Aktuator Elektrik Direka untuk Menggantikan Cecair: Tutorial Praktikal

Penggerak elektrik muncul sebagai alternatif yang bersih dan tepat kepada sistem gerakan berasaskan cecair tradisional. Namun, ramai jurutera menganggap ia memerlukan pendawaian yang rumit, perisian, dan perkakasan kawalan berbanding dengan kesederhanaan pneumatik dan hidraulik. Dalam tutorial ini, kami meneroka bagaimana siri e-Actuator dari SMC merapatkan jurang tersebut dengan menggabungkan pemasangan mudah dengan kelebihan gerakan elektrik. Dari asas pendawaian hingga konfigurasi perisian dan mod operasi, kami akan membimbing cara menggantikan sistem cecair dengan kawalan elektrik yang mudah.

Penggerak adalah motor yang menghasilkan gerakan dalam arah linear. Untuk melakukan ini, mereka menggunakan skru, tali pinggang, dan sistem gear untuk menukar putaran menjadi gerakan garis lurus.

Secara sejarah, cara paling biasa untuk menghasilkan gerakan linear adalah dengan cecair – tekanan dari udara dan cecair hidraulik. Ini masih sangat biasa kerana sistem ini mudah dibuat dan diurus. Walau bagaimanapun, terdapat beberapa kelebihan menggunakan elektrik untuk meniru gerakan yang sama ini.

Elektrik boleh mencapai lokasi jauh tanpa infrastruktur besar (pam, tangki pemampat, takungan, dan lain-lain). Ia juga lebih bersih, kerana cecair sering bocor dan memerlukan penyelenggaraan. Motor dengan pengekod boleh mengesan kedudukan dengan lebih tepat, menghasilkan profil gerakan penuh, bukan hanya menggerakkan penggerak dari hujung ke hujung.

Kelemahan elektrik, sekurang-kurangnya dalam kebanyakan situasi, ialah sistem pemacu gerakan sangat kompleks: kabel isyarat, perisian konfigurasi, pengawal dengan program yang serasi, antara muka fieldbus, penyetelan gelung PID, dan banyak lagi! Dalam banyak kes, ini menjadi halangan utama untuk hanya menukar sistem cecair kepada sistem elektrik.

Beberapa penyelesaian cuba meniru kesederhanaan kawalan cecair, tetapi dengan kelebihan profil gerakan elektrik menggunakan penggerak elektrik. Kami akan menyiasat penyelesaian tersebut, siri e-Actuator dari SMC.

 

Rajah 1. Siri e-Actuator dalam unit demo dari SMC. Imej digunakan dengan kebenaran penulis

 

Siri E-Actuator dari SMC

Kawalan gerakan adalah topik yang rumit kerana ia merangkumi dari butang yang menggerakkan paksi, hingga gelung ketepatan maklum balas pelbagai dengan komunikasi fieldbus ke pengawal.

Jika matlamat adalah kemudahan operasi, kami lebih suka senario pertama. Penggerak elektrik, di mana hanya tekan butang atau input digital dari sensor mengarahkan paksi bergerak ke lokasi yang ditentukan. Itu sahaja.

 

Rajah 2. Pengawal terintegrasi dengan soket untuk kuasa (kiri bawah), I/O (kanan bawah), dan sambungan PC (soket terbuka atas). Imej digunakan dengan kebenaran penulis

 

Kami akan menggunakan penggerak siri EQFS jenis slider (terima kasih khas kepada pasukan SMC kerana meminjamkan sampel untuk ujian makmal). Penggerak ini tidak bebas dari pengawal yang kompleks. Namun, ia dibina terus ke dalam penggerak dan secara automatik mengendalikan semua kerja berat. Sekilas pandang pada modul kawalan menunjukkan satu soket input M12 untuk kuasa, satu lagi M12 8-pin untuk isyarat I/O digital, dan sambungan M12 ketiga untuk sambungan konfigurasi PC.

 

Rajah 3. Pinout untuk kuasa (kiri) dan untuk I/O (kanan). Imej diubah suai dari manual pengguna produk SMC

 

Input kuasa menerima +24 dan 0 volt dari bekalan DC.

Input isyarat mempunyai beberapa keistimewaan. Pertama, penting untuk diperhatikan bahawa, tidak seperti modul input PLC, pin I/O disambungkan secara dalaman ke input bekalan kuasa. Memberi 24 volt ke pin input sudah mencukupi; tiada terminal Com. Ini juga bermakna peranti I/O luaran mesti dibekalkan oleh bekalan kuasa yang sama dengan penggerak itu sendiri, atau sekurang-kurangnya rel 0 V mesti disambungkan bersama.

Dua pin pertama adalah untuk input isyarat. Ini akan sangat penting pada langkah seterusnya apabila kita bercakap tentang perisian konfigurasi dan pelbagai mod operasi.

 

Konfigurasi Perisian

Pengaturcaