Guide till styrsystem för elektriska linjära ställdon

Styrsystem är integrerade komponenter i driften av elektriska linjära ställdon, utformade för att hantera driften och styra beteendet hos dessa enheters rörelse. Populära lösningar som kontrollboxar är en typ av styrsystem för linjära ställdon som har alla elektroniska komponenter säkrade i ett hölje, ofta format som en låda. I huvudsak tolkar ett styrsystem ingångskommandon, oavsett om de är manuella eller automatiserade, och översätter dessa till signaler som justerar ställdonets rörelse.

Det primära syftet med dessa system är att säkerställa att ställdon fungerar korrekt, effektivt och tillförlitligt enligt fördefinierade parametrar. Betydelsen av styrsystem i ställdonets drift kan inte överskattas, särskilt när det gäller att uppnå exakt och effektiv rörelsekontroll. Dessa system är avgörande av flera skäl:
1. Precision: Styrsystem möjliggör finjustering av ställdonsrörelser för att uppnå höga nivåer av repeterbarhet och noggrannhet. Detta är viktigt i applikationer där exakt positionering är avgörande, till exempel inom robotkirurgi eller flyg- och rymdteknik.
2. Effektivitet: Genom att optimera hur ställdon reagerar på kommandon minskar styrsystem energiförbrukningen och minimerar slitage. Detta förlänger inte bara ställdonets livslängd utan förbättrar också den totala effektiviteten hos det system det arbetar inom.
3. Anpassningsförmåga: Återkopplingsmekanismer kan justera beteendet hos kompatibla ställdon i realtid genom att analysera positionsåterkopplingen från kompatibla ställdon. Denna anpassningsförmåga är avgörande i dynamiska miljöer där förhållandena förändras snabbt, till exempel i automatiserade tillverkningsprocesser eller när flera ställdon upplever ojämn viktfördelning.

4. Integration: Styrsystem gör det ofta möjligt för ställdon att arbeta tillsammans med andra befintliga system, vilket underlättar komplexa operationer från enkla ingångar som skickas till styrsystemet. Denna integration stöds av framsteg inom anslutning och programmering. I vissa styrsystem kan deras inbyggda transformatorer också fungera som sömlös integration genom att även fungera som en spänningsomvandlare när till exempel en 120 VAC-ingångskälla behövs för att driva ett 12 VDC-ställdon.

5. Säkerhetsfunktioner: Programmerade säkerhetsfunktioner som överbelastningsskydd hjälper till att förhindra skador på ett ställdon eller applikationen genom att stoppa driften efter att styrboxen har upptäckt en alltför hög elektrisk strömförbrukning. En annan säkerhetsfunktion som finns i kontrollboxar inkluderar överhettningsskydd för att stoppa driften efter en viss cykeltid för att säkerställa att driften håller sig inom ett ställdons arbetscykelklassificering, vilket undviker motorutbränning. Styrsystem är grundläggande för ställdons funktionalitet och ger den nödvändiga intelligensen och anpassningsförmågan för att säkerställa precision, effektivitet, säkerhet och effektiv rörelsekontroll. Deras roll är avgörande inom den expanderande sfären av automationsteknik, där rörelseprecision ofta är hörnstenen för operativ framgång.

Styrsystem för elektriska linjära ställdon består av flera nyckelkomponenter som möjliggör exakt och effektiv drift. Att förstå dessa komponenter och principerna bakom dem är avgörande för prestandaoptimering av linjära ställdon.

Viktiga komponenter i en grundläggande styrenhet

I en grundläggande styrenhet utformad för elektriska linjära ställdon spelar varje komponent en avgörande roll för att säkerställa effektiv drift. Här är en sammanfattning av dessa huvudkomponenter, deras funktioner och de syften de tjänar:

1. Reläer: Reläer fungerar som brytare som styr den elektriska högeffektskretsen med hjälp av en lågeffektssignal. För kontrollboxar utformade för att hantera 2-trådsställdon är två reläer viktiga för att reversera polariteten på spänningen som appliceras över ställdonets två ledningar, vilket i sin tur ändrar rörelseriktningen. Detta möjliggör dubbelriktad styrning i en enkel installation för att förlänga och dra in ställdonet.

