o dei sensori per determinare come l’attuatore debba operare, risultando fondamentali per l’avvio e il controllo dei movimenti in base a specifici requisiti.
3. Canali di uscita: forniscono i segnali di controllo dal controller all’attuatore o ad altre componenti come i relè. Le scatole di controllo che operano con Feedback di posizione possono anche erogare Corrente elettrica affinché i sensori di un attuatore dispongano della potenza necessaria al funzionamento. Questi canali sono cruciali per eseguire i comandi stabiliti dal sistema di controllo, influenzando direttamente il comportamento dell’attuatore.
4. Pulsante di sincronizzazione del telecomando: viene utilizzato per sincronizzare il sistema di controllo con un dispositivo di telecomando. Garantisce che gli input del telecomando siano riconosciuti ed elaborati dal sistema di controllo, facilitando un’operatività comoda e flessibile a distanza.
5. Indicatore luminoso: fornisce un Feedback visivo sullo stato del sistema. Può indicare accensione/spegnimento, modalità operative, stati di errore o ricezione del segnale, aiutando a monitorare e diagnosticare il sistema senza strumenti complessi.
6. Selezione modalità: consente di passare tra diverse modalità operative della scatola di controllo, come controllo momentaneo o non momentaneo. In modalità momentanea, il pulsante del telecomando deve essere tenuto premuto in posizione attiva affinché il dispositivo funzioni; rilasciando l’interruttore, il dispositivo si ferma. La modalità non momentanea funziona come un interruttore che rimane nell’ultima posizione impostata finché non viene cambiata, indipendentemente dalla pressione: una volta attivato, il dispositivo continua a funzionare finché l’interruttore non viene spento manualmente.
7. Antenna: parte delle scatole di controllo con comunicazione wireless. Le antenne migliorano portata e qualità del segnale tra sistema di controllo e telecomandi o tra sistemi interconnessi. È cruciale per mantenere una comunicazione robusta in ambienti in cui un cablaggio diretto è impraticabile o indesiderato.
8. Modulo ricevitore RF: riceve i segnali a radiofrequenza inviati dai telecomandi wireless. Decodifica tali segnali in comandi eseguibili che il sistema di controllo può comprendere e applicare. È essenziale per configurazioni di controllo wireless, consentendo l’azionamento dell’attuatore senza contatto fisico.

 

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

 

Meccanismi di Feedback di posizione

Il Feedback di posizione è essenziale per migliorare la precisione e l’accuratezza del controllo degli attuatori. Tre tipologie comuni di meccanismi di Feedback includono sensori ad effetto Hall, potenziometri e Feedback dei Finecorsa.

Sensori ad effetto Hall
La teoria dell’effetto Hall, formulata da Edwin Hall (che scoprì l’effetto Hall), afferma che ogni volta che un campo magnetico è applicato in una direzione perpendicolare al flusso di Corrente elettrica in un conduttore, si induce una differenza di tensione. Questa tensione può essere utilizzata per rilevare se un sensore ad effetto Hall è in prossimità di un magnete.

Fissando un magnete all’albero rotante di un Motore, i sensori ad effetto Hall possono rilevare quando l’albero è parallelo a loro. Con una piccola scheda elettronica, questa informazione può essere fornita come un’onda quadra, simile agli encoder ottici. È comune che le schede ad effetto Hall abbiano 2 sensori, producendo 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 verificando quale arriva per primo, i sistemi di controllo possono determinare la direzione di rotazione del Motore.

Potenziometri
Un potenziometro fornisce una resistenza variabile proporzionale alla posizione dell’attuatore. Spesso, tra la manopola del potenziometro e il Motore rotante dell’attuatore sono collegati degli Ingranaggi. Quando l’attuatore si muove, il valore di resistenza cambia: può essere misurato e convertito in dati di posizione. Queste informazioni vengono poi utilizzate da un sistema di controllo per eseguire regolazioni fini della posizione dell’attuatore, migliorando l’accuratezza.

 

Feedback del Finecorsa
Lo scopo dei segnali di Feedback dei Finecorsa è consentire a un sistema di determinare se l’attuatore ha attivato fisicamente i Finecorsa interni. Questo tipo di Feedback è semplice ed è utile per applicazioni che richiedono principalmente di sapere se l’attuatore ha raggiunto le posizioni completamente estesa o completamente retratta.

