L’attuatore lineare elettrico PA-12 è un fantastico esempio di principi di progettazione snella e rappresenta il futuro del moto lineare. Se cerchi un dispositivo capace di offrire prestazioni al top della categoria in un formato compatto, l’hai trovato. Il PA-12 integra soluzioni moderne a problemi ricorrenti, e in questo articolo analizzeremo le principali caratteristiche del design di questo Attuatore. Questo attuatore lineare è progettato appositamente per fornire il movimento più preciso possibile ad alta risoluzione, senza richiedere all’utente di definire parametri di controllo o compensare le letture di posizione in base a diverse condizioni di carico. Per farlo, l’Attuatore utilizza un potenziometro ad altissima precisione con filtro integrato per ridurre il rumore elettrico e un Motore molto leggero per ridurre l’impatto dell’inerzia. Offriamo anche PA-12 con Motori coreless, che possono fornire prestazioni significativamente migliori rispetto ai Motori con nucleo e contribuiscono ulteriormente ad aumentare la precisione.
Questo Attuatore elettrico è dotato di un computer a bordo che gestisce tutti i calcoli necessari. All’utente basta inviare i comandi in formato TTL o RS-485. In alternativa, il PA-12 può essere collegato al controller di interfaccia LC-12 per PC, così potrai inviare comandi tramite un’interfaccia sul tuo PC. Detto questo, entriamo nel dettaglio del PA-12 e di tutto ciò che ha da offrire!
Precisione del movimento
Abbiamo fatto eseguire un test indipendente sui nostri PA-12 per valutare la precisione di movimento. Il test prevedeva di eseguire con precisione due conteggi servo per ogni comando di movimento, pari a 0,001074” per movimento. Le misure sono state raccolte con un indicatore di posizione laser di precisione e l’Attuatore aveva anche un carico di 15 lb applicato sia in estensione sia in retrazione. I risultati sono riportati nei grafici qui sotto.
La maggior parte degli strumenti comuni non riesce a percepire con precisione una variazione di posizione così piccola. Se l’Attuatore si muovesse a incrementi maggiori, i risultati sarebbero ancora più precisi. Questa precisione dipende da due fattori: l’elevata precisione del potenziometro integrato e un controller PID correttamente calibrato. I parametri del controllo PID possono essere modificati facoltativamente tramite comandi digitali, ma non è consigliato.
Motore con nucleo vs Motore coreless
PA-12 può essere dotato di un Motore DC con nucleo o coreless. Vediamo vantaggi e svantaggi di entrambe le soluzioni.
Motore con nucleo
In un tipico Motore DC, una bobina è avvolta attorno al nucleo di ferro del rotore. Quando si applica una Corrente alla bobina, si crea un campo magnetico che, insieme allo statore, provoca la rotazione del Motore. Il Motore DC a spazzole con nucleo in ferro è un’opzione collaudata, affidabile e a basso costo. Un Motore DC a spazzole con nucleo può funzionare con tensione continua diretta e gestire coppie elevate grazie al nucleo in ferro che mantiene la struttura rigida. Il nucleo aiuta anche il Motore a sopportare assorbimenti di Corrente più alti, fungendo da dissipatore e consentendo la dissipazione del calore. Questo tipo di Motore è molto semplice ed efficace, ma presenta alcuni svantaggi.
Un Motore DC a spazzole con nucleo tende ad avere accelerazioni e decelerazioni inferiori a causa del peso aggiunto del nucleo di ferro. Tende anche ad avere un’induttanza maggiore, il che significa che si generano più archi elettrici accidentali tra il commutatore e le spazzole. Questo effetto aumenta l’usura delle spazzole nel tempo.
Motore coreless
Un Motore DC a spazzole coreless risolve molti di questi problemi. Un Motore coreless è costruito con un avvolgimento autoportante che non necessita del nucleo per mantenere la forma. Questo rende il rotore molto leggero, in grado di 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 avvolgimenti sofisticati presentano anche un’induttanza inferiore, il che significa che gli archi tra commutatore e spazzole avvengono a potenza e frequenza ridotte.
