Aktuator Elektrik yang Dirancang untuk Menggantikan Cairan: Tutorial Praktis

Aktuator listrik muncul sebagai alternatif yang bersih dan presisi dibandingkan sistem gerak berbasis fluida tradisional. Namun banyak insinyur mengira bahwa mereka memerlukan kabel rumit, perangkat lunak, dan perangkat keras kontrol dibandingkan dengan kesederhanaan pneumatik dan hidraulik. Dalam tutorial ini, kami mengeksplorasi bagaimana seri e-Actuator dari SMC menjembatani kesenjangan tersebut dengan menggabungkan pengaturan yang mudah dengan keunggulan gerak listrik. Dari dasar-dasar pengkabelan hingga konfigurasi perangkat lunak dan mode operasi, kami akan membahas cara mengganti sistem fluida dengan kontrol listrik yang sederhana.

Aktuator adalah motor yang menciptakan gerakan dalam arah linier. Untuk melakukan ini, mereka menggunakan sekrup, sabuk, dan sistem roda gigi untuk mengubah rotasi menjadi gerakan garis lurus.

Secara historis, cara paling umum untuk menciptakan gerakan linier adalah dengan fluida—tekanan dari udara dan cairan hidraulik. Ini masih sangat umum karena sistemnya mudah dibuat dan sederhana untuk dikelola. Namun, ada beberapa keunggulan menggunakan listrik untuk menduplikasi gerakan yang sama persis ini.

Listrik dapat mencapai lokasi terpencil tanpa infrastruktur besar (pompa, tangki kompresor, reservoir, dll). Ini juga jauh lebih bersih, karena fluida sering bocor dan memerlukan perawatan. Motor dengan encoder dapat melacak posisi dengan lebih akurat, menciptakan profil gerak lengkap, bukan hanya menggerakkan aktuator dari ujung ke ujung secara kasar.

Kekurangan listrik, setidaknya dalam banyak situasi, adalah bahwa sistem penggerak gerak biasanya sangat kompleks: kabel sinyal, perangkat lunak konfigurasi, pengontrol dengan program kompatibel, antarmuka fieldbus, penyetelan loop PID, dan lainnya! Dalam banyak kasus, ini menjadi hambatan besar untuk sekadar mengganti sistem fluida dengan sistem listrik.

Beberapa solusi mencoba meniru kesederhanaan kontrol fluida, tetapi dengan keunggulan profil gerak listrik menggunakan aktuator listrik. Kami akan menyelidiki solusi tersebut, seri e-Actuator dari SMC.

 

Gambar 1. Seri e-Actuator dalam unit demo dari SMC. Gambar digunakan dengan izin penulis

 

Seri E-Actuator dari SMC

Kontrol gerak adalah topik yang rumit karena mencakup mulai dari tombol yang membuat sumbu bergerak, hingga loop presisi multi-umpan balik yang kompleks dengan komunikasi fieldbus ke pengontrol.

Jika tujuannya kemudahan operasi, kami lebih memilih skenario pertama. Sebuah aktuator listrik, di mana hanya dengan menekan tombol sederhana atau input digital dari sensor memerintahkan sumbu untuk bergerak ke lokasi yang ditentukan. Itu saja.

 

Gambar 2. Pengontrol terintegrasi dengan soket untuk daya (kiri bawah), I/O (kanan bawah), dan koneksi PC (soket terbuka atas). Gambar digunakan dengan izin penulis

 

Kami akan menggunakan aktuator seri EQFS tipe slider (terima kasih khusus kepada tim SMC yang meminjamkan sampel untuk pengujian meja). Aktuator ini tidak bebas dari pengontrol kompleks. Namun, pengontrol tersebut sudah terintegrasi dalam aktuator dan secara otomatis menangani semua pekerjaan berat. Sekilas pada sisi modul kontrol menunjukkan satu soket input M12 untuk daya, soket M12 8-pin kedua untuk sinyal I/O digital, dan koneksi M12 ketiga untuk koneksi konfigurasi PC.

 

Gambar 3. Pinout untuk daya (kiri) dan untuk I/O (kanan). Gambar dimodifikasi dari manual pengguna produk SMC

 

Input daya menerima +24 dan 0 volt dari catu daya DC.

Input sinyal memiliki beberapa trik tambahan. Pertama, penting untuk dicatat bahwa, tidak seperti modul input PLC, pin I/O terhubung secara internal ke input catu daya. Memberikan 24 volt ke pin input sudah cukup; tidak ada terminal Com. Ini juga berarti perangkat I/O eksternal harus diberi daya dari catu daya yang sama dengan aktuator itu sendiri, atau setidaknya rel 0 V harus dihubungkan bersama.

Dua pin pertama adalah untuk input sinyal. Ini akan sangat penting pada langkah berikutnya saat kita membahas perangkat lunak konfigurasi dan berbagai mode operasi.

 

Konfigurasi Perangkat Lunak

Memprogram aktuator tidaklah rumit. Perangkat lunaknya disebut e-Actuator Setup Tool, tersedia gratis dari SMC.

Menghubungkan kabel konverter M12-USB akan secara otomatis mengidentifikasi tipe aktuator dan menyediakan antarmuka untuk mengatur semua parameter relevan.

 

Gambar 4. Mode operasi. Gambar digunakan dengan izin penulis

 

Mode Operasi

Ada tiga mode berbeda, semuanya dapat dikendalikan hanya dengan dua input digital.

• Mode solenoid tunggal: mengaktifkan IN1 menggerakkan aktuator ke ujung jauh, lalu mematikannya membuatnya kembali ke ujung asal.
• Mode solenoid ganda: mengaktifkan IN1 menggerakkan aktuator ke ujung jauh, lalu mengaktifkan IN0 membuatnya kembali ke ujung asal. Mengaktifkan kedua input tidak berpengaruh.
• Mode pusat tertutup: mengaktifkan IN1 menggerakkan aktuator ke ujung jauh, lalu mengaktifkan IN0 membuatnya kembali ke ujung asal. Mengaktifkan kedua input menggerakkannya ke titik tengah.

 

Gambar 5. Pengaturan posisi dan kecepatan. Gambar digunakan dengan izin penulis

 

Pengaturan Kecepatan dan Posisi

Intinya adalah mengatur sistem yang sangat mudah dioperasikan, tapi bukan berarti kita tidak bisa mengonfigurasi beberapa aspek gerakannya.

Pertama, kita dapat memilih profil kecepatan untuk kedua arah gerak. Profil kecepatan mencakup percepatan, kecepatan puncak, dan perlambatan. Sistem akan secara otomatis menghitung total waktu perjalanan berdasarkan kecepatan ini dan panjang langkah.

Berbicara tentang panjang langkah, kita juga dapat mengatur posisi ujung berlawanan dan ujung asal; tidak harus bergerak sampai batas perangkat keras. Kita juga dapat memilih posisi tengah yang tepat untuk mode pusat tertutup.

Setelah mode operasi, kecepatan, dan parameter posisi diatur, Anda dapat menyimpan data ke perangkat.

 

Gambar 6. Menyimpan data ke perangkat. Gambar digunakan dengan izin penulis

 

Ringkasan Gerak Listrik

Walaupun metode gerak ini sederhana dan mudah, tidaklah masuk akal untuk mengklaim bahwa listrik selalu merupakan pilihan terbaik. Selalu lebih baik membandingkan kelebihan dan kekurangan masing-masing metode tenaga untuk memilih jenis sistem gerak yang tepat untuk setiap aplikasi.