elektryczny siłownik liniowy PA-12 to świetny przykład zasad projektowania lean i zapowiedź przyszłości ruchu liniowego. Jeśli szukasz urządzenia, które zapewni najwyższą wydajność w kompaktowej obudowie, nie szukaj dalej. PA-12 jest naszpikowany nowoczesnymi rozwiązaniami na powracające problemy, a ten artykuł przybliży najważniejsze elementy konstrukcji tego siłownika. Ten siłownik liniowy został zaprojektowany tak, by zapewniać możliwie najdokładniejszy ruch o wysokiej rozdzielczości, bez konieczności wyznaczania przez użytkownika parametrów sterowania ani kompensowania odczytów pozycji dla różnych warunków obciążenia. W tym celu siłownik ma bardzo precyzyjny potencjometr z wbudowanym filtrem ograniczającym zakłócenia elektryczne oraz bardzo lekki silnik, aby zmniejszyć wpływ bezwładności. Oferujemy także siłowniki PA-12 z silnikami bezrdzeniowymi, które mogą zapewnić znacznie lepsze osiągi niż silniki z rdzeniem i dodatkowo zwiększają dokładność.
Ten elektryczny siłownik jest wyposażony we wbudowany komputer, który wykonuje wszystkie niezbędne obliczenia. Wystarczy, aby użytkownik dostarczał polecenia w formacie TTL lub RS-485. Alternatywnie PA-12 można podłączyć do kontrolera interfejsu PC LC-12, a polecenia wyślesz przez interfejs na komputerze. Mając to na uwadze, przejdźmy do PA-12 i wszystkiego, co oferuje!
Precyzja ruchu
Na naszych siłownikach PA-12 przeprowadzono niezależny test w celu określenia precyzji ruchu. Test polegał na dokładnym wykonaniu dwóch zliczeń serwa na jedną komendę ruchu, co daje 0.001074” na ruch. Pomiary zebrano przy użyciu precyzyjnego laserowego wskaźnika położenia, a do siłownika dołączono obciążenie 15 lbs zarówno podczas wysuwu, jak i wsuwu. Wyniki widać na wykresach poniżej.
Większość popularnych przyrządów nie jest w stanie dokładnie zarejestrować tak małej zmiany położenia. Gdyby siłownik poruszał się większymi krokami, wyniki byłyby jeszcze dokładniejsze. Taka praca to zasługa dwóch czynników – wysokiej precyzji wbudowanego potencjometru oraz odpowiednio skalibrowanego regulatora PID. Parametry regulatora PID można opcjonalnie zmieniać poleceniami cyfrowymi, ale nie jest to zalecane.
Silnik z rdzeniem a silnik bezrdzeniowy
PA-12 może być wyposażony w silnik DC z rdzeniem lub bezrdzeniowy. Przeprowadzimy Cię przez zalety i wady obu.
Silnik z rdzeniem
W typowym silniku prądu stałego cewka jest nawinięta na żelazny rdzeń wirnika. Gdy do cewki przyłożony jest prąd, wytwarza ona pole magnetyczne, które wraz ze stojanem powoduje obrót silnika. Szczotkowy silnik DC z żelaznym rdzeniem to sprawdzone, niezawodne i niedrogie rozwiązanie. Silnik z rdzeniem, szczotkowy DC, może pracować bezpośrednio z napięcia stałego i przenosić wysoki moment obrotowy dzięki rdzeniowi, który utrzymuje całość w sztywności. Rdzeń pomaga też silnikowi przyjąć większy pobór prądu, działając jak radiator i odprowadzając ciepło. Ten typ silnika jest bardzo prosty, a zarazem skuteczny, ma jednak kilka wad.
Szczotkowy silnik DC z rdzeniem ma zwykle niższe przyspieszenie i wytracanie prędkości ze względu na dodatkowy ciężar rdzenia. Ma też wyższą indukcyjność, co oznacza częstsze przypadkowe łuki elektryczne między komutatorem a szczotkami. Zjawisko to zwiększa zużycie szczotek w czasie.
Silnik bezrdzeniowy
Silnik szczotkowy DC bezrdzeniowy rozwiązuje wiele z tych problemów. Silnik bezrdzeniowy ma samonośne uzwojenie, które nie potrzebuje rdzenia do utrzymania kształtu. Dzięki temu wirnik jest bardzo lekki, co pozwala mu znacznie szybciej przyspieszać i zatrzymywać się. Jest bardziej efektywny — do uzyskania tego samego momentu co silnik z rdzeniem wymaga mniejszego prądu. Takie wyrafinowane uzwojenia mają też niższą indukcyjność, co oznacza, że iskrzenie między komutatorem a szczotkami zachodzi przy mniejszej mocy i z mniejszą częstotliwością.
Wady silników bezrdzeniowych to ograniczone rozmiary, wyższy koszt oraz konieczność zastosowania radiatora. W silniku z rdzeniem to rdzeń odprowadza ciepło od cewek; w bezrdzeniowym trzeba zastosować alternatywne metody zarządzania ciepłem, aby silnik DC bezrdzeniowy działał stabilnie przez długi czas.
Silnik z rdzeniem w PA-12 to już bardzo lekka konstrukcja o kompaktowych wymiarach i zredukowanym obciążeniu bezwładnościowym. Do dedykowanych zastosowań mikropozycjonowania prawdopodobnie warto wybrać opcję z silnikiem bezrdzeniowym, która pozwoli osiągnąć najlepsze rezultaty.
Filtrowanie i szumy
Cechą wyróżniającą PA-12 jest możliwość precyzyjnego i powtarzalnego pomiaru pozycji za pomocą potencjometru. Aby to osiągnąć, PA-12 ma przetwornik analogowo‑cyfrowy (ADC) do współpracy z potencjometrem. Wbudowany kontroler realizuje filtrację sygnałów z potencjometru, przekształcając dane analogowe w odpowiedzi cyfrowe, które można przesyłać w pakietach komunikacyjnych TTL lub RS-485. Aby zapewnić wiarygodne odczyty w normalnych warunkach, zalecana częstotliwość odczytu danych to 100 razy na sekundę. Oznacza to, że informacje o pozycji mogą być aktualizowane z częstotliwością 100 Hz.
Jednocześnie siłowniki PA-12 są zdolne do maksymalnej częstotliwości odczytu danych 500 razy na sekundę. Aby to osiągnąć, jednostki muszą zostać niestandardowo skonfigurowane w fabryce, ale wysoka częstotliwość odświeżania jest możliwa bez utraty dokładności.
Komunikacja
Najważniejsze w przypadku tych siłowników jest to, że nie można ich sterować zwykłymi metodami. Aby uzyskać wydajność, stabilność i dokładność pozycjonowania siłowników PA-12, użytkownik musi komunikować się z wewnętrznym mikrokontrolerem przez protokół RS-485 lub TTL. W jednostkach z TTL możliwa jest komunikacja impulsami serwo.
Oba — TTL i RS-485 — to standardy komunikacji szeregowej. Zapewniają ramy do opracowania zestawu poleceń i odpowiedzi w formacie 8‑bitowym, którymi można komunikować się z wbudowanym mikrokontrolerem w PA-12.
Parametry komunikacji dla połączenia szeregowego dla TTL i RS-485 pokazano poniżej:
Struktura
Struktura danych dla komunikacji z wbudowanym mikrokontrolerem PA-12 to UART w trybie półdupleksowym. System pełnodupleksowy umożliwia obu urządzeniom jednoczesne nadawanie i odbieranie danych. W przypadku PA-12 system jest półdupleksowy, znany też jako semidupleks. Oznacza to, że urządzenia mogą się ze sobą komunikować, lecz nie jednocześnie. W dowolnym momencie jedno urządzenie nadaje, a drugie odbiera — i na odwrót.
Z tego powodu, jeśli próbujesz komunikować się z PA-12 za pomocą pełnodupleksowego urządzenia komunikacji szeregowej, potrzebny będzie bufor pośredni.
Rysunek 1: TTL/PWM – schemat okablowania komunikacji dla półdupleksu
W komunikacji TTL/PWM między urządzeniem pełnodupleksowym a PA-12 zalecamy zastosowanie układu 74LVC2G241 jako bufora. Urządzeniem pełnodupleksowym może być np. mikrokontroler Arduino. Szczegóły konfiguracji znajdziesz w naszym artykule o pierwszych krokach z Arduino i PA-12.
Rysunek 2: RS-485 – schemat okablowania komunikacji dla półdupleksu
Dla siłowników typu RS-485 zalecamy użycie układu MAX485 jako bufora między kontrolerem pełnodupleksowym a półdupleksowym urządzeniem PA-12. Oczywiście urządzenia komunikacyjne, które same są półdupleksowe, nie będą miały problemu z bezpośrednią komunikacją z PA-12. Na przykład moduł PLC Allen-Bradley 1769-ASCII może komunikować się z PA-12 bezpośrednio.
Szybkość transmisji (baud rate)
Baud rate oznacza prędkość komunikacji między urządzeniami w kanale danych. Domyślna prędkość transmisji siłowników PA-12 wynosi 57600 bps. Jeśli Twoje urządzenie komunikacyjne używa innej prędkości, są dwa sposoby jej zmiany. Najłatwiej podłączyć PA-12 do komputera PC przez nasz kontroler interfejsu LC-12 i wprowadzić zmiany w aplikacji. Alternatywnie możesz ustawić prędkość transmisji komendą zapisu RS-485. Wymaga to wykonania następujących kroków:
1. Ustaw prędkość transmisji dla modułu komunikacyjnego na 57600.
2. Zapisz żądaną prędkość transmisji pod adresem pamięci 0x04.
3. Wartość prędkości transmisji pod adresem 0x04 musi być jedną z 4 konkretnych wartości; 32 odpowiada 57600 i jest wartością domyślną.
4. Aby zmiany zaczęły obowiązywać, PA-12 musi zostać zrestartowany. Trzeba wyłączyć PA-12, następnie zmienić prędkość transmisji w urządzeniu komunikacyjnym i ponownie włączyć system.
Kontroler interfejsu PC LC-12
Najłatwiejszym sposobem komunikacji z wewnętrznym komputerem PA-12 jest kontroler interfejsu PC LC-12. Można go użyć do połączenia zarówno z siłownikami TTL/PWM, jak i RS-485. LC-12 jest również wymagany do pobierania i instalowania aktualizacji oprogramowania układowego (firmware).
Za pomocą kontrolera interfejsu można wygodnie ustawiać parametry pracy siłowników PA-12. Na przykład w określonych zastosowaniach możesz chcieć ustawić limity wysuwu i wsuwu, prędkość transmisji, maksymalną temperaturę, maksymalny prąd, maksymalny dopuszczalny błąd pozycjonowania i tak dalej. Przy dużych zamówieniach Progressive Automations wstępnie zaprogramuje wszystkie jednostki, ale jeśli pracujesz z partiami produkcyjnymi do 50 sztuk, łatwiej może być ustawić parametry przez interfejs.
LC-12 można wykorzystać do testowania ruchu siłownika bez konieczności zagłębiania się w konfigurację komunikacji TTL i RS-485. LC-12 zawsze połączy się z siłownikiem PA-12, o ile nie ma problemów sprzętowych. Może to być przydatne podczas monitorowania parametrów ustawionych w mapie danych pamięci, aby upewnić się, że wszystko jest na swoim miejscu, i w razie potrzeby usunąć błędy.
Wewnętrzny komputer PA-12 potrafi samodiagnozować problemy i wyświetlać kody błędów podczas pracy. Gdy odbierasz jedynie sygnały sprzężenia zwrotnego, może być trudno jednoznacznie stwierdzić, co jest nie tak z siłownikiem. Interfejs PC LC-12 potrafi wyszukiwać i wyświetlać błędy generowane przez siłownik, ułatwiając znalezienie sposobu ich usunięcia. Na przykład, jeśli siłownik nie osiąga pozycji docelowej, możesz spojrzeć na ekran błędów i monitor prądu w interfejsie i stwierdzić, że na drodze jest przeszkoda.
Na koniec kontroler interfejsu PC LC-12 ma dwie ważne funkcje dla siłowników PA-12, które czynią go niezbędnym narzędziem do wstępnych prób i rozwiązywania problemów. LC-12 to jedyny sposób, aby przywrócić siłownik do domyślnych ustawień fabrycznych i zastosować aktualizacje oprogramowania układowego (firmware).
Na zakończenie
W tym artykule omówiliśmy kluczowe cechy: precyzję ruchu, porównanie silników z rdzeniem i bez rdzenia oraz niskie szumy naszego elektrycznego siłownika liniowego PA-12. Istnieją różne sposoby komunikacji z tym siłownikiem; nasi inżynierowie uznają za najprostszy kontroler interfejsu PC LC-12.
Mamy nadzieję, że artykuł był pomocny – jeśli masz dodatkowe pytania dotyczące PA-12 lub któregokolwiek z poruszonych tematów, napisz do nas lub zadzwoń pod 1-800-676-6123 (połączenie bezpłatne).