De PA-12 elektrisk lineær aktuator er et fantastisk eksempel på lean designprinsipper og representerer fremtiden for lineær bevegelse. Hvis du leter etter en enhet som kan levere førsteklasses ytelse i en kompakt pakke, trenger du ikke lete lenger. PA-12 er fullpakket med moderne løsninger på tilbakevendende problemer, og denne artikkelen vil gi et innblikk i hovedtrekkene i denne aktuatorens design. Denne lineære aktuatoren er spesialbygd for å gi den mest presise bevegelsen som mulig med høy oppløsning, uten at brukeren må bestemme kontrollparametere eller kompensere posisjonsavlesninger for forskjellige belastningsforhold. For å gjøre dette har aktuatoren et svært presist potensiometer med et innebygd filter for å redusere elektrisk støy, og en veldig lett motor for å redusere treghetspåvirkningen. Vi selger også PA-12 aktuatorer med kjerneløse motorer, som kan gi betydelig bedre ytelse enn kjernemotorer, og bidrar ytterligere til økt nøyaktighet.
Denne elektriske aktuatoren er utstyrt med en innebygd datamaskin som håndterer alle nødvendige beregninger. Brukeren må bare oppgi kommandoene i enten TTL eller RS-485 format. Alternativt kan PA-12 kobles til LC-12-datamaskinkontrolleren, og du vil kunne sende kommandoer via et grensesnitt på PC-en din. Med alt dette i tankene, la oss dykke ned i PA-12 og alt den har å tilby!
Bevegelsespresisjon
Vi fikk utført en uavhengig test på våre PA-12-aktuatorer for å beregne bevegelsespresisjonen. Testen gikk ut på å nøyaktig utføre to servotellinger per bevegelseskommando, noe som ville tilsvare 0,001074 tommer per bevegelse. Målingene ble samlet inn ved hjelp av en presisjonslaserposisjonsindikator, og aktuatoren hadde også en last på 15 pund festet til seg for både forlengelse og tilbaketrekking. Resultatene kan sees i grafene nedenfor.
De fleste vanlige instrumenter kan ikke nøyaktig oppfatte en så liten posisjonsendring. Hvis aktuatoren hadde beveget seg i større trinn, ville resultatene vært enda mer presise. Denne bevegelsen er basert på to faktorer – høy presisjon fra det innebygde potensiometeret og en riktig kalibrert PID-kontroller. Parametrene for PID-kontroll kan eventuelt endres via digitale kommandoer, men det anbefales ikke.
Kjernemotor vs. kjerneløs motor
PA-12 kan utstyres med enten en kjernemotor eller en kjerneløs likestrømsmotor. Vi vil gjennomgå fordelene og ulempene med begge.
Kjernemotor
I en typisk likestrømsmotor er en spole viklet rundt rotorens jernkjerner. Når en strøm påføres spolen, skaper den et magnetfelt som sammen med en stator forårsaker rotasjon av motoren. Jernkjerne-børstet likestrømsmotor er et testet, pålitelig og rimelig alternativ. En kjerne-børstet likestrømsmotor vil kunne kjøre på rettlinjet likestrømsspenning og håndtere høyt dreiemoment fordi jernkjernen holder alt stivt. Kjernen hjelper også motoren med å oppnå høyere strømforbruk fordi den fungerer som en kjøleribbe og lar varmen avgis. Denne typen motor er veldig enkel og likevel effektiv, men den har noen ulemper.
En kjernemotor med børstet likestrøm har en tendens til å ha lavere akselerasjon og retardasjon på grunn av den ekstra vekten fra jernkjernen. Denne motoren har også en tendens til å ha høyere induktans, noe som betyr at det er flere utilsiktede elektriske lysbuer mellom kommutatoren og børstene. Denne effekten vil øke slitasjen på børstene over tid.
Kjerneløs motor
En kjerneløs børstet likestrømsmotor er løsningen på mange av disse problemene. En kjerneløs motor er konstruert med et selvbærende viklingsnett som ikke trenger kjernen for å holde den i riktig form. Dette gjør rotoren veldig lett, noe som betyr at den kan akselerere og stoppe mye raskere. Den er mer effektiv og krever mindre strøm for å oppnå samme dreiemoment som jernkjernemotoren. Disse typene sofistikerte viklinger har også lavere induktans, noe som betyr at buedannelsen mellom kommutatoren og børstene skjer med lavere effekt og redusert frekvens.
