Sprievodca riadiacimi systémami pre elektrické lineárne aktuátory

Riadiace systémy sú neoddeliteľnou súčasťou prevádzky elektrických lineárnych aktuátorov a sú určené na riadenie prevádzky a usmerňovanie pohybu týchto zariadení. Populárne riešenia, ako sú ovládacie skrinky, sú typom riadiaceho systému pre lineárne aktuátory, ktorý má všetky elektronické komponenty umiestnené v kryte, často v tvare krabice. Riadiaci systém v podstate interpretuje vstupné príkazy, či už manuálne alebo automatizované, a prekladá ich do signálov, ktoré upravujú pohyb aktuátora.

Hlavným účelom týchto systémov je zabezpečiť, aby aktuátory fungovali presne, efektívne a spoľahlivo podľa vopred definovaných parametrov. Význam riadiacich systémov v prevádzke aktuátorov nemožno preceňovať, najmä pokiaľ ide o dosiahnutie presného a efektívneho riadenia pohybu. Tieto systémy sú kľúčové z niekoľkých dôvodov:
1. Presnosť: Riadiace systémy umožňujú jemné doladenie pohybov aktuátorov s cieľom dosiahnuť vysokú úroveň opakovateľnosti a presnosti. To je nevyhnutné v aplikáciách, kde je presné polohovanie kritické, napríklad v robotickej chirurgii alebo leteckom inžinierstve.
2. Účinnosť: Optimalizáciou spôsobu, akým aktuátory reagujú na príkazy, riadiace systémy znižujú spotrebu energie a minimalizujú opotrebovanie. To nielen predlžuje životnosť aktuátora, ale tiež zvyšuje celkovú účinnosť systému, v ktorom pracuje.
3. Adaptabilita: Mechanizmy spätnej väzby dokážu upravovať správanie kompatibilných aktuátorov v reálnom čase analýzou spätnej väzby o polohe z kompatibilných aktuátorov. Táto prispôsobivosť je nevyhnutná v dynamických prostrediach, kde sa podmienky rýchlo menia, napríklad v automatizovaných výrobných procesoch alebo keď viacero aktuátorov zaznamenáva nerovnomerné rozloženie hmotnosti.

4. Integrácia: Riadiace systémy často umožňujú pohonom pracovať v spojení s inými už existujúcimi systémami, čo uľahčuje zložité operácie z jednoduchých vstupov, ktoré sa odosielajú do riadiaceho systému. Túto integráciu podporuje pokrok v oblasti konektivity a programovania. V niektorých riadiacich systémoch môžu ich vstavané transformátory slúžiť aj ako bezproblémová integrácia tým, že fungujú aj ako menič napätia, keď je napríklad potrebný vstupný zdroj 120 V AC na napájanie pohonu 12 VDC.

5. Bezpečnostné prvky: Naprogramované bezpečnostné prvky, ako je ochrana proti preťaženiu, pomáhajú predchádzať poškodeniu pohonu alebo aplikácie tým, že zastavia prevádzku po tom, čo riadiaca skrinka zistí nadmerne vysoký odber elektrického prúdu. Ďalším bezpečnostným prvkom, ktorý sa nachádza v ovládacích skrinkách, je ochrana proti prehriatiu, ktorá zastaví prevádzku po určitom čase cyklu, aby sa zabezpečilo, že prevádzka zostane v rámci menovitého pracovného cyklu aktuátora, čím sa zabráni prehoreniu motora. Riadiace systémy sú základom funkčnosti aktuátorov a poskytujú potrebnú inteligenciu a prispôsobivosť na zabezpečenie presnosti, účinnosti, bezpečnosti a efektívneho riadenia pohybu. Ich úloha je kľúčová v rozširujúcej sa oblasti automatizačných technológií, kde presnosť pohybu je často základným kameňom prevádzkového úspechu.

Riadiace systémy pre elektrické lineárne aktuátory pozostávajú z niekoľkých kľúčových komponentov, ktoré umožňujú presnú a efektívnu prevádzku. Pochopenie týchto komponentov a princípov, na ktorých sú založené, je kľúčové pre optimalizáciu výkonu lineárnych aktuátorov.

Kľúčové komponenty základnej ovládacej skrinky

V základnej ovládacej skrinke určenej pre elektrické lineárne aktuátory hrá každá súčasť kľúčovú úlohu pri zabezpečovaní efektívnej prevádzky. Tu je rozpis týchto hlavných komponentov, ich funkcií a účelov, ktorým slúžia:

1. Relé: Relé fungujú ako spínače, ktoré ovládajú elektrický obvod s vysokým výkonom pomocou signálu s nízkym výkonom. Pre ovládacie skrinky určené na riadenie 2-vodičových aktuátorov sú dve relé nevyhnutné na zmenu polarity napätia privádzaného na dva vodiče aktuátora, čo následne mení smer pohybu. To umožňuje obojsmerné ovládanie v jednoduchom nastavení na vysúvanie a zasúvanie aktuátora.

2. Vstupné kanály: Vstupné kanály sú rozhrania, prostredníctvom ktorých riadiaci systém prijíma elektrické signály z externých zdrojov, ako sú napájacie zdroje alebo signály z káblových diaľkových ovládačov. Ovládacie skrinky, ktoré pracujú s polohovou spätnou väzbou, môžu tiež prijímať vstup zo senzorov aktuátora. Tieto kanály spracovávajú vstupy od používateľa a/alebo senzorov, aby určili, ako by mal aktuátor fungovať, čo ich robí základnými pre iniciovanie a riadenie pohybov aktuátora na základe špecifických požiadaviek.

3. Výstupné kanály: Výstupné kanály prenášajú riadiace signály z ovládača do aktuátora alebo iných komponentov, ako sú relé. Ovládacie skrinky, ktoré pracujú s polohovou spätnou väzbou, môžu tiež vydávať elektrický prúd, aby senzory aktuátora mali energiu na prevádzku. Tieto kanály sú kľúčové pre vykonávanie príkazov určených riadiacim systémom, čo priamo ovplyvňuje správanie aktuátora.

4. Tlačidlo diaľkovej synchronizácie: Toto tlačidlo sa používa na synchronizáciu riadiaceho systému s diaľkovým ovládaním. Zaisťuje, že riadiaci systém rozpozná a spracuje diaľkové vstupy, čo umožňuje pohodlné a flexibilné ovládanie na diaľku.

5. Svetelný indikátor: Svetelné indikátory poskytujú vizuálnu spätnú väzbu o stave systému. Môžu byť indikátorom zapnutia/vypnutia, prevádzkových režimov, chybových stavov alebo príjmu signálu, čo pomáha pri monitorovaní a odstraňovaní problémov so systémom bez potreby zložitých diagnostických nástrojov.

6. Výber režimu: Táto funkcia umožňuje používateľovi prepínať medzi rôznymi prevádzkovými režimami ovládacej skrinky, ako sú napríklad okamžité alebo nedôsledné ovládanie. V okamžitom režime musí byť tlačidlo diaľkového ovládania nepretržite držané v aktívnej polohe, aby zariadenie fungovalo. Po uvoľnení spínača zariadenie prestane fungovať. Nedôsledný režim funguje ako spínač, ktorý zostáva v poslednej nastavenej polohe, kým sa znova nezmení, bez ohľadu na to, či je stlačený. To znamená, že po aktivácii zariadenie pokračuje v prevádzke, kým sa spínač manuálne nevypne.

7. Anténa: Anténa je súčasťou ovládacích skriniek, ktoré majú bezdrôtové komunikačne nastavenie. Antény sa používajú na zlepšenie dosahu a kvality signálu medzi riadiacim systémom a zariadeniami diaľkového ovládania alebo medzi prepojenými systémami. Je nevyhnutná pre udržanie robustnej komunikácie v prostrediach, kde je priame zapojenie nepraktické alebo nežiaduce.

8. Modul RF prijímača: Tento modul prijíma rádiofrekvenčné signály vysielané bezdrôtovými diaľkovými ovládačmi. Dekóduje tieto signály do akčných príkazov, ktorým riadiaci systém rozumie a na ktoré môže reagovať. Modul RF prijímača je nevyhnutný pre bezdrôtové ovládanie, pretože umožňuje diaľkové ovládanie pohonu bez fyzického kontaktu.

