مشغلات كهربائية مصممة لاستبدال السوائل: درس عملي

تظهر المحركات الكهربائية كمُحرّكات نظيفة ودقيقة كبديل للأنظمة التقليدية القائمة على السوائل. ومع ذلك، يفترض العديد من المهندسين أنها تتطلب توصيلات معقدة وبرمجيات وأجهزة تحكم مقارنة ببساطة الأنظمة الهوائية والهيدروليكية. في هذا الدرس، نستعرض كيف تجسر سلسلة e-Actuator من SMC هذه الفجوة من خلال الجمع بين سهولة الإعداد ومزايا الحركة الكهربائية. من أساسيات التوصيل إلى تكوين البرمجيات وأنماط التشغيل، سنشرح كيفية استبدال أنظمة السوائل بتحكم كهربائي بسيط.

المحركات هي محركات تولد حركة في اتجاه خطي. لتحقيق ذلك، تستخدم مسامير وأحزمة وأنظمة تروس لتحويل الدوران إلى حركة خطية مستقيمة.

تاريخياً، كانت الطريقة الأكثر شيوعاً لإنشاء حركة خطية هي باستخدام السوائل – ضغط الهواء والسوائل الهيدروليكية. لا يزال هذا شائعاً جداً لأن الأنظمة سهلة الإنشاء وبسيطة الإدارة. ومع ذلك، هناك بعض المزايا لاستخدام الكهرباء لتكرار نفس الحركة بالضبط.

يمكن للكهرباء الوصول إلى المواقع البعيدة دون بنية تحتية ضخمة (مضخات، خزانات ضاغط، خزانات تخزين، إلخ). كما أنها أنظف بكثير، لأن السوائل غالباً ما تتسرب وتتطلب صيانة. المحركات المزودة بأجهزة ترميز يمكنها تتبع المواقع بدقة أكبر، مما يخلق ملف حركة كامل، وليس مجرد تحريك المحرك من طرف إلى آخر.

الجانب السلبي للكهرباء، على الأقل في معظم الحالات، هو أن أنظمة تشغيل الحركة معقدة جداً: كابلات الإشارة، برمجيات التكوين، وحدة تحكم ببرنامج متوافق، واجهات الحافلات الميدانية، ضبط حلقات PID، وأكثر! في كثير من الحالات، يشكل هذا حاجزاً كبيراً لاستبدال نظام السوائل بنظام كهربائي ببساطة.

تحاول بعض الحلول تكرار بساطة التحكم في السوائل، مع مزايا ملف الحركة للكهرباء باستخدام المحركات الكهربائية. سنستعرض مثل هذا الحل، سلسلة e-Actuator من SMC.

 

الشكل 1. سلسلة e-Actuator في وحدة عرض من SMC. الصورة بإذن من المؤلف

 

سلسلة e-Actuator من SMC

التحكم في الحركة موضوع معقد لأنه يشمل من زر بسيط يحرك محوراً، إلى حلقة دقة متعددة التغذية الراجعة مع اتصال حافلة ميدانية إلى وحدة تحكم.

إذا كان الهدف هو سهولة التشغيل، نفضل السيناريو الأول. محرك كهربائي، حيث يؤدي ضغط زر بسيط أو إدخال رقمي من مستشعر إلى تحريك المحور إلى موقع محدد. هذا كل شيء.

 

الشكل 2. وحدة تحكم مدمجة مع مقابس للطاقة (أسفل يسار)، الإدخال/الإخراج (أسفل يمين)، واتصال الكمبيوتر (المقبس العلوي المفتوح). الصورة بإذن من المؤلف

 

سنستخدم محرك سلسلة EQFS من نوع المنزلق (شكر خاص لفريق SMC لإعارتهم عينة للاختبار على الطاولة). هذه المحركات ليست خالية من وحدات التحكم المعقدة. لكنها مدمجة داخل المحرك وتتولى تلقائياً كل الأعمال الثقيلة. نظرة على جانب وحدة التحكم تظهر مقبس M12 واحد للطاقة، ومقبس M12 ثماني الدبابيس لإشارات الإدخال/الإخراج الرقمية، ومقبس M12 ثالث لاتصال الكمبيوتر.