Gli svantaggi dei Motori coreless sono la dimensione limitata, il costo più elevato e la necessità di un dissipatore di calore. In un Motore con nucleo, il nucleo provvede ad allontanare il calore dalle bobine, ma per far funzionare in modo costante nel tempo un Motore coreless servono metodi alternativi di gestione del calore.
Il Motore con nucleo del PA-12 è già una costruzione molto leggera, con dimensioni compatte e carico inerziale ridotto. Per esigenze di micro‑posizionamento dedicate, è probabilmente una buona idea scegliere l’opzione con Motore coreless, che consentirà alla tua applicazione di ottenere i risultati migliori.
Filtraggio e rumore
La caratteristica distintiva del PA-12 è la capacità di effettuare misure di posizione con il potenziometro in modo accurato e ripetibile. Per raggiungere questo obiettivo, il PA-12 è dotato di un convertitore analogico-digitale (ADC) che interfaccia con il potenziometro. Il controller a bordo esegue il filtraggio dei segnali provenienti dal potenziometro, convertendo i dati analogici in risposte digitali inviabili tramite pacchetti di comunicazione TTL o RS-485. Per ottenere letture affidabili in condizioni normali, la frequenza di lettura dati consigliata è di 100 volte al secondo. Ciò significa che le informazioni di posizione possono essere aggiornate a una frequenza di 100 Hz.
Detto questo, gli Attuatori PA-12 sono in grado di raggiungere una frequenza massima di lettura dati di 500 volte al secondo. Per ottenere questo risultato, le unità devono essere configurate su misura in fabbrica, ma è possibile ottenere un elevato refresh rate senza sacrificare la precisione.
Comunicazione
La cosa più importante da tenere a mente per questi Attuatori è che non possono essere controllati con i metodi tradizionali. Per ottenere le prestazioni, la stabilità e la precisione di posizione dei PA-12, l’utente deve interfacciarsi con il microcontrollore interno tramite protocollo RS-485 o TTL. Per le unità con TTL è possibile comunicare tramite impulsi servo.
Sia TTL sia RS-485 sono standard di comunicazione seriale. Forniscono un quadro per sviluppare un set di comandi e risposte in formato a 8 bit che consenta di interfacciarsi con il microcontrollore a bordo del PA-12.
I parametri di comunicazione per la connessione dati seriale, per TTL e RS-485, sono mostrati di seguito:
Struttura
La struttura dati per la comunicazione con il microcontrollore a bordo del PA-12 è UART half‑duplex. Un sistema di comunicazione full‑duplex consente a entrambi i dispositivi di trasmettere e ricevere dati simultaneamente. Nel caso di PA-12, il sistema è half‑duplex, detto anche semiduplex. Ciò significa che i dispositivi possono comunicare tra loro, ma non simultaneamente. In qualsiasi momento della comunicazione, un dispositivo deve trasmettere mentre l’altro riceve, e viceversa.
Per questo motivo, se stai cercando di comunicare con un PA-12 tramite un dispositivo seriale full duplex, dovrai utilizzare un buffer intermedio.
Figura 1: schema di collegamento per comunicazione TTL/PWM in half‑duplex
Per la comunicazione TTL/PWM tra un dispositivo full duplex e il PA-12, consigliamo di implementare un chip 74LVC2G241 per fungere da buffer. Un dispositivo full‑duplex può essere, ad esempio, un microcontrollore Arduino. Per informazioni dettagliate sulla configurazione, consulta il nostro articolo su guida introduttiva ad Arduino e PA-12.
Figura 2: schema di collegamento per comunicazione RS-485 in half‑duplex
Per gli Attuatori di tipo RS-485, consigliamo di utilizzare un chip MAX485 come buffer tra un controller full duplex e il dispositivo PA-12 half‑duplex. Naturalmente, i dispositivi di comunicazione che sono essi stessi 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.
