Elektrický lineárny aktuátor PA-12 je skvelým príkladom princípov štíhleho dizajnu a predstavuje budúcnosť lineárneho pohybu. Ak hľadáte zariadenie, ktoré ponúka špičkový výkon v kompaktnom prevedení, ste na správnom mieste. PA-12 je nabitý modernými riešeniami opakujúcich sa problémov a tento článok vám priblíži hlavné prvky jeho konštrukcie. Tento lineárny aktuátor je navrhnutý tak, aby poskytoval čo najpresnejší pohyb s vysokým rozlíšením bez toho, aby používateľ musel určovať riadiace parametre alebo kompenzovať údaje o polohe pre rôzne podmienky zaťaženia. Dosahuje to vďaka veľmi presnému potenciometru so zabudovaným filtrom na zníženie elektrického šumu a veľmi ľahkému motoru, ktorý znižuje vplyv zotrvačnosti. Ponúkame aj aktuátory PA-12 s bezjadrovými motormi, ktoré môžu dosahovať výrazne lepší výkon než motory s jadrom a ďalej zvyšujú presnosť.
Tento elektrický aktuátor je vybavený palubným počítačom, ktorý spracuje všetky potrebné výpočty. Od používateľa len vyžaduje posielať príkazy vo formáte TTL alebo RS-485. Alternatívne je možné PA-12 pripojiť k počítačovému kontroléru LC-12 a príkazy posielať cez rozhranie vo vašom PC. S týmto na pamäti sa poďme pozrieť na PA-12 a všetko, čo ponúka!
Presnosť pohybu
Nezávislý test našich aktuátorov PA-12 vyhodnocoval ich presnosť pohybu. Test spočíval v presnom vykonaní dvoch servo krokov na jeden príkaz pohybu, čo predstavuje 0,001074” na jeden pohyb. Merania boli získané pomocou presného laserového indikátora polohy a aktuátor mal pre vysúvanie aj zasúvanie pripojené 15 lbs zaťaženie. Výsledky môžete vidieť na grafoch nižšie.
Väčšina bežných prístrojov nedokáže takú malú zmenu polohy presne zachytiť. Ak by sa aktuátor pohyboval vo väčších krokoch, výsledky by boli ešte presnejšie. Táto presnosť stojí na dvoch faktoroch – vysokej presnosti zabudovaného potenciometra a správne kalibrovanom PID regulátore. Parametre PID regulácie je možné voliteľne meniť digitálnymi príkazmi, no neodporúča sa to.
Motor s jadrom vs. bezjadrový motor
PA-12 môže byť vybavený buď jednosmerným motorom s jadrom, alebo bezjadrovým jednosmerným motorom. Pozrime sa na výhody a nevýhody oboch riešení.
Motor s jadrom
V typickom jednosmernom motore je cievka navinutá okolo železného jadra rotora. Keď sa na cievku privedie prúd, vytvorí sa magnetické pole, ktoré spolu so statorom spôsobuje rotáciu motora. Komutátorový jednosmerný motor so železným jadrom je overená, spoľahlivá a cenovo výhodná voľba. Komutátorový jednosmerný motor s jadrom dokáže bežať z jednosmerného napätia a vďaka pevnému železnému jadru zvládať vysoký krútiaci moment. Jadro zároveň pomáha motoru znášať vyššie odbery prúdu, pretože funguje ako chladič a umožňuje odvádzanie tepla. Tento typ motora je veľmi jednoduchý, no pritom efektívny, má však aj niekoľko nevýhod.
Komutátorový jednosmerný motor s jadrom má zvyčajne nižšie zrýchlenie a spomalenie v dôsledku dodatočnej hmotnosti železného jadra. Má tiež tendenciu mať vyššiu indukčnosť, čo znamená, že medzi komutátorom a kefkami vzniká viac nechcených elektrických oblúkov. Tento jav časom zvyšuje opotrebovanie kefiek.
Bezjadrový motor
Bezjadrový komutátorový jednosmerný motor rieši mnohé z týchto problémov. Bezjadrový motor je konštruovaný pomocou samonosného vinutia, ktoré nepotrebuje jadro na udržanie správneho tvaru. Rotor je vďaka tomu veľmi ľahký, čo znamená, že môže oveľa rýchlejšie zrýchľovať aj zastavovať. Je účinnejší a vyžaduje menší prúd na dosiahnutie rovnakého krútiaceho momentu ako motor so železným jadrom. Takéto sofistikované vinutia majú aj nižšiu indukčnosť, takže oblúky medzi komutátorom a kefkami vznikajú pri nižšom výkone a s nižšou frekvenciou.