2. Ingångskanaler: Ingångskanaler är gränssnitt genom vilka Styrsystemet tar emot elektriska signaler från externa källor, såsom strömförsörjning eller signaler från trådbundna fjärrkontroller. Kontrollboxar som arbetar med positionsåterkoppling kan också ta emot insignaler från sensorer på ett ställdon. Dessa kanaler bearbetar insignaler från användaren och/eller sensorer för att bestämma hur ställdonet ska fungera, vilket gör dem grundläggande för att initiera och styra ställdonsrörelser baserat på specifika krav.

3. Utgångskanaler: Utgångskanaler levererar styrsignaler från styrenheten till ställdonet eller andra komponenter som reläer. Kontrollboxar som arbetar med positionsåterkoppling kan också mata ut elektrisk ström så att sensorerna på ett ställdon har ström att fungera. Dessa kanaler är avgörande för att utföra de kommandon som bestäms av styrsystemet, vilket direkt påverkar ställdonets beteende.

4. Fjärrsynkroniseringsknapp: Denna knapp används för att synkronisera styrsystemet med en fjärrkontrollenhet. Den säkerställer att fjärringångarna känns igen och bearbetas av styrsystemet, vilket underlättar bekväm och flexibel drift på avstånd.

5. Ljusindikator: Ljusindikatorer ger visuell feedback om systemets status. De kan vara en indikator för strömförsörjning på/av, driftlägen, feltillstånd eller signalmottagning, vilket hjälper till att övervaka och felsöka systemet utan att behöva komplexa diagnostiska verktyg.

6. Lägesval: Den här funktionen låter användaren växla mellan olika driftlägen för kontrollboxen, till exempel momentana eller icke-momentana kontroller. I momentant läge måste en fjärrkontrolls knapp kontinuerligt hållas i aktivt läge för att enheten ska fungera. När du släpper brytaren slutar enheten att fungera. Icke-momentant läge fungerar som en brytare som förblir i sitt senast inställda läge tills den ändras igen, oavsett om den trycks in. Det betyder att när den aktiveras fortsätter enheten att fungera tills brytaren stängs av manuellt.

7. Antenn: Antennen är en del av kontrollboxar som har en trådlös kommunikationskonfiguration. Antenner används för att förbättra signalräckvidden och kvaliteten mellan styrsystemet och fjärrkontrollenheter eller mellan sammankopplade system. Det är avgörande för att upprätthålla robust kommunikation i miljöer där direkt kabeldragning är opraktisk eller oönskad.

8. RF-mottagarmodul: Denna Modulen tar emot radiofrekvenssignaler som skickas av trådlösa fjärrkontroller. Den avkodar dessa signaler till handlingsbara kommandon som styrsystemet kan förstå och agera utifrån. RF-mottagarmodulen är avgörande för trådlösa styrsystem och möjliggör fjärrstyrning av ställdonet utan fysisk kontakt.

Tillsammans bildar dessa komponenter ett omfattande styrsystem för 2-trådsställdon, där var och en har en specifik funktion som bidrar till den övergripande effektiviteten och ändamålsenligheten i ställdonets drift. Detta system möjliggör inte bara exakt kontroll över ställdonets rörelser utan förbättrar också användargränssnittet och interaktionen, vilket gör det anpassningsbart till ett brett spektrum av applikationer.

Positionsåterkoppling är avgörande för att förbättra precisionen och noggrannheten i ställdonsstyrning. Tre vanliga typer av återkopplingsmekanismer inkluderar halleffektsensorer, potentiometrar och återkoppling från gränslägesbrytare.

Halleffektsensorer

Edwin Hall (som upptäckte Halleffekten) menade att närhelst ett magnetfält appliceras i en riktning vinkelrät mot strömflödet i en ledare, induceras en spänningsskillnad. Denna spänning kan användas för att detektera om en Halleffektsensor befinner sig i närheten av en magnet.