Tipi di sistemi di controllo per attuatori

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

Sistemi di controllo ad anello aperto: in questi sistemi, l’attuatore è controllato esclusivamente in base ai comandi in ingresso, senza alcun Feedback sulla posizione reale. Pur essendo più semplici ed economici, i sistemi ad anello aperto non sono in grado di correggere gli errori di posizionamento, risultando meno accurati rispetto alle controparti.

Un esempio di semplice sistema ad anello aperto include un interruttore a bilanciere momentaneo collegato a un attuatore lineare. Ciò richiede che l’operatore prema e tenga premuto l’interruttore affinché l’attuatore continui il ciclo; rilasciandolo prima che l’attuatore raggiunga la fine della Corsa, l’attuatore si fermerà a metà.

Sistemi di controllo ad anello 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 ad anello chiuso ideali per applicazioni in cui l’accuratezza è critica. I sistemi di controllo ad anello chiuso sono comuni in applicazioni che utilizzano microcontrollori, scatole di controllo e PLC programmati per attuatori per svolgere funzioni specifiche.

La scelta del sistema di controllo e delle sue componenti incide in modo significativo sulla funzionalità e sull’ottimizzazione delle prestazioni degli attuatori. Integrando meccanismi di Feedback efficaci e selezionando il tipo appropriato di sistema di controllo, gli attuatori possono essere ottimizzati per un’ampia gamma di applicazioni, garantendo al contempo precisione e affidabilità nel loro funzionamento.

 

Feedback e correzione degli errori

In un contesto ideale, gli attuatori lineari si comporterebbero sempre in modo prevedibile; tuttavia, possono verificarsi disturbi sotto forma di forti venti, distribuzioni di peso non uniformi, ostacoli fisici e usura meccanica. Alcuni di questi disturbi possono essere gestiti usando sistemi di controllo programmati per lavorare con attuatori lineari dotati di Feedback compatibile, in grado di leggere gli errori ed eseguire strategie di correzione per raggiungere i risultati desiderati.

Variabili che i sistemi di controllo correggono

1. Posizione: i sistemi di controllo aiutano a garantire che un attuatore raggiunga e mantenga con precisione la posizione desiderata confrontando la posizione impostata dall’utente con la lettura effettiva dai sensori di Feedback di posizione. Esempi includono quando gli utenti dei standing desk premono un pulsante del controller per far spostare gli attuatori verso una specifica posizione di memoria preimpostata, regolando la postazione dalla seduta alla posizione 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 quando sono necessarie velocità variabili, ad esempio per gli attuatori che pilotano 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 sicuri 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 attuatori lineari che aprono e chiudono finestre, per interrompere l’alimentazione e smettere di applicare forza nel caso in cui una mano o un ostacolo blocchi il percorso.

Tipi di strategie di controllo

Nel settore si impiegano diverse strategie di controllo per raggiungere un ragionevole livello di precisione nel controllo del movimento. Ognuna offre benefici differenti ed è adatta a varie applicazioni, in base al livello di controllo e precisione richiesto dal sistema. Tra le strategie ampiamente utilizzate per gli attuatori lineari elettrici troviamo:

1. Controllo On/Off: è la forma più semplice di controllo utilizzata con gli attuatori lineari elettrici, comune nei sistemi ad anello aperto. Consiste nell’accendere o spegnere la Corrente elettrica fornita all’attuatore, senza stati intermedi. Questo metodo è diretto ed è impiegato quando non è necessario un controllo preciso della posizione. L’attuatore opera alla massima potenza fino a raggiungere un Finecorsa impostato o completare il compito, dopodiché si spegne.
2. P (Controllo Proporzionale): il controllo Proporzionale regola la potenza in ingresso all’attuatore in base all’errore, ossia la differenza tra la posizione/forza misurata e il valore desiderato dall’utente. Il segnale di controllo è proporzionale a tale errore: maggiore è l’errore, più forte è la risposta dell’attuatore. Questo metodo consente un funzionamento più fluido rispetto all’On/Off, ma può comunque produrre 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 più accuratamente la posizione/forza desiderata dall’utente.
4. Controllo PID (Proporzionale-Integrale-Derivativo): il controllo PID è un metodo più avanzato che combina tre strategie—proporzionale, integrale e Derivativo—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 al tasso 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 critica.

 

Scegliere il sistema di controllo giusto

 

Quando selezioni i sistemi di controllo per i tuoi attuatori lineari elettrici, è importante considerare i seguenti fattori:

• 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. Ad esempio, la scatola di controllo PA-33 ha un Grado di protezione IP IP65 per resistenza a polvere e acqua. Un grado IP65 o superiore è consigliato per sistemi di controllo esposti ad agenti esterni come pioggia, polvere e detriti.
2. Compatibilità: assicurati che il sistema di controllo sia compatibile con gli attuatori lineari elettrici che hai scelto o stai usando, per garantire un’integrazione senza problemi. Verifica che il tuo attuatore disponga dei protocolli di comunicazione/Feedback di posizione corrispondenti ai controller presi in considerazione. Ad esempio, gli PA-12-T (TTL/PWM) e PA-12-R (RS-485) Micro Precision Servo Actuator forniscono un controllo di posizione preciso 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 attuatori PA-14 su ordinazione, richiedono scatole di controllo compatibili con il loro funzionamento, come la scatola di controllo LC-241.

Per verificare quali delle nostre scatole di controllo e attuatori sono compatibili tra loro, consulta la nostra tabella di confronto e le tabelle di compatibilità ai link 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 eventuali vincoli di budget del progetto e scegli un sistema di controllo che offra il miglior rapporto qualità/prezzo soddisfacendo i requisiti prestazionali. Ad esempio, semplici progetti per interni che non richiedono alta precisione funzionano senza problemi collegando un semplice interruttore a bilanciere, senza un alto grado di protezione contro l’ingresso, per controllare un mini attuatore lineare a un prezzo accessibile.

 

Scatole di controllo a effetto Hall

Scatole di controllo come la nostra serie FLTCON consentono funzioni programmate, caratteristiche di sicurezza e altre impostazioni utente accessibili tramite il telecomando collegato. Quando più attuatori con sensori ad effetto Hall sono collegati a una scatola di controllo FLTCON, la scatola garantisce la sincronizzazione dei Motori affinché si muovano insieme alla stessa Velocità.

Leggi il nostro blog sulle applicazioni per le scatole di controllo FLTCON per maggiori informazioni.

 

Scatola di controllo	Tensione di ingresso	Numero di canali
FLTCON-1	110 VAC	1
FLTCON-2	110 VAC	2
FLTCON-2-24VDC	24VDC	2
FLTCON-3	110 VAC	3
FLTCON-4	110 VAC	4

 

Quando scegli una configurazione con 2 attuatori ad effetto Hall, il nostro FLTCON-2 accetta una tensione di ingresso di 110 VAC; offriamo tuttavia anche il FLTCON-2-24VDC che accetta una tensione di ingresso di 24 VDC. Offriamo un’ampia gamma di opzioni di telecomando tra cui scegliere, così puoi sfruttare tutte le funzionalità uniche dei nostri diversi telecomandi cablati programmabili – possono anche essere utilizzati insieme ai nostri telecomandi wireless RT-14 per maggiore comodità.

 

In sintesi

I sistemi di controllo svolgono un ruolo cruciale nel massimizzare prestazioni, efficienza e capacità degli attuatori lineari elettrici. Comprendendo i diversi tipi di sistemi di controllo, le loro funzioni e come scegliere quello giusto per la tua applicazione, puoi assicurare un funzionamento ottimale e ottenere i risultati desiderati. Che tu operi nella manifattura, nella robotica o nell’automotive, implementare il giusto sistema di controllo può aiutarti a portare le prestazioni dei tuoi attuatori lineari elettrici al livello successivo.

Speriamo che queste informazioni ti siano risultate utili e interessanti, soprattutto se stavi cercando indicazioni per scegliere sistemi di controllo adatti ai tuoi attuatori lineari elettrici. Se hai domande sui nostri prodotti o difficoltà nel selezionare i sistemi di controllo e gli attuatori lineari elettrici più adatti alle tue esigenze, contattaci! Siamo esperti in ciò che facciamo e saremo felici di aiutarti con qualsiasi domanda!

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