Typy spätnej väzby pre lineárne aktuátory

Umenie riadenia pohybu stelesňujú lineárne aktuátory, ktoré našli uplatnenie v mnohých oblastiach života. Používajú sa v mnohých sférach – od high-tech výrobných liniek a smart zariadení v našich domácnostiach až po lietadlá na oblohe. Čo robí lineárne aktuátory špičkovými zariadeniami na riadenie pohybu? Spätná väzba: pozoruhodná schopnosť odovzdávať sofistikovaným riadiacim systémom informácie v reálnom čase odvodené z pohybu (poloha, rýchlosť, smer). Riadiace jednotky tieto dáta využívajú na prevádzku uzavretých riadiacich okruhov, ktoré dokážu dosiahnuť mimoriadnu presnosť pri prenose pohybu – rastúcu požiadavku modernej priemyselnej sféry. Progressive Automations udáva smer svojím širokým portfóliom produktov lineárnej pohonovej techniky. Naše lineárne aktuátory dopĺňajú špičkové systémy spätnej väzby, vďaka ktorým patria k najlepším vo svojej triede.

Tento blog rozoberá rôzne typy spätnej väzby pre lineárne aktuátory, napríklad fyzické prevedenia, výhody a nevýhody a typické použitia jednotlivých aktuátorov so spätnou väzbou.

Lineárne aktuátory so spätnou väzbou: Potrebujete ju?

Spätná väzba je v zariadení na riadenie pohybu nevyhnutná, ak má pracovať v kontrolovanom prostredí. Lineárny aktuátor nainštalovaný v stolíku na státie má napríklad veľmi jednoduchú úlohu: buď pracovisko zdvihne, alebo spustí. Táto jednoduchá operácia nevyžaduje pokročilé riadenie, a preto takéto lineárne aktuátory zvyčajne nemajú integrované mechanizmy spätnej väzby.

Rozšírenie tohto príkladu pomôže ilustrovať, kedy je spätná väzba nevyhnutná. Predstavte si, že používate lineárne aktuátory na zdvíhanie ťažkých zaťažení cez viacero zdvíhacích stĺpov. V takejto konfigurácii je rovná plocha nesúca zaťaženie uložená na každom zo stĺpov a musí zostať rovnobežná so zemou, aby bremeno nespadlo.

 

V tomto prípade musia zdvíhacie stĺpy pracovať synchrónne, aby sa zabránilo čo i len miernemu nakloneniu stola, čo môže byť nebezpečné. Ide o situáciu, v ktorej je spätná väzba absolútne nevyhnutná. Každý zdvíhací stĺp posiela údaje o svojej polohe do riadiacej jednotky, ktorá sleduje vysunutie každého zariadenia. Ak niektorý zo stĺpov zaostáva alebo predbieha, riadiaca jednotka upraví rýchlosti všetkých stĺpov, aby zharmonizovala ich pohyb. Táto riaditeľnosť, umožnená spätnou väzbou, udržiava nosnú plochu vodorovne počas celého prevádzkového cyklu.

K dispozícii je viac typov spätnej väzby aktuátora: tento článok sa venuje potenciometrom, spätnej väzbe s Hallovým efektom a spätnej väzbe z koncových spínačov.

Spätná väzba s potenciometrom

Najjednoduchšou verziou je lineárny aktuátor so spätnou väzbou z potenciometra. Potenciometre sú dlhodobo používané elektrické prvky, ktoré využívajú princíp, že elektrický odpor vodivých materiálov je lineárne závislý od ich dĺžky. Možno sa to ľahšie pochopí na známej situácii: všetci sme použili otočný gombík na nastavenie rýchlosti ventilátora. Tento gombík je v podstate potenciometer s tenkým pásikom vodivého materiálu vo vnútri. Poloha gombíka riadi napätie na Motore ventilátora. Na jednom konci, teda na extréme svojho rozsahu, je ventilátoru dodané maximálne napätie, na opačnom konci minimálne. Medzi tým sa napätie mení lineárne s polohou gombíka.

Presne ten istý jav nastáva v lineárnom aktuátore s potenciometrom. Rotačný rozsah gombíka je analógiou k Zdvihu aktuátora a napätie na Motor je analógiou k polohe aktuátora. Napätie sa plynule mení od úplného zasunutia po úplné vysunutie, čím presne indikuje polohu aktuátora. To umožňuje riadenie polohy lineárneho aktuátora.

Výhody a nevýhody spätnej väzby s potenciometrom

Potenciometre sa obzvlášť jednoducho integrujú do lineárnych aktuátorov a vo väčšine prípadov možno aktuátor neskôr bez problémov dodatočne vybaviť potenciometrom. Navyše poskytujú absolútnu polohu, t. j. nepotrebujú referenčný bod na určenie polohy. Z hľadiska aplikácie je to veľká výhoda, pretože signál spätnej väzby sa generuje okamžite po spustení. Pri iných lineárnych aktuátoroch musí aktuátor prejsť kompletný Zdvih tam aj späť, aby poskytol referenčné body pre zariadenie spätnej väzby. Ak teda používate lineárny aktuátor v aplikáciách, ktoré si takýto cyklus nemôžu dovoliť, najvhodnejšia je potenciometrová verzia, napríklad náš PA-14P.

