Električni linearni aktuator PA-12 je odličen primer načel vitkega oblikovanja in predstavlja prihodnost linearnega gibanja. Če iščete napravo, ki v kompaktnem ohišju nudi vrhunsko zmogljivost, ste na pravem mestu. PA-12 je poln sodobnih rešitev za ponavljajoče se težave, v tem članku pa si bomo ogledali glavne značilnosti zasnove tega aktuatorja. Ta linearni aktuator je namensko zasnovan za čim bolj natančno gibanje z visoko ločljivostjo, ne da bi moral uporabnik določati krmilne parametre ali kompenzirati odčitke položaja pri različnih pogojih obremenitve. Za to ima aktuator zelo natančen potenciometer z vgrajenim filtrom za zmanjšanje električnega šuma ter zelo lahek motor za zmanjšanje vpliva vztrajnosti. Na voljo so tudi aktuatorji PA-12 z motorji brez jedra, ki lahko zagotavljajo bistveno boljše delovanje kot motorji z jedrom in dodatno pripomorejo k večji natančnosti.
Ta električni aktuator je opremljen z vgrajenim računalnikom, ki opravi vse potrebne izračune. Od uporabnika zahteva le, da ukaze posreduje v formatu TTL ali RS-485. Alternativno lahko PA-12 povežete z računalniškim krmilnikom LC-12 in ukaze pošiljate prek vmesnika na svojem PC-ju. Ob vsem tem si zdaj pobliže oglejmo PA-12 in vse, kar ponuja!
Natančnost gibanja
Neodvisno smo testirali naše aktuatorje PA-12, da bi izračunali natančnost gibanja. Preizkus je bil natančna izvedba dveh servo korakov na ukaz za premik, kar znese 0,001074” na premik. Meritve so bile zbrane z natančnim laserskim merilnikom položaja, aktuator pa je imel nanj priključeno 15 lbs obremenitev tako pri iztegu kot pri umiku. Rezultati so prikazani v spodnjih grafih.
Večina običajnih instrumentov tako majhne spremembe položaja ne more natančno zaznati. Če bi se aktuator premikal v večjih korakih, bi bili rezultati še natančnejši. To gibanje temelji na dveh dejavnikih – visoki natančnosti vgrajenega potenciometra in pravilno umerjenem PID-regulatorju. Parametre PID-krmiljenja je mogoče po potrebi spremeniti prek digitalnih ukazov, vendar to ni priporočljivo.
Motor z jedrom ali brez jedra
PA-12 je lahko opremljen z enosmernim motorjem z jedrom ali brez jedra. Predstavili bomo prednosti in slabosti obeh.
Motor z jedrom
V tipičnem enosmernem motorju je tuljava navita okoli železnega jedra rotorja. Ko na tuljavo priključimo tok, ustvari magnetno polje, ki skupaj s statorjem povzroči vrtenje motorja. Ščetkani enosmerni motor z železnim jedrom je preverjena, zanesljiva in cenovno ugodna možnost. Ščetkani enosmerni motor z jedrom lahko deluje neposredno iz enosmerne napetosti in zaradi železnega jedra, ki vse ohranja togo, prenaša visok navor. Jedro pomaga motorju tudi pri večjih odjemih toka, saj deluje kot hladilno telo in omogoča odvajanje toplote. Tak motor je zelo preprost, a učinkovit, ima pa nekaj slabosti.
Ščetkani enosmerni motor z jedrom ima običajno nižje pospeške in pojemke zaradi dodatne mase železnega jedra. Motor ima tudi večjo induktivnost, kar pomeni več nenamernih električnih lokov med komutatorjem in ščetkami. Ta učinek s časom poveča obrabo ščetk.
Motor brez jedra
Ščetkani enosmerni motor brez jedra je rešitev za številne od teh težav. Motor brez jedra je izdelan s samonosilnim navitjem, ki ne potrebuje jedra, da ohranja pravilno obliko. To naredi rotor zelo lahek, kar pomeni, da se lahko veliko hitreje pospeši in ustavi. Je učinkovitejši in za enak navor kot motor z železnim jedrom potrebuje manj toka. Takšna sofisticirana navitja imajo tudi nižjo induktivnost, kar pomeni, da do loka med komutatorjem in ščetkami prihaja pri nižji moči in z zmanjšano frekvenco.