Tieto komponenty spolu tvoria komplexný riadiaci systém pre 2-vodičové pohony, pričom každý slúži špecifickej funkcii, ktorá prispieva k celkovej účinnosti a efektívnosti prevádzky pohonu. Tento systém nielenže umožňuje presné ovládanie pohybov aktuátora, ale tiež vylepšuje používateľské rozhranie a interakciu, vďaka čomu je prispôsobiteľný širokej škále aplikácií.

Pozičná spätná väzba je nevyhnutný pre zvýšenie presnosti a správnosti riadenia aktuátora. Medzi tri bežné typy mechanizmov spätnej väzby patria Hallove senzory, potenciometre a spätná väzba koncových spínačov.

Hallove senzory

Teória Hallovho javu, ktorú objavil Edwin Hall (ktorý Hallov jav), uvádza, že vždy, keď je magnetické pole aplikované v smere kolmom na tok elektrického prúdu vo vodiči, indukuje sa rozdiel napätia. Toto napätie sa dá použiť na detekciu, či sa Hallov senzor nachádza v blízkosti magnetu.

Pripojením magnetu k rotujúcej osi motora dokážu Hallove senzory zistiť, kedy je hriadeľ s nimi rovnobežný. Pomocou malej dosky plošných spojov je možné tieto informácie zobraziť ako obdĺžnikový signál podobný optickým enkodérom. Dosky plošných spojov s Hallovým efektom majú bežne 2 senzory, čo vedie k kvadratúrnemu výstupu, kde dva signály stúpajú a klesajú, keď sa elektromotor otáča s fázovým rozdielom 90°. Počítaním týchto impulzov a zistením, ktorý príde skôr, môžu riadiace systémy určiť smer otáčania motora.

Potenciometre

Potenciometer poskytuje variabilný odpor, ktorý je úmerný polohe aktuátora. Medzi gombíkom potenciometra a rotujúcim motorom aktuátora sú často prepojené ozubené kolesá. Ako sa aktuátor pohybuje, hodnota odporu sa mení, čo je možné merať a previesť na údaje o polohe. Tieto informácie potom riadiaci systém použije na jemné doladenie polohy aktuátora, čím sa zvýši presnosť.

Spätná väzba koncového spínača

Účelom signálov spätnej väzby koncových spínačov je umožniť systému určiť, či ovládač fyzicky aktivoval interné koncové spínače. Tento druh spätnej väzby je jednoduchý a užitočný pre aplikácie, ktoré vyžadujú najmä informácie o tom, či ovládač dosiahol úplne vysunutú alebo úplne zasunutú polohu.

Riadiace systémy pre aktuátory možno zhruba rozdeliť do dvoch typov:

Riadiace systémy s otvorenou slučkou: V týchto systémoch je ovládač riadený výlučne na základe vstupných príkazov bez akejkoľvek spätnej väzby o skutočnej polohe. Hoci sú systémy s otvorenou slučkou jednoduchšie a lacnejšie, chýba im schopnosť opravovať chyby v polohovaní, čo ich robí menej presnými ako ich náprotivky.
Jeden príklad jednoduchého systému s otvorenou slučkou zahŕňa momentový kolískový spínač pripojený k lineárnemu aktuátoru. To vyžaduje, aby obsluha fyzicky stlačila a podržala spínač, aby aktuátor pokračoval v cyklovaní, a uvoľnenie spínača predtým, ako aktuátor dosiahne koniec dráhy, spôsobí, že aktuátor sa v polovici pohybu zastaví.

Riadiace systémy s uzavretou slučkou: Tieto systémy obsahujú mechanizmy spätnej väzby, ako sú Hallove senzory alebo potenciometre, na nepretržité upravovanie riadiacich signálov na základe skutočnej polohy aktuátora. Táto spätnoväzobná slučka umožňuje presné riadenie a korekciu chýb, vďaka čomu sú systémy s uzavretou slučkou ideálne pre aplikácie, kde je presnosť kritická. Riadiace systémy s uzavretou slučkou sa bežne nachádzajú v aplikáciách, ktoré využívajú mikrokontroléry, ovládacie skrinky a PLC naprogramované pre aktuátory na vykonávanie špecifických funkcií.
Výber riadiaceho systému a jeho komponentov významne ovplyvňuje funkčnosť a optimalizáciu výkonu pohonných jednotiek. Integráciou účinných mechanizmov spätnej väzby a výberom vhodného typu riadiaceho systému je možné pohonné jednotky optimalizovať pre širokú škálu aplikácií, čím sa zabezpečí presnosť aj spoľahlivosť ich prevádzky.