Baud Rate
Il baud rate rappresenta la velocità di comunicazione tra dispositivi sul canale dati. Il baud rate predefinito degli Attuatori PA-12 è impostato a 57600 bps. Se il tuo dispositivo di comunicazione utilizza un baud rate diverso, ci sono due modi per cambiarlo. Il modo più semplice è collegare il PA-12 a un PC tramite il nostro controller di interfaccia LC-12 e apportare le modifiche dall’app. In alternativa, puoi impostare il baud rate tramite il comando di scrittura RS-485. Dovrai procedere come segue:
1. Imposta il baud rate del modulo di comunicazione a 57600.
2. Scrivi il baud rate desiderato nell’indirizzo di memoria 0x04.
3. Il valore del baud rate nell’indirizzo 0x04 deve essere impostato su uno di 4 valori specifici, con 32 che corrisponde a 57600, valore predefinito.
4. Il PA-12 deve essere riavviato affinché le modifiche abbiano effetto. Dovrai spegnere il PA-12, poi cambiare il baud rate sul tuo dispositivo di comunicazione e riaccendere il sistema.
Controller di interfaccia LC-12 per PC
Il modo più semplice per comunicare con il computer interno del PA-12 è tramite il controller di interfaccia LC-12 per PC. Può essere utilizzato per connettersi sia a Attuatori TTL/PWM sia RS-485. L’LC-12 è inoltre necessario per scaricare e installare gli aggiornamenti firmware.
Il controller di interfaccia consente di impostare comodamente i parametri operativi degli Attuatori PA-12. Ad esempio, in applicazioni specifiche potresti voler impostare i limiti di estensione e retrazione, il baud rate, la temperatura massima, la corrente massima, l’errore massimo consentito di posizione e così via. Per grandi quantità, Progressive Automations pre-programmerà tutte le unità; ma se gestisci lotti produttivi di 50 pezzi o meno, potrebbe essere più semplice impostare i parametri tramite l’interfaccia.
LC-12 può essere utilizzato per testare il movimento dell’Attuatore senza doversi impantanare nella configurazione della comunicazione TTL e RS-485. L’LC-12 sarà sempre in grado di connettersi all’Attuatore PA-12 se non ci sono problemi hardware. Ciò può essere utile per monitorare i parametri impostati nella mappa dei dati in memoria, assicurarsi che nulla sia fuori posto e correggere gli errori se necessario.
Il computer interno del PA-12 è in grado di auto-diagnosticare i problemi e mostrare codici di errore durante il funzionamento. Quando si ricevono semplicemente i segnali di Feedback, può essere difficile capire esattamente cosa non va nell’Attuatore. L’interfaccia LC-12 per PC è in grado di cercare e visualizzare gli errori generati dall’Attuatore e rendere più semplice capire come risolverli. Ad esempio, se l’Attuatore non raggiunge la posizione obiettivo, puoi controllare il display degli errori e il monitor della corrente sull’interfaccia e determinare se c’è un’ostruzione lungo il percorso.
Infine, il controller di interfaccia LC-12 per PC offre due funzioni importanti per gli Attuatori PA-12 che lo rendono un compagno essenziale per campionamento iniziale e troubleshooting: è l’unico modo per ripristinare l’Attuatore alle impostazioni di fabbrica predefinite e per applicare gli aggiornamenti firmware.
Considerazioni finali
In questo articolo ti abbiamo illustrato le caratteristiche chiave: precisione di movimento, Motori con nucleo vs coreless e la bassa rumorosità del nostro attuatore lineare elettrico PA-12. Esistono diversi modi per comunicare con questo Attuatore; i nostri ingegneri considerano il controller di interfaccia LC-12 per PC il metodo più semplice.
Speriamo che questo articolo ti sia piaciuto: se hai ulteriori domande sul nostro PA-12 o sugli argomenti trattati, scrivici oppure chiamaci al 1-800-676-6123 (numero verde).