Nevýhodami bezjadrových motorov sú obmedzená veľkosť, vyššia cena a potreba chladiča. V motore s jadrom sa o odvádzanie tepla z cievok stará práve jadro, pri bezjadrovom jednosmernom motore sú však potrebné alternatívne metódy riadenia tepla, aby dlhodobo pracoval spoľahlivo.
Motor s jadrom v PA-12 je už sám o sebe veľmi ľahkej konštrukcie s kompaktnými rozmermi a zníženou zotrvačnou záťažou. Pre špecifické potreby mikro‑polohovania však pravdepodobne bude vhodnejšou voľbou bezjadrový motor, ktorý vašej aplikácii umožní dosiahnuť najlepšie výsledky.
Filtrovanie a šum
Kľúčovou vlastnosťou PA-12 je schopnosť presne a konzistentne merať polohu pomocou potenciometra. Na tento účel je PA-12 vybavený prevodníkom analóg–digitál (ADC), ktorý je určený na prepojenie s potenciometrom. Palubný kontrolér vykonáva filtrovanie signálov prichádzajúcich z potenciometra a prevádza analógové dáta na digitálne odpovede, ktoré možno odosielať cez komunikačné pakety TTL alebo RS-485. Aby bolo možné merania realizovať v bežných podmienkach, odporúčaná frekvencia čítania údajov je 100-krát za sekundu. To znamená, že informácie o polohe sa môžu obnovovať rýchlosťou 100 Hz.
Aktuátory PA-12 však dokážu čítať dáta maximálne 500-krát za sekundu. Jednotky je potrebné na dosiahnutie tohto výsledku špeciálne nakonfigurovať vo výrobe, no je možné dosiahnuť vysokú obnovovaciu frekvenciu bez straty presnosti.
Komunikácia
Najdôležitejšie je mať na pamäti, že tieto aktuátory nie je možné ovládať bežným spôsobom. Aby sa dosiahol výkon, stabilita a presnosť polohovania aktuátorov PA-12, používateľ musí komunikovať s interným mikrokontrolérom cez protokol RS-485 alebo TTL. Pri jednotkách s podporou TTL je možné komunikovať aj pomocou servopulzov.
TTL aj RS-485 predstavujú štandardy sériovej komunikácie. Poskytujú rámec na vytvorenie sady príkazov a odpovedí v 8-bitovom formáte, ktoré možno použiť na komunikáciu s palubným mikrokontrolérom v PA-12.
Komunikačné parametre pre sériové pripojenie pre TTL aj RS-485 sú zobrazené nižšie:
Štruktúra
Štruktúra dát pre komunikáciu s palubným mikrokontrolérom PA-12 je poloduplexný UART. Plnoduplexný komunikačný systém umožňuje obom zariadeniam zároveň prenášať aj prijímať dáta. V prípade PA-12 je systém poloduplexný (semi-duplex), čo znamená, že zariadenia spolu komunikujú, ale nie súčasne. Kedykoľvek počas komunikácie jedno zariadenie vysiela a druhé prijíma, a následne si úlohy vymenia.
Preto, ak sa pokúšate komunikovať s PA-12 cez plnoduplexné sériové komunikačné zariadenie, je potrebné použiť medzičlánok – buffer.
Obrázok 1: Schéma zapojenia komunikácie TTL/PWM pre poloduplex
Pre komunikáciu TTL/PWM medzi plnoduplexným zariadením a PA-12 odporúčame použiť čip 74LVC2G241 ako buffer. Plnoduplexným zariadením môže byť napríklad mikrokontrolér Arduino. Podrobné informácie o nastavení nájdete v našom článku začíname s Arduinom a PA-12.
Obrázok 2: Schéma zapojenia komunikácie RS-485 pre poloduplex
Pre aktuátory typu RS-485 odporúčame použiť čip MAX485 ako buffer medzi plnoduplexným kontrolérom a poloduplexným zariadením PA-12. Samozrejme, zariadenia, ktoré sú samy o sebe poloduplexné, môžu s PA-12 komunikovať priamo. Napríklad modul PLC Allen-Bradley 1769-ASCII dokáže s PA-12 komunikovať priamo.
Prenosová rýchlosť (baud rate)
Baud rate predstavuje rýchlosť komunikácie medzi zariadeniami cez dátový kanál. Predvolená prenosová rýchlosť aktuátorov PA-12 je 57600 bps. Ak vaše komunikačné zariadenie používa inú rýchlosť, zmeniť ju možno dvoma spôsobmi. Najjednoduchšie je pripojiť PA-12 k PC cez náš LC-12 interface controller a zmeny vykonať v aplikácii. Alternatívne možno prenosovú rýchlosť nastaviť aj príkazom zápisu cez RS-485. Budete musieť urobiť nasledovné:
1. Nastavte prenosovú rýchlosť komunikačného modulu na 57600.
2. Zapíšte požadovanú prenosovú rýchlosť do pamäťovej adresy 0x04.
3. Hodnota prenosovej rýchlosti na adrese 0x04 musí byť jednou zo 4 špecifických hodnôt, pričom 32 zodpovedá predvoleným 57600.
4. Aby sa zmeny prejavili, je potrebné PA-12 reštartovať. Budete musieť PA-12 vypnúť, potom zmeniť prenosovú rýchlosť na svojom komunikačnom zariadení a systém opäť zapnúť.
Kontrolér PC rozhrania LC-12
Najjednoduchší spôsob, ako komunikovať s PA-12 internal počítačom, je cez kontrolér PC rozhrania LC-12. Možno ho použiť na pripojenie k aktuátorom TTL/PWM aj RS-485. LC-12 je tiež potrebný na stiahnutie a inštaláciu aktualizácií firmvéru.
Kontrolér rozhrania možno pohodlne použiť na nastavenie prevádzkových parametrov aktuátorov PA-12. V konkrétnych aplikáciách môžete napríklad nastaviť limity vysunutia a zasunutia, prenosovú rýchlosť, maximálnu teplotu, maximálny prúd, maximálnu povolenú odchýlku polohy a podobne. Pri veľkých množstvách spoločnosť Progressive Automations všetky jednotky vopred naprogramuje, no ak ide o výrobné série 50 kusov alebo menej, môže byť jednoduchšie nastaviť parametre cez rozhranie.
LC-12 možno použiť na otestovanie pohybu aktuátora bez zdĺhavého nastavovania komunikácie TTL a RS-485. Ak nie sú prítomné hardvérové problémy, LC-12 sa vždy dokáže pripojiť k aktuátoru PA-12. To môže byť užitočné pri monitorovaní parametrov nastavených v mape pamäte, aby ste sa uistili, že je všetko v poriadku, a v prípade potreby odstránili chyby.
Interný počítač PA-12 dokáže samodiagnostikovať problémy a počas prevádzky zobrazovať chybové kódy. Pri prijímaní signálov spätnej väzby môže byť ťažké presne určiť, čo je s aktuátorom zle. Rozhranie LC-12 pre PC dokáže vyhľadať a zobraziť chyby, ktoré aktuátor generuje, a uľahčí identifikáciu spôsobu ich odstránenia. Ak napríklad aktuátor nedosahuje cieľovú polohu, môžete si pozrieť indikáciu chýb a monitor prúdu v rozhraní a zistiť, že v dráhe je prekážka.
Napokon, kontrolér PC rozhrania LC-12 má pre aktuátory PA-12 dve dôležité funkcie, vďaka ktorým je nevyhnutným pomocníkom pri prvom skúšaní a odstraňovaní problémov. LC-12 je jediný spôsob, ako vrátiť aktuátor na predvolené továrenské nastavenia a aplikovať aktualizácie firmvéru.
Záverečné slovo
V tomto článku sme vám predstavili kľúčové vlastnosti nášho elektrického lineárneho aktuátora PA-12 – presné polohovanie, motory s jadrom aj bez jadra a nízku úroveň šumu. S týmto aktuátorom možno komunikovať rôznymi spôsobmi; podľa našich inžinierov je najjednoduchší kontrolér PC rozhrania LC-12.
Dúfame, že sa vám článok páčil. Ak máte ďalšie otázky k nášmu PA-12 alebo k niektorým témam v článku, napíšte nám e‑mail alebo nám zavolajte na 1-800-676-6123 (bezplatne).