V ideálnom prostredí by sa lineárne aktuátory vždy správali predvídateľne, avšak poruchy môžu nastať vo forme silného vetra, nerovnomerného rozloženia hmotnosti, fyzických prekážok a mechanického opotrebenia. Niektoré z týchto porúch je možné zohľadniť pomocou riadiacich systémov, ktoré boli naprogramované na prácu s lineárnymi aktuátormi, ktoré majú kompatibilnú spätnú väzbu na čítanie chýb a následné vykonávanie stratégií korekcie chýb na dosiahnutie požadovaných výsledkov.

Premenné, ktoré riadiace systémy korigujú

1. Poloha: Riadiace systémy pomáhajú zabezpečiť, aby aktuátor presne dosiahol a udržal požadovanú polohu porovnaním polohy používateľa so skutočnou polohou nameranou zo snímačov polohovej spätnej väzby. Príklady zahŕňajú situácie, keď stojaci používatelia pri stole stlačia tlačidlo ovládača, aby sa aktuátory presunuli do konkrétnej prednastavenej polohy v pamäti, aby si upravili pracovný priestor zo sediacej do stojacej výšky.

2. Rýchlosť: Odčítanie polohovej spätnej väzby a vydelenie prejdenej vzdialenosti uplynutým časom bude mať za následok rýchlosť pohybu. Niektoré riadiace systémy umožňujú nastaviteľnú rýchlosť pomocou PWM (modulácia šírky impulzov), čo umožňuje pohonu pohybovať sa rôznymi rýchlosťami na základe požiadaviek aplikácie. To je užitočné v aplikáciách, kde sú potrebné rôzne rýchlosti, napríklad pre pohony poháňajúce pohyb leteckých simulátorov.

3. Sila: Niektoré riadiace systémy dokážu regulovať množstvo sily vyvíjanej pohonmi, čím zabezpečujú, že fungujú v bezpečných medziach a zabraňujú poškodeniu systému alebo okolitých komponentov. Meraním odberu elektrického prúdu dokážu riadiace systémy odhadnúť približne akú silu vyvíjajú lineárne pohony. Táto funkcia je užitočná pre lineárne pohony, ktoré otvárajú a zatvárajú okná, aby vypli napájanie a zastavili pôsobenie sily v prípade, že ruka alebo prekážka osoby blokuje dráhu pohybu.

V priemysle sa používajú rôzne stratégie riadenia na dosiahnutie primeranej úrovne presnosti pri riadení pohybu. Každá z týchto stratégií riadenia ponúka rôzne výhody a je vhodná pre rôzne aplikácie v závislosti od úrovne riadenia a presnosti požadovanej systémom. Medzi bežne používané stratégie riadenia pre elektrické lineárne aktuátory patria:

1. Riadenie zapnuté/vypnuté: Toto je najjednoduchšia forma riadenia používaná s elektrickými lineárnymi aktuátormi, ktoré sa bežne nachádzajú v systémoch riadenia s otvorenou slučkou. Zahŕňa zapnutie alebo vypnutie elektrického prúdu dodávaného do aktuátora bez medzistavu. Táto metóda je priamočiara a používa sa v aplikáciách, kde nie je potrebné presné riadenie polohy. Aktuátor pracuje na plný výkon, kým nedosiahne nastavený koncový spínač alebo nedokončí svoju úlohu, v takom prípade sa vypne.

2. P (Proporcionálne riadenie): Proporcionálne riadenie upravuje vstupný výkon pohonu na základe chyby, čo je rozdiel medzi skutočnou nameranou polohou/silou a požadovanou hodnotou používateľa. Riadiaci signál je úmerný tejto chybe, čo znamená, že čím väčšia je chyba, tým silnejšia je odozva pohonu. Táto metóda umožňuje plynulejšiu prevádzku ako riadenie zapnutie/vypnutie, ale stále môže viesť k chybe v ustálenom stave, ak sa nekombinuje s inými typmi riadenia.

