Gids voor besturingssystemen voor elektrische lineaire actuators

Regelsystemen zijn integrale componenten bij de werking van elektrische lineaire actuatoren en zijn ontworpen om de werking te beheren en het bewegingsgedrag van deze apparaten aan te sturen. Populaire oplossingen zoals besturingskasten zijn een type regelsysteem voor lineaire actuatoren waarbij alle elektronische componenten in een behuizing zijn ondergebracht, vaak in de vorm van een kast. In essentie interpreteert een regelsysteem invoercommando’s, handmatig of automatisch, en vertaalt deze naar signalen die de beweging van de actuator bijstellen.

Het primaire doel van deze systemen is ervoor te zorgen dat actuatoren nauwkeurig, efficiënt en betrouwbaar presteren volgens vooraf gedefinieerde parameters. Het belang van regelsystemen bij de werking van actuatoren kan niet worden overschat, vooral als het gaat om het bereiken van precieze en efficiënte bewegingscontrole. Deze systemen zijn om meerdere redenen cruciaal:
1. Precisie: Regelsystemen maken het mogelijk om actuatorbewegingen fijn af te stemmen om hoge niveaus van herhaalbaarheid en nauwkeurigheid te bereiken. Dit is essentieel in toepassingen waar exacte positionering cruciaal is, zoals bij robotchirurgie of in de lucht‑ en ruimtevaarttechniek.
2. Efficiëntie: Door te optimaliseren hoe actuatoren op commando’s reageren, verminderen regelsystemen het energieverbruik en minimaliseren ze slijtage. Dit verlengt niet alleen de levensduur van de actuator, maar verhoogt ook de algehele efficiëntie van het systeem waarin hij werkt.
3. Aanpasbaarheid: Terugkoppelingsmechanismen kunnen het gedrag van compatibele actuatoren in realtime aanpassen door de positionele terugkoppeling van compatibele actuatoren te analyseren. Deze aanpasbaarheid is van vitaal belang in dynamische omgevingen waar omstandigheden snel veranderen, zoals in geautomatiseerde productieprocessen of wanneer meerdere actuatoren een ongelijke gewichtsverdeling ervaren.

4. Integratie: Regelsystemen maken het vaak mogelijk dat actuatoren samenwerken met andere reeds bestaande systemen, waardoor complexe operaties mogelijk worden op basis van eenvoudige inputs die naar het regelsysteem worden gestuurd. Deze integratie wordt ondersteund door vooruitgang in connectiviteit en programmering. In sommige regelsystemen kunnen de ingebouwde transformatoren ook dienen als naadloze integratie door tegelijk als spanningsomvormer te fungeren wanneer bijvoorbeeld een 120 VAC‑ingangsbron nodig is om een 12 VDC‑actuator van stroom te voorzien.

5. Veiligheidsfuncties: Geprogrammeerde veiligheidsfuncties, zoals overbelastingsbeveiliging, helpen schade aan een actuator of de toepassing te voorkomen door de werking te stoppen nadat de besturingskast een te hoge elektrische stroomopname heeft gedetecteerd. Een andere veiligheidsfunctie in besturingskasten is oververhittingsbeveiliging om de werking na een bepaalde cyclustijd te stoppen, zodat de werking binnen de inschakelduurwaarden van een actuator blijft en motordoorbranders worden voorkomen. Regelsystemen zijn fundamenteel voor de functionaliteit van actuatoren en bieden de nodige intelligentie en aanpasbaarheid om precisie, efficiëntie, veiligheid en effectieve bewegingsbesturing te waarborgen. Hun rol is cruciaal in het groeiende domein van automatiseringstechnologie, waar bewegingsprecisie vaak de hoeksteen van operationeel succes is.

Regelsystemen voor elektrische lineaire actuatoren bestaan uit verschillende sleutelcomponenten die een precieze en efficiënte werking mogelijk maken. Inzicht in deze componenten en de onderliggende principes is cruciaal voor de prestatieoptimalisatie van lineaire actuatoren.