Genom att fästa en magnet på en motors roterande axel kan halleffektsensorer detektera när axeln är parallell med dem. Med hjälp av ett litet kretskort kan denna information matas ut som en fyrkantvåg, liknande optiska kodare. Det är vanligt att halleffektkretskort har två sensorer, vilket resulterar i en kvadraturutgång där två signaler stiger och faller när elmotorn roterar med en 90° fasskillnad mellan dem. Genom att räkna dessa pulser och se vilken som kommer först kan styrsystem bestämma i vilken riktning motorn roterar.

Potentiometrar

En potentiometer ger ett variabelt motstånd som är proportionellt mot ställdonets position. Kugghjul är ofta kopplade mellan potentiometerns vred och ställdonets roterande motor. När ställdonet rör sig ändras motståndsvärdet, vilket kan mätas och omvandlas till positionsdata. Denna information används sedan av ett styrsystem för att göra finjusteringar av ställdonets position, vilket förbättrar noggrannheten.

Återkoppling av gränslägesbrytare

Syftet med återkopplingssignaler för gränslägesbrytare är att låta ett system avgöra om ställdonet fysiskt har utlöst de interna gränslägesbrytarna. Denna typ av återkoppling är enkel och användbar för applikationer som huvudsakligen bara kräver information om huruvida ställdonet har nått helt utfällt eller helt infällt läge.

Styrsystem för ställdon kan i stort sett delas in i två typer:

Öppna styrsystem: I dessa system styrs ställdonet enbart baserat på ingångskommandona utan någon återkoppling av den faktiska positionen. Även om enklare och billigare system saknar förmågan att korrigera positioneringsfel, vilket gör dem mindre noggranna än sina motsvarigheter.
Ett exempel på ett enkelt öppet system inkluderar en momentan vippströmbrytare kopplad till ett linjärt ställdon. Detta kräver att en operatör fysiskt trycker och håller ner strömbrytaren för att ställdonet ska fortsätta att cykla, och om man släpper strömbrytaren innan ställdonet har nått slutet av sin rörelse kommer ställdonet att stanna halvvägs.

Slutna styrsystem: Dessa system använder återkopplingsmekanismer, såsom Hall-effektsensorer eller potentiometrar, för att kontinuerligt justera styrsignalerna baserat på ställdonets faktiska position. Denna återkopplingsslinga möjliggör exakt styrning och felkorrigering, vilket gör slutna system idealiska för tillämpningar där noggrannhet är avgörande. Slutna styrsystem finns ofta i tillämpningar som använder mikrokontroller, styrenheter och PLC:er programmerade för ställdon att utföra specifika funktioner.
Valet av styrsystem och dess komponenter påverkar ställdonens funktionalitet och prestandaoptimering avsevärt. Genom att integrera effektiva återkopplingsmekanismer och välja lämplig typ av styrsystem kan ställdon optimeras för en mängd olika tillämpningar, vilket säkerställer både precision och tillförlitlighet i deras drift.

I en idealisk miljö skulle linjära ställdon alltid bete sig förutsägbart, men störningar kan uppstå i form av kraftiga vindar, ojämna viktfördelningar, fysiska hinder och mekaniskt slitage. Några av dessa störningar kan förklaras med hjälp av styrsystem som har programmerats att fungera med linjära ställdon som har kompatibel återkoppling för att läsa fel och sedan utföra felkorrigeringsstrategier för att nå önskade resultat.

Variabler som styrsystem korrigerar för

1. Position: Styrsystem hjälper till att säkerställa att ett ställdon når och bibehåller önskad position korrekt genom att jämföra användarens position med den faktiska positionsavläsningen från positionsåterkopplingssensorerna. Exempel inkluderar när användare vid stående skrivbord trycker på en knapp på en regulator för att få ställdon att röra sig till en specifik förinställd minnesposition för att justera sin arbetsyta från sittande till stående höjd.

2. Hastighet: Att läsa positionsåterkoppling och dividera den tillryggalagda sträckan med hur mycket tid som har gått kommer att resultera i rörelsehastigheten. Vissa styrsystem möjliggör justerbara hastighetsinställningar via PWM (Pulse Width Modulation), vilket gör att ställdonet kan röra sig med olika hastigheter baserat på applikationens krav. Detta är användbart i applikationer där varierande hastigheter är nödvändiga, till exempel för ställdon som driver rörelsen i flygsimulatorer.