Pomanjkljivosti motorjev brez jedra so omejena velikost, višji stroški in potreba po hladilnem telesu. Pri motorju z jedrom jedro odvaja toploto od tuljav, pri enosmernem motorju brez jedra pa so potrebne alternativne metode upravljanja toplote za zanesljivo dolgoročno delovanje.
PA-12 z motorjem z jedrom je že zelo lahka konstrukcija s kompaktnimi merami in zmanjšano vztrajnostno maso. Za namene mikropozicioniranja je verjetno dobra izbira možnost motorja brez jedra, saj bo vaši aplikaciji omogočila najboljše rezultate.
Filtriranje in šum
Ključna posebnost PA-12 je zmožnost natančnega in doslednega merjenja položaja s potenciometrom. Za to je PA-12 opremljen z analogno-digitalnim pretvornikom (ADC), namenjenim povezavi s potenciometrom. Vgrajeni krmilnik izvaja funkcijo filtriranja signalov, ki prihajajo s potenciometra, ter pretvarja analogne podatke v digitalne odzive, ki jih je mogoče pošiljati prek komunikacijskih paketov TTL ali RS-485. Da so odčitki v običajnih pogojih mogoči, je priporočena frekvenca zajema podatkov 100-krat na sekundo. To pomeni, da se lahko informacija o položaju posodablja s frekvenco 100 Hz.
Kljub temu so aktuatorji PA-12 zmožni največje frekvence zajema podatkov 500-krat na sekundo. Za dosego tega rezultata je treba enote v tovarni posebej konfigurirati, a visoko frekvenco osveževanja je mogoče doseči brez žrtvovanja natančnosti.
Komunikacija
Najpomembneje si je zapomniti, da teh aktuatorjev ni mogoče upravljati na običajen način. Da bi dosegli zmogljivost, stabilnost in natančnost položaja aktuatorjev PA-12, mora uporabnik komunicirati z notranjim mikrokrmilnikom prek protokola RS-485 ali TTL. Pri enotah s podporo TTL je mogoče komunicirati prek servo-impulzov.
TTL in RS-485 sta standarda v serijski komunikaciji. Zagotavljata okvir za razvoj nabora ukazov in odzivov v 8-bitnem formatu, ki se lahko uporablja za povezavo z vgrajenim mikrokrmilnikom v PA-12.
Komunikacijski parametri za serijsko podatkovno povezavo tako za TTL kot RS-485 so prikazani spodaj:
Struktura
Podatkovna struktura za komunikacijo z vgrajenim mikrokrmilnikom PA-12 je pol-dupleksni UART. Sistem polnega dupleksa omogoča, da obe napravi hkrati oddajata in sprejemata podatke. V primeru PA-12 je sistem pol-dupleksen (tudi semidupleks). To pomeni, da lahko napravi komunicirata med seboj, vendar ne hkrati. Kadarkoli med komunikacijo ena naprava oddaja, druga pa sprejema, in obratno.
Zato boste pri poskusu komunikacije s PA-12 prek serijske naprave polnega dupleksa potrebovali vmesni puferski člen.
Slika 1: Shema ožičenja komunikacije TTL/PWM za pol-dupleks
Za komunikacijo TTL/PWM med napravo polnega dupleksa in PA-12 priporočamo implementacijo čipa 74LVC2G241 kot pufer. Naprava polnega dupleksa je lahko na primer mikrokrmilnik Arduino. Za podrobnosti o nastavitvi si lahko ogledate naš članek o začetkih z Arduinom in PA-12.
Slika 2: Shema ožičenja komunikacije RS-485 za pol-dupleks
Za aktuatorje tipa RS-485 priporočamo uporabo čipa MAX485 kot pufer med krmilnikom polnega dupleksa in pol-dupleks napravo PA-12. Seveda naprave za komunikacijo, ki so same pol-dupleks, lahko brez težav komunicirajo neposredno s PA-12. Na primer, PLC modul Allen-Bradley 1769-ASCII lahko komunicira neposredno s PA-12.