Belangrijkste componenten van een basisbesturingskast

In een basisbesturingskast voor elektrische lineaire actuatoren speelt elke component een cruciale rol in het waarborgen van een efficiënte werking. Hier volgt een overzicht van deze hoofdcomponenten, hun functies en het doel dat ze dienen:

1. Relais: Relais fungeren als schakelaars die het elektrisch hoogvermogencircuit aansturen met een signaal van laag vermogen. Voor besturingskasten die 2‑draads actuatoren aansturen, zijn twee relais essentieel om de polariteit van de spanning over de twee draden van de actuator om te keren, wat op zijn beurt de bewegingsrichting verandert. Dit maakt bidirectionele besturing mogelijk in een eenvoudige opstelling om de actuator uit te schuiven en in te trekken.

2. Invoerkanelen: Invoerkanelen zijn interfaces waarmee het regelsysteem elektrische signalen ontvangt van externe bronnen, zoals voedingen, of signalen van bedrade afstandsbedieningen. Besturingskasten die met positionele terugkoppeling werken, kunnen ook invoer ontvangen van de sensoren van een actuator. Deze kanalen verwerken de input van de gebruiker en/of sensoren om te bepalen hoe de actuator moet functioneren en zijn daarom fundamenteel voor het initiëren en sturen van actuatorbewegingen op basis van specifieke vereisten.

3. Uitvoerkanelen: Uitvoerkanelen leveren besturingssignalen van de controller naar de actuator of andere componenten, zoals relais. Besturingskasten die met positionele terugkoppeling werken, kunnen ook elektrische stroom leveren, zodat de sensoren van een actuator over de benodigde voeding beschikken om te werken. Deze kanalen zijn cruciaal voor het uitvoeren van de opdrachten die door het regelsysteem zijn bepaald en beïnvloeden direct het gedrag van de actuator.

4. Knop voor afstandssynchronisatie: Deze knop wordt gebruikt om het regelsysteem te synchroniseren met een afstandsbediening. Het zorgt ervoor dat de invoer op afstand wordt herkend en verwerkt door het regelsysteem, wat een gemakkelijke en flexibele bediening op afstand mogelijk maakt.

5. Lichtindicator: Lichtindicatoren geven visuele feedback over de status van het systeem. Ze kunnen aangeven of het systeem aan/uit staat, de bedrijfsmodi, fouttoestanden of signaalontvangst, wat helpt bij het monitoren en troubleshooten van het systeem zonder complexe diagnosehulpmiddelen.

6. Modusselectie: Met deze functie kan de gebruiker schakelen tussen verschillende bedrijfsmodi van de besturingskast, zoals momentane of niet‑momentane bediening. In de momentane modus moet de knop van een afstandsbediening continu in de actieve stand worden gehouden om het apparaat te laten werken. Zodra u de schakelaar loslaat, stopt het apparaat met functioneren. De niet‑momentane modus werkt als een schakelaar die in de laatst ingestelde positie blijft totdat hij opnieuw wordt omgezet, ongeacht of erop wordt gedrukt. Dit betekent dat het apparaat, eenmaal geactiveerd, blijft werken totdat de schakelaar handmatig wordt uitgeschakeld.

7. Antenne: De antenne maakt deel uit van besturingskasten met een draadloze communicatieset‑up. Antennes worden gebruikt om het bereik en de kwaliteit van het signaal tussen het regelsysteem en afstandsbedieningen of tussen onderling verbonden systemen te verbeteren. Dit is cruciaal om een robuuste communicatie te behouden in omgevingen waar directe bekabeling onpraktisch of ongewenst is.

8. RF‑ontvangermodule: Deze module ontvangt radiosignalen die door draadloze afstandsbedieningen worden verzonden. Het decodeert deze signalen naar uitvoerbare commando’s die het regelsysteem kan begrijpen en opvolgen. De RF‑ontvangermodule is essentieel voor draadloze besturingsopstellingen en maakt bediening van de actuator op afstand mogelijk zonder fysiek contact.

Samen vormen deze componenten een uitgebreid regelsysteem voor 2‑draads actuatoren, die elk een specifieke functie vervullen en bijdragen aan de algehele doeltreffendheid en efficiëntie van de werking van de actuator. Dit systeem maakt niet alleen precieze controle over de bewegingen van de actuator mogelijk, maar verbetert ook de gebruikersinterface en interactie, waardoor het aanpasbaar is aan een breed scala aan toepassingen.

Positionele terugkoppeling is essentieel om de precisie en nauwkeurigheid van actuatoren te verbeteren. Drie veelvoorkomende typen terugkoppelingsmechanismen zijn Hall‑effectsensoren, potentiometers en terugkoppeling via eindschakelaars.

Hall‑effectsensoren

Volgens de Hall‑effecttheorie van Edwin Hall (de ontdekker van het Hall‑effect) wordt er, wanneer een magnetisch veld wordt aangelegd in een richting die loodrecht staat op de stroom van elektrische stroom in een geleider, een spanningsverschil geïnduceerd. Met deze spanning kan worden gedetecteerd of een Hall‑effectsensor zich in de nabijheid van een magneet bevindt.

Door een magneet op de roterende as van een motor te bevestigen, kunnen Hall‑effectsensoren detecteren wanneer de as evenwijdig aan hen staat. Met behulp van een kleine printplaat kan deze informatie worden uitgegeven als een vierkantsgolf, vergelijkbaar met optische encoders. Het is gebruikelijk dat Hall‑effect‑printplaten twee sensoren hebben, wat resulteert in een kwadratuuruitsignaal waarbij twee signalen stijgen en dalen terwijl de elektromotor draait, met een fasenverschil van 90° tussen beide. Door deze pulsen te tellen en te zien welk signaal eerst komt, kunnen regelsystemen bepalen in welke richting de motor draait.

Potentiometers

Een potentiometer levert een variabele weerstand die evenredig is met de positie van de actuator. Vaak zijn er tandwielen gekoppeld tussen de knop van de potentiometer en de roterende motor van de actuator. Terwijl de actuator beweegt, verandert de weerstandswaarde, die kan worden gemeten en omgezet in positiedata. Deze informatie wordt vervolgens door een regelsysteem gebruikt om fijne aanpassingen aan de positie van de actuator te maken, waardoor de nauwkeurigheid toeneemt.

Terugkoppeling via eindschakelaar

Het doel van terugkoppelingssignalen van eindschakelaars is een systeem in staat te stellen te bepalen of de actuator de interne eindschakelaars fysiek heeft geactiveerd. Dit soort terugkoppeling is eenvoudig en nuttig voor toepassingen die voornamelijk alleen informatie nodig hebben over de vraag of de actuator de volledig uitgeschoven of volledig ingetrokken positie heeft bereikt.

Regelsystemen voor actuatoren kunnen grofweg in twee typen worden onderverdeeld:

Open‑loop‑regelsystemen: In deze systemen wordt de actuator uitsluitend aangestuurd op basis van de invoercommando’s, zonder terugkoppeling over de daadwerkelijke positie. Hoewel eenvoudiger en minder kostbaar, missen open‑loop‑systemen de mogelijkheid om positioneringsfouten te corrigeren, waardoor ze minder nauwkeurig zijn dan hun tegenhangers.
Een voorbeeld van een eenvoudig open‑loop‑systeem is een momentane wipschakelaar die bedraad is naar een lineaire actuator. Dit vereist dat een operator de schakelaar fysiek indrukt en ingedrukt houdt om de actuator te laten doorgaan met cyclen; het loslaten van de schakelaar voordat de actuator het einde van de slag heeft bereikt, resulteert erin dat de actuator halverwege stopt met bewegen.

Closed‑loop‑regelsystemen: Deze systemen bevatten terugkoppelingsmechanismen, zoals Hall‑effectsensoren of potentiometers, om de stuursignalen continu aan te passen op basis van de werkelijke positie van de actuator. Deze terugkoppelingslus maakt precieze besturing en foutcorrectie mogelijk, waardoor closed‑loop‑systemen ideaal zijn voor toepassingen waar nauwkeurigheid cruciaal is. Closed‑loop‑regelsystemen komen vaak voor in toepassingen die microcontrollers, besturingskasten en PLC’s gebruiken die geprogrammeerd zijn om actuatoren specifieke functies te laten uitvoeren.
De keuze van het regelsysteem en de componenten heeft een aanzienlijke impact op de functionaliteit en prestatieoptimalisatie van actuatoren. Door effectieve terugkoppelingsmechanismen te integreren en het juiste type regelsysteem te selecteren, kunnen actuatoren worden geoptimaliseerd voor een breed scala aan toepassingen, waarbij zowel precisie als betrouwbaarheid in hun werking worden gewaarborgd.

In een ideale omgeving zouden lineaire actuatoren zich altijd voorspelbaar gedragen; verstoringen kunnen echter optreden in de vorm van harde wind, ongelijke gewichtsverdeling, fysieke obstakels en mechanische slijtage. Een deel van deze verstoringen kan worden ondervangen met regelsystemen die zijn geprogrammeerd om te werken met lineaire actuatoren die compatibele terugkoppeling hebben, zodat fouten worden uitgelezen en vervolgens foutcorrectiestrategieën worden uitgevoerd om de gewenste resultaten te bereiken.

Variabelen waarvoor regelsystemen corrigeren

1. Positie: Regelsystemen helpen ervoor te zorgen dat een actuator de gewenste positie nauwkeurig bereikt en behoudt door de positie van de gebruiker te vergelijken met de werkelijke positieweergave van de positionele terugkoppelingssensoren. Voorbeelden hiervan zijn wanneer gebruikers van zit‑sta‑bureaus op een knop van een controller drukken om actuatoren naar een specifieke vooraf ingestelde geheugenpositie te laten gaan, zodat hun werkplek van zit- naar stahoogte wordt aangepast.

2. Snelheid: Door de positionele terugkoppeling te lezen en de afgelegde afstand te delen door de verstreken tijd, verkrijgt men de reissnelheid. Sommige regelsystemen bieden instelbare snelheidsinstellingen via PWM (Pulse Width Modulation), waardoor de actuator met verschillende snelheden kan bewegen op basis van de eisen van de toepassing. Dit is nuttig in toepassingen waar variabele snelheden nodig zijn, zoals voor actuatoren die de beweging van vluchtsimulators aandrijven.

3. Kracht: Bepaalde regelsystemen kunnen de hoeveelheid kracht reguleren die door actuatoren wordt uitgeoefend, zodat deze binnen veilige limieten blijft en schade aan het systeem of omliggende componenten wordt voorkomen. Door de elektrische stroomopname te meten, kunnen regelsystemen ongeveer inschatten hoeveel kracht lineaire actuatoren uitoefenen. Deze functie is nuttig voor lineaire actuatoren die ramen openen en sluiten, om de stroom uit te schakelen en het kracht uitoefenen te stoppen als de hand van een persoon of een obstakel het bewegingspad blokkeert.

In de industrie worden verschillende regelstrategieën gebruikt om een redelijk niveau van precisie in bewegingscontrole te bereiken. Elk van deze regelstrategieën biedt verschillende voordelen en is geschikt voor uiteenlopende toepassingen, afhankelijk van de mate van controle en precisie die het systeem vereist. Enkele veelgebruikte regelstrategieën voor elektrische lineaire actuatoren zijn:

1. Aan/uit‑regeling: Dit is de eenvoudigste vorm van regeling die wordt gebruikt met elektrische lineaire actuatoren en komt vaak voor in open‑loop‑regelsystemen. Het houdt in dat de elektrische stroom naar de actuator aan of uit wordt gezet zonder tussenstand. Deze methode is rechttoe rechtaan en wordt gebruikt in toepassingen waarbij precieze controle over de positie niet noodzakelijk is. De actuator werkt op volle kracht totdat hij een ingestelde eindschakelaar bereikt of zijn taak voltooit; op dat moment schakelt hij uit.

2. P (proportionele regeling): Proportionele regeling past de vermogensinvoer van de actuator aan op basis van de fout, dat is het verschil tussen de gemeten werkelijke positie/kracht en de gewenste waarde van de gebruiker. Het stuursignaal is evenredig met deze fout; hoe groter de fout, hoe sterker de respons van de actuator. Deze methode maakt een soepelere werking mogelijk dan aan/uit‑regeling, maar kan nog steeds resulteren in een stationaire fout als ze niet wordt gecombineerd met andere regeltypen.

3. PI (proportioneel‑integrale regeling): Deze strategie verbetert de proportionele regeling door een integraalterm toe te voegen, die het probleem van stationaire fout aanpakt. De integrale component somt de fouten uit het verleden in de tijd op en biedt zo een cumulatieve corrigerende actie die de fout naar nul stuurt. Hierdoor kan de actuator de gewenste positie/kracht van de gebruiker niet alleen nauwkeuriger bereiken, maar ook behouden.

4. PID‑regeling (proportioneel‑integraal‑differentieel): PID‑regeling is een geavanceerdere methode die drie typen regelstrategieën — proportioneel, integraal en differentieel — combineert om een precieze en stabiele besturing van de actuator te bieden. De proportionele component hangt af van de huidige fout, de integrale component telt fouten uit het verleden op en de differentiële component voorspelt toekomstige fouten op basis van de verandering in tijd. Deze allesomvattende aanpak maakt zeer nauwkeurige controle mogelijk over de positie, kracht en snelheid van de actuator, waardoor het ideaal is voor complexe en dynamische systemen waarbij precisie cruciaal is.

Bij het selecteren van regelsystemen voor uw elektrische lineaire actuatoren is het belangrijk rekening te houden met de volgende factoren:

• IP‑bescherming
• Compatibiliteit
• Budget

1. IP‑bescherming: Beoordeel de specifieke omgevingsvereisten van uw toepassing om het type regelsystemen te bepalen dat nodig is. De PA-33‑besturingskast heeft bijvoorbeeld een IP‑klassificatie van IP65 voor stof- en waterbestendigheid. Voor regelsystemen die worden blootgesteld aan buitenelementen zoals regenwater, stof en vuil, wordt een IP‑klassificatie van IP65 of hoger aanbevolen.

2. Compatibiliteit: Zorg ervoor dat het regelsysteem compatibel is met de elektrische lineaire actuatoren die u hebt gekozen of momenteel gebruikt, om naadloze integratie te garanderen. Controleer of uw actuator de bijpassende communicatieprotocollen/positionele terugkoppeling heeft voor de controllers die u overwoog. Zo bieden de PA-12‑T (TTL/PWM) en PA-12‑R (RS‑485) Micro Precision Servo Actuator nauwkeurige positiebesturing met een positionele nauwkeurigheid tot 100 µm en vereisen ze geavanceerde communicatieprotocollen voor dergelijke prestaties. Houd er ook rekening mee of het type motor in uw actuator compatibel is met een regelsysteem. Continu werkende borstelloze motoren, zoals die in onze op maat bestelde PA-14‑actuatoren, vereisen besturingskasten die compatibel zijn met hun werking, zoals de LC-241‑besturingskast.

Bekijk onze vergelijkings‑ en compatibiliteitstabellen voor besturingskasten via de onderstaande links om te zien welke van onze besturingskasten en actuatoren met elkaar compatibel zijn:

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: Overweeg of er budgetbeperkingen voor het project zijn en kies een regelsysteem dat de beste waarde voor uw investering biedt en tegelijkertijd aan uw prestatie‑eisen voldoet. Eenvoudige binnenprojecten die geen hoge precisie vereisen, kunnen bijvoorbeeld probleemloos werken door een basiswipschakelaar zonder hoge IP‑bescherming te bedraden om een 2‑draads mini‑lineaire actuator tegen een betaalbare prijs te bedienen.

Besturingskasten zoals onze FLTCON‑serie bieden de mogelijkheid voor geprogrammeerde functies, veiligheidsvoorzieningen en andere gebruikersinstellingen die via de aangesloten afstandsbediening toegankelijk zijn. Wanneer meerdere actuatoren van het Hall‑effect‑type op een FLTCON‑besturingskast zijn aangesloten, zorgt de besturingskast voor synchronisatie van de motoren zodat ze samen met dezelfde snelheid bewegen.
Lees onze blog over toepassingen voor de FLTCON‑besturingskasten voor meer informatie.

Wanneer u kiest voor een configuratie met 2x Hall‑effect‑actuatoren, accepteert onze FLTCON-2 een ingangsspanning van 110 VAC; we bieden echter ook de FLTCON-2-24VDC aan, die een ingangsspanning van 24 VDC accepteert. In combinatie met onze draagbare FLT‑batterijpack PA-BT1-24-2200 (uitgangen 24 VDC) maakt de combinatie FLTCON-2-24VDC en PA-BT1-24-2200 volledige draagbaarheid mogelijk. We bieden een breed scala aan opties voor afstandsbedieningen, zodat u kunt profiteren van alle unieke functies van onze verschillende programmeerbare bedrade afstandsbedieningen – ze kunnen ook samen met onze RT-14 draadloze afstandsbedieningen worden gebruikt voor extra gemak.