3. Kraft: Vissa styrsystem kan reglera mängden kraft som utövas av ställdon, vilket säkerställer att de fungerar inom säkra gränser och förhindrar skador på systemet eller omgivande komponenter. Genom att mäta den elektriska strömförbrukningen kan styrsystem mäta ungefär hur mycket kraft som utövas av linjära ställdon. Denna funktion är användbar för linjära ställdon som öppnar och stänger fönster för att stänga av strömmen och sluta applicera kraft om en persons hand eller hinder blockerar färdvägen.

Olika styrstrategier används inom industrin för att uppnå en rimlig precisionsnivå i rörelsestyrning. Var och en av dessa styrstrategier erbjuder olika fördelar och är lämpliga för olika tillämpningar, beroende på den kontrollnivå och precision som krävs av systemet. Några av de allmänt använda styrstrategierna för elektriska linjära ställdon inkluderar:

1. På/Av-styrning: Detta är den enklaste formen av styrning som används med elektriska linjära ställdon som vanligtvis finns i öppna styrsystem. Det innebär att den elektriska strömmen som tillförs ställdonet slås på eller av utan mellanläge. Denna metod är enkel och används i tillämpningar där exakt kontroll över positionen inte är nödvändig. Ställdonet arbetar med full effekt tills det når en inställd gränsbrytare eller slutför sin uppgift, varefter det stängs av.

2. P (Proportionell styrning): Proportionell styrning justerar ställdonets effektingång baserat på felet, vilket är skillnaden mellan den faktiska positionen/kraften som uppmätts och användarens önskade värde. Styrsignalen är proportionell mot detta fel, vilket innebär att ju större felet är, desto starkare är ställdonets respons. Denna metod möjliggör en jämnare drift än på/av-styrning men kan fortfarande resultera i ett stationärt fel om den inte kombineras med andra typer av styrning.

3. PI (Proportionell-Integralreglering): Denna strategi förbättrar proportionell reglering genom att lägga till en integralterm, vilket åtgärdar problemet med stationära fel. Integralkomponenten summerar tidigare fel över tid, vilket ger en kumulativ korrigerande åtgärd som driver felet till noll. Detta gör att ställdonet inte bara kan nå utan också bibehålla användarens önskade position/kraft mer exakt.

4. PID-reglering (proportionell-integral-derivativ): PID-reglering är en mer avancerad metod som kombinerar tre typer av reglerstrategier – proportionell, integral och derivativ – för att ge exakt och stabil reglering av ställdonet. Den proportionella komponenten beror på det aktuella felet, den integrerade komponenten summerar tidigare fel och den derivativa komponenten förutsäger framtida fel baserat på förändringstakten. Denna omfattande metod möjliggör mycket noggrann reglering av ställdonets position, kraft och hastighet, vilket gör den idealisk för komplexa och dynamiska system där precision är avgörande.

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.

Kontrollboxar som vår FLTCON-serie möjliggör programmering av funktioner, säkerhetsfunktioner och andra användarinställningar som kan nås via den anslutna fjärrkontrollen. När flera Hall-effektställdon ansluts till en FLTCON-kontrollbox säkerställer kontrollboxen synkroniseringen av motorerna så att de rör sig tillsammans med samma hastighet.
Läs vår blogg om applikationer för FLTCON-kontrollboxarna för mer information.

När du väljer en konfiguration med 2x halleffektställdon, accepterar vår FLTCON-2 110 VAC ingångsspänning, men vi erbjuder även FLTCON-2-24 VDC som accepterar 24 VDC ingångsspänning. I kombination med vårt bärbara FLT-batteripaket PA-BT1-24-2200 (utgångar 24 VDC) möjliggör kombinationen av FLTCON-2-24 VDC och PA-BT1-24-2200 fullständig portabilitet. Vi erbjuder ett brett utbud av fjärrkontrollalternativ att välja mellan så att du kan njuta av alla unika funktioner hos våra olika programmerbara trådbundna fjärrkontroller – de kan också användas tillsammans med våra trådlösa fjärrkontroller RT-14 för extra bekvämlighet.