Baudna hitrost
Baudna hitrost predstavlja hitrost komunikacije med napravami prek podatkovnega kanala. Privzeta baudna hitrost aktuatorjev PA-12 je nastavljena na 57600 bps. Če vaša komunikacijska naprava uporablja drugačno baudno hitrost, jo lahko spremenite na dva načina. Najlažje jo je spremeniti tako, da PA-12 povežete s PC-jem prek našega LC-12 interface controller in spremembe opravite prek aplikacije. Alternativno lahko baudno hitrost nastavite tudi prek ukaza za zapis RS-485. Potrebno bo narediti naslednje:
1. Nastavite baudno hitrost komunikacijskega modula na 57600.
2. Želeno baudno hitrost zapišite na pomnilniški naslov 0x04.
3. Vrednost baudne hitrosti na naslovu 0x04 mora biti nastavljena na eno od 4 specifičnih vrednosti, pri čemer 32 ustreza privzetim 57600.
4. Da spremembe začnejo veljati, je treba PA-12 znova zagnati. PA-12 izklopite, nato spremenite baudno hitrost na svoji komunikacijski napravi in sistem ponovno vklopite.
PC krmilnik vmesnika LC-12
Najlažji način za komunikacijo z PA-12 internal computer je prek PC krmilnika vmesnika LC-12. Uporabite ga lahko za povezavo tako z aktuatorji TTL/PWM kot RS-485. LC-12 je potreben tudi za prenos in namestitev posodobitev strojne programske opreme.
Krmilnik vmesnika lahko uporabite za preprosto nastavitev obratovalnih parametrov aktuatorjev PA-12. Na primer, v določenih aplikacijah boste morda želeli nastaviti meje iztega in umika, baudno hitrost, največjo temperaturo, največji tok, največjo dovoljeno napako položaja itd. Pri večjih količinah bo Progressive Automations vse enote predprogramiral, če pa gre za proizvodne količine 50 kosov ali manj, je morda lažje parametre nastaviti prek vmesnika.
LC-12 lahko uporabite za testiranje gibanja aktuatorja, ne da bi se ukvarjali z nastavitvijo komunikacije TTL in RS-485. Če ni strojnih težav, se bo LC-12 vedno lahko povezal z aktuatorjem PA-12. To je lahko koristno pri nadzoru parametrov, nastavljenih v zemljevidu podatkov v pomnilniku, da zagotovite, da nič ni izven okvira, ter po potrebi odpravite napake.
Notranji računalnik PA-12 zna samodiagnosticirati težave in med delovanjem prikazovati kode napak. Ko prejemate le signale povratne zveze, je lahko težko natančno ugotoviti, kaj je narobe z aktuatorjem. PC vmesnik LC-12 lahko poišče in prikaže napake, ki jih aktuator generira, ter olajša določitev, kako odpraviti težave. Če na primer aktuator ne doseže ciljnega položaja, lahko na vmesniku pogledate prikaz napak in merilnik toka ter ugotovite, da je na poti ovira.
PC krmilnik vmesnika LC-12 ima nazadnje dve pomembni funkciji za aktuatorje PA-12, zaradi katerih je nepogrešljiv spremljevalec pri začetnem vzorčenju in odpravljanju napak. LC-12 je edini način, da aktuator ponastavite na tovarniške privzete nastavitve in uporabite posodobitve strojne programske opreme.
Zaključek
V tem članku smo predstavili ključne značilnosti natančnega gibanja, motorjev z jedrom in brez jedra ter nizkega hrupa našega električnega linearnega aktuatorja PA-12. Z aktuatorjem je mogoče komunicirati na več načinov, pri čemer naši inženirji kot najenostavnejšega ocenjujejo PC krmilnik vmesnika LC-12.
Upamo, da vam je bil članek všeč – če imate dodatna vprašanja o našem PA-12 ali katerikoli temi iz članka, nam pišite ali nas pokličite na 1-800-676-6123 (brezplačna številka).