 

الشكل 3. ترتيب دبابيس الطاقة (يسار) والإدخال/الإخراج (يمين). الصورة معدلة من دليل مستخدم منتج SMC

 

يدخل مقبس الطاقة +24 و0 فولت من مصدر تيار مستمر.

لإدخال الإشارة بعض الخصائص الإضافية. أولاً، من المهم ملاحظة أنه، على عكس وحدات إدخال PLC، دبابيس الإدخال/الإخراج متصلة داخلياً بمصدر الطاقة. توفير 24 فولت إلى دبوس الإدخال كافٍ؛ لا يوجد طرف Com. هذا يعني أيضاً أن أجهزة الإدخال/الإخراج الخارجية يجب أن تزود من نفس مصدر الطاقة للمحرك، أو على الأقل يجب ربط خطوط 0 فولت معاً.

الدبوسان الأولان مخصصان لإشارات الإدخال. سيكون لهذا أهمية كبيرة في الخطوة التالية عند الحديث عن برمجيات التكوين وأنماط التشغيل المختلفة.

 

تكوين البرمجيات

برمجة المحركات ليست معقدة. البرمجية تسمى أداة إعداد e-Actuator، متاحة مجاناً من SMC.

توصيل كابل محول M12-USB يتعرف تلقائياً على نوع المحرك ويوفر واجهة لضبط جميع المعلمات ذات الصلة.

 

الشكل 4. أنماط التشغيل. الصورة بإذن من المؤلف

 

أنماط التشغيل

هناك ثلاثة أنماط مختلفة، يمكن تشغيلها جميعاً باستخدام مدخليْن رقميين فقط.

• وضع الملف اللولبي المفرد: تنشيط IN1 يدفع المحرك إلى الطرف البعيد، ثم إيقافه يجعله يعود إلى الطرف الأصلي.
• وضع الملف اللولبي المزدوج: تنشيط IN1 يدفع المحرك إلى الطرف البعيد، ثم تنشيط IN0 يجعله يعود إلى الطرف الأصلي. تنشيط كلا المدخلين لا يفعل شيئاً.
• وضع المركز المغلق: تنشيط IN1 يدفع المحرك إلى الطرف البعيد، ثم تنشيط IN0 يجعله يعود إلى الطرف الأصلي. تنشيط كلا المدخلين يدفعه إلى نقطة مركزية.

 

الشكل 5. إعدادات الموقع والسرعة. الصورة بإذن من المؤلف

 

إعدادات السرعة والموقع

الفكرة كلها هي إعداد نظام سهل التشغيل، لكن هذا لا يعني أننا لا نستطيع تكوين بعض خصائص الحركة.

أولاً، يمكننا اختيار ملف السرعة لكلا اتجاهي الحركة. ملف السرعة يشمل التسارع، السرعة القصوى، والتباطؤ. سيحسب تلقائياً وقت السفر الكلي بناءً على هذه السرعات وطول الشوط.

وبالحديث عن الطول، يمكننا أيضاً تعيين موقع الطرف المقابل والطرف الأصلي؛ لا يلزم أن يتحرك المحرك حتى حدود الأجهزة. يمكننا أيضاً اختيار الموقع الوسيط الدقيق لوضع المركز المغلق.

عند تعيين نمط التشغيل، السرعة، ومعلمات الموقع، يمكنك حفظ البيانات على الجهاز.

 

الشكل 6. حفظ البيانات على الجهاز. الصورة بإذن من المؤلف

 

ملخص الحركة الكهربائية

على الرغم من أن طريقة الحركة هذه بسيطة وجيدة، من غير المعقول الادعاء بأن الكهرباء دائماً هي الخيار الأفضل. من الأفضل دائماً مقارنة مزايا وعيوب كل طريقة طاقة لاختيار نوع أنظمة الحركة المناسبة لكل تطبيق.