3. PI (Proporcionálno-integrálne riadenie): Táto stratégia vylepšuje proporcionálne riadenie pridaním integračného člena, ktorý rieši problém chyby v ustálenom stave. Integračná zložka sčítava minulé chyby v priebehu času a poskytuje kumulatívnu korekčnú akciu, ktorá chybu vynuluje. To umožňuje pohonu nielen presnejšie dosiahnuť, ale aj udržať požadovanú polohu/silu používateľa.

4. PID regulácia (proporcionálna-integračná-derivačná): PID regulácia je pokročilejšia metóda, ktorá kombinuje tri typy stratégií regulácie – proporcionálnu, integračnú a derivačnú – aby sa zabezpečila presná a stabilná regulácia pohonu. Proporcionálna zložka závisí od aktuálnej chyby, integračná zložka sumarizuje minulé chyby a derivačná zložka predpovedá budúce chyby na základe rýchlosti zmeny. Tento komplexný prístup umožňuje vysoko presnú reguláciu polohy, sily a rýchlosti pohonu, vďaka čomu je ideálny pre zložité a dynamické systémy, kde je presnosť kritická.

When selecting control systems for your electric linear actuators, it is important to consider the following factors:

• Ingress Protection
• Compatibility
• Budget

1. Ingress Protection: Assess the specific environmental requirements of your application to determine the type of control systems needed. The PA-33 control box for example has an ingress protection rating of IP65 for dust and water resistance. An ingress protection rating of IP65 or higher is recommended for control systems exposed to outdoor elements such as rainwater, dust, and debris.

2. Compatibility: Ensure that the control system is compatible with the electric linear actuators you have chosen or are currently using to ensure seamless integration. Check if your actuator has the matching communication protocols/positional feedback to the controllers you were considering. For example, the PA-12-T (TTL/PWM) and PA-12-R (RS-485) Micro Precision Servo Actuator provide precise position control with positional accuracy up to 100 um and require advanced communication protocols for such performance. Another thing to consider is whether the type of motor your actuator has will be compatible with a control system. Continuously operating brushless motors such as those found in our custom ordered PA-14 actuators would require control boxes compatible with their operation such as the LC-241 control box.

To see which of our control boxes and actuators are compatible with each other, check out our control box comparison and compatibility charts linked below:

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: Consider if there were any budget constraints for the project and choose a control system that offers the best value for your investment while meeting your performance requirements. For example, simple indoor projects that do not require high precision would work without any issues by wiring a basic rocker switch without high ingress protection to control a 2-wire mini linear actuator at an affordable price.

Ovládacie skrinky, ako napríklad naša séria FLTCON, umožňujú naprogramovať funkcie, bezpečnostné prvky a ďalšie používateľské nastavenia, ku ktorým je možné pristupovať prostredníctvom pripojeného diaľkového ovládača. Keď je k ovládacej skrinke FLTCON pripojených viacero pohonov typu Hallov efekt, ovládacia skrinka zabezpečí synchronizáciu motorov, aby sa pohybovali spoločne rovnakou rýchlosťou.
Ďalšie informácie nájdete v našom blogu o aplikáciách pre ovládacie skrinky FLTCON.

Pri výbere konfigurácie s 2 Hallovými aktuátormi náš FLTCON-2 akceptuje vstupné napätie 110 V AC, ponúkame však aj FLTCON-2-24 VDC, ktorý akceptuje vstupné napätie 24 VDC. V spojení s naším prenosným batériovým zdrojom FLT PA-BT1-24-2200 (výstup 24 VDC) umožňuje kombinácia FLTCON-2-24 VDC a PA-BT1-24-2200 plnú prenosnosť. Ponúkame širokú škálu možností diaľkového ovládania, aby ste si mohli vychutnať všetky jedinečné funkcie našich rôznych programovateľných káblových diaľkových ovládačov – pre väčšie pohodlie ich možno použiť aj spolu s našimi bezdrôtovými diaľkovými ovládačmi RT-14.