Ulempene med kjerneløse motorer er begrenset størrelse, økte kostnader og kravet om kjøleribbe. I en kjernemotor tar kjernen seg av å flytte varmen bort fra spolene, men du trenger alternative varmehåndteringsmetoder for å få den kjerneløse likestrømsmotoren til å fungere konsistent over lang tid.
PA-12-kjernemotoren er allerede en svært lett konstruksjon med kompakt størrelse og redusert treghetsbelastning. For dedikerte mikroposisjoneringsbehov er det sannsynligvis en god idé å velge den kjerneløse motoren, da det vil gi applikasjonen din de beste resultatene.
Filtrering og støy
PA-12s definerende funksjon er evnen til å foreta posisjonsmålinger nøyaktig og konsistent ved hjelp av potensiometeret. For å oppnå dette leveres PA-12 med en analog-til-digital-omformer (ADC) som er ment å kobles til potensiometeret. Den innebygde kontrolleren utfører filtreringsfunksjonen for signalene som kommer fra potensiometeret, og konverterer de analoge dataene til digitale responser som kan sendes via TTL- eller RS-485-kommunikasjonspakker. For å gjøre avlesningene mulige under normale omstendigheter, er den anbefalte dataavlesningsfrekvensen 100 ganger per sekund. Dette betyr at posisjonsinformasjonen kan oppdateres med en hastighet på 100 Hz.
Når det er sagt, er PA-12-aktuatorene i stand til en maksimal datalesefrekvens på 500 ganger per sekund. Enhetene må spesialkonfigureres på fabrikken for å oppnå dette resultatet, men det er mulig å få høy oppdateringsfrekvens uten at det går på bekostning av nøyaktighet.
Kommunikasjon
Det viktigste å huske på for disse aktuatorene er at de ikke kan styres på vanlige måter. For å oppnå ytelsen, stabiliteten og posisjonsnøyaktigheten til PA-12-aktuatorer, må brukeren koble seg til den interne mikrokontrolleren via RS-485 eller TTL-protokollen. For TTL-aktiverte enheter er det mulig å kommunisere via servopulser.
Både TTL og RS-485 representerer standarder innen seriell kommunikasjon. De gir et rammeverk for å utvikle et sett med kommandoer og svar i 8-bits format som kan brukes til å koble til den innebygde mikrokontrolleren i PA-12.
Kommunikasjonsparametrene for seriell datatilkobling for både TTL og RS-485 vises nedenfor:
Struktur
Datastrukturen for kommunikasjon med PA-12-mikrokontrolleren på kortet er halvdupleks UART. Et fulldupleks kommunikasjonssystem lar begge enhetene overføre og motta data samtidig. I tilfellet med PA-12 er systemet halvdupleks, også kjent som semidupleks. Dette betyr at enhetene kan kommunisere med hverandre, men ikke samtidig. Når som helst under kommunikasjonen må én enhet overføre mens den andre mottar, og omvendt.
Av denne grunn, hvis du prøver å kommunisere med en PA-12 via en full dupleks seriell kommunikasjonsenhet, må du bruke en buffer i mellom.
Figur 1: Koblingsskjema for TTL/PWM-kommunikasjon for halvdupleks
For TTL/PWM-kommunikasjon mellom en fulldupleksenhet og PA-12 anbefaler vi å implementere en 74LVC2G241-brikke som fungerer som en buffer. En fulldupleksenhet kan være noe sånt som en Arduino-mikrokontroller. For detaljert informasjon om hvordan du konfigurerer dette, kan du ta en titt på artikkelen vår om komme i gang med Arduino og PA-12.