Existuje aj niekoľko nevýhod. Keďže potenciometer používa kĺzavé kontakty po vodivom páse, je náchylný na opotrebenie. Okrem toho môže generovaný polohový signál v určitých prípadoch trpieť šumom a útlmom, čo nikdy nie je žiaduce.

Spätná väzba s Hallovým efektom

Hallov efekt je výbornou voľbou na použitie lineárneho aktuátora so spätnou väzbou. Tento mechanizmus využíva magnet na generovanie signálu spätnej väzby. Princíp spočíva v malom magnete pripevnenom na jednom z ozubených kolies, ktoré poháňajú aktuátor. Vedľa tohto kolesa je umiestnený snímač Hallovho efektu, ktorý vytvorí elektrický impulz vždy, keď popred neho prejde magnet. Takto sa zakaždým, keď magnet prejde okolo snímača, zaregistruje v riadiacej jednotke polohový signál.

Výhody a nevýhody spätnej väzby s Hallovým efektom

Spätná väzba s Hallovým efektom prináša veľkú výhodu vo forme vysokého rozlíšenia. Keďže ozubené kolesá v prevodovke lineárneho aktuátora rotujú pri veľmi vysokých RPM, snímač Hallovho efektu generuje obrovské množstvo elektrických signálov na jednotku pohybu aktuátora. Spätná väzba je vďaka tomu presná a spoľahlivá. Preto sa zariadenia s Hallovým efektom, ako napríklad riadiaca jednotka FLTCON-3 3-Sync s Hallovým efektom, zvyčajne preferujú pre vysoko presné aplikácie, ako je vyššie uvedený príklad zdvíhacieho stola.

Nevýhodou snímačov s Hallovým efektom je, že potrebujú referenčné hodnoty na poskytovanie presného signálu. Na tento účel je po spustení potrebný referenčný (homing) cyklus. Napríklad zdvih vášho stola po štarte najprv vystúpi až hore a potom zíde do najspodnejšej polohy, kým môžete začať pracovať. Pred rozhodnutím pre spätnú väzbu s Hallovým efektom je teda potrebné mať to na pamäti.

Spätná väzba z koncových spínačov

Koncové spínače sa trochu líšia od mechanizmov spätnej väzby, ktoré sme prebrali vyššie. Nie sú určené pre elektrický lineárny aktuátor s polohovou spätnou väzbou, ale určujú počiatočné a koncové body pohybu lineárneho aktuátora.

Jednoducho povedané, koncové spínače sú nainštalované na oboch koncových bodoch Zdvihu aktuátora a hneď ako sa tyč aktuátora dotkne spínača, preruší sa obvod. Ide o potrebné opatrenie, pretože Motor „nevie“, kedy sa má zastaviť, a ak sa na koncových bodoch nevypne, môže zničiť samotný aktuátor alebo dokonca spôsobiť zranenie používateľom. Riadenie spätnej väzby je v tomto prípade obmedzené, keďže zodpovedá len za získanie informácií o polohe v extrémnych polohách.

Výhody a nevýhody koncových spínačov

Koncové spínače sú v odvetví lineárnych aktuátorov takmer univerzálne – každý produkt má predinštalovaný pár. Ich hlavnou výhodou je bezpečnosť. S koncovými spínačmi vo vašom lineárnom aktuátore sa nemusíte obávať prepálených Motorov, ohnutých tyčí, nadprúdu, poškodenia konštrukcie aplikácie atď.

Ako už bolo spomenuté, nevýhodou koncových spínačov je, že polohu v priebehu celého Zdvihu nie je možné merať. Ak je však vaším dodávateľom Progressive Automations, nie je to problém. Naše produkty sa pýšia nastaviteľnými koncovými spínačmi, ktoré vám dávajú kontrolu nad dĺžkou Zdvihu a počiatočnými/koncovými bodmi. Ako upraviť dĺžku Zdvihu sa dozviete tu.

 

PA-17 má sadu odolných, nastaviteľných koncových spínačov. Ak potrebujete viac v rámci tohto rozsahu špecifikácií, vylepšený PA-17 POT je k dispozícii aj so spätnou väzbou z potenciometra, aby vyhovel vašim technickým požiadavkám.

Záverečné myšlienky

Tento blog má za cieľ vybaviť vás potrebnými vedomosťami o mechanizmoch spätnej väzby, aby ste mohli robiť informované rozhodnutia. Veríme, že teraz viete rozhodnúť, aký typ spätnej väzby potrebujete pre svoje aplikácie riadenia pohybu.

Progressive Automations sa snaží svojim zákazníkom poskytovať špičkové produkty lineárnej pohonovej techniky. Ak sa chcete porozprávať o tom, akú spätnú väzbu by ste mali použiť, neváhajte contact náš tím zákazníckeho servisu.