Figur 2: Koblingsskjema for RS-485-kommunikasjon for halvdupleks
For aktuatorer av typen RS-485 anbefaler vi å bruke MAX485-brikken som en buffer mellom en fullduplekskontroller og halvdupleks PA-12-enheten. Kommunikasjonsenheter som i seg selv er halvdupleks, vil selvfølgelig ikke ha noe problem med å kommunisere direkte med PA-12. For eksempel kan Allen-Bradley 1769-ASCII PLC-modulen kommunisere direkte med PA-12.
Baudhastighet
Baudrate representerer kommunikasjonshastigheten mellom enheter over datakanalen. Standard baudrate for PA-12-aktuatorer er satt til 57 600 bps. Hvis kommunikasjonsenheten din bruker en annen baudrate, finnes det to måter å endre den på. Den enkleste måten er å koble PA-12 til en PC via vår LC-12-grensesnittkontroller og gjøre endringene via appen. Alternativt kan du også angi baudraten via RS-485-skrivekommandoen. Dette krever at du gjør følgende:
1. Sett baudraten for kommunikasjonsmodulen til 57600.
2. Skriv inn ønsket baudrate i minneadresse 0x04.
3. Verdien for baudraten i adresse 0x04 må settes til én av fire spesifikke verdier, hvor 32 tilsvarer 57600 som standardverdi.
4. PA-12 må startes på nytt for at disse endringene skal tre i kraft. Du må slå av PA-12, deretter endre baudhastigheten på kommunikasjonsenheten og slå systemet på igjen.
LC-12 PC-grensesnittkontroller
Den enkleste måten å kommunisere med PA-12s interne datamaskin på er via LC-12 PC-grensesnittkontrollerenDen kan brukes til å koble til både TTL/PWM- og RS-485-aktuatorer. LC-12 er også nødvendig for å laste ned og installere firmwareoppgraderinger.
Grensesnittkontrolleren kan brukes til å enkelt stille inn driftsparametere for PA-12-aktuatorene. For eksempel kan det i bestemte applikasjoner være lurt å angi grenser for forlengelse og tilbaketrekning, baudhastighet, maksimal temperatur, maksimal strøm, maksimal tillatt posisjonsfeil og så videre. I store mengder vil Progressive Automations forhåndsprogrammere alle enhetene, men hvis du har med produksjonsmengder på 50 eller mindre å gjøre, kan det være enklere å stille inn parameterne via grensesnittet.
LC-12 kan brukes til å teste aktuatorens bevegelse uten å måtte sette opp TTL- og RS-485-kommunikasjonen. LC-12 vil alltid kunne koble til PA-12-aktuatoren hvis det ikke er noen maskinvareproblemer. Dette kan være nyttig når man overvåker parameterne som er angitt i minnedatakartet for å sikre at ingenting er feilplassert og rette feil om nødvendig.
PA-12s interne datamaskin vil kunne selvdiagnostisere problemer og vise feilkoder under drift. Det kan være vanskelig å si nøyaktig hva som er galt med aktuatoren bare når man mottar tilbakemeldingssignalene. LC-12 PC-grensesnittet vil kunne søke etter og vise feilene som aktuatoren genererer, og gjøre det enklere å finne ut hvordan man løser problemene. Hvis aktuatoren for eksempel ikke når målposisjonen, kan du se på feilvisningen og strømmonitoren på grensesnittet og avgjøre om det er en hindring i veien.
Til slutt har LC-12 PC-grensesnittkontrolleren to viktige funksjoner for PA-12-aktuatorene som gjør den til en uunnværlig følgesvenn for innledende prøvetaking og feilsøking. LC-12 er den eneste måten å tilbakestille aktuatoren til standard fabrikkinnstillinger og å installere fastvareoppdateringer.
Siste ord
I denne artikkelen har vi tatt deg gjennom hovedfunksjonene til presisjonsbevegelse, kjernemotorer kontra kjerneløse motorer og den lave støyen til vår elektriske lineære aktuator PA-12. Det finnes forskjellige måter å kommunisere med denne aktuatoren på, og LC-12 PC-grensesnittkontrolleren er ansett som den enkleste av våre ingeniører.
Vi håper du likte denne artikkelen – hvis du har ytterligere spørsmål om PA-12 eller noen av temaene i denne artikkelen, e-post oss eller ring ellers 1-800-676-6123 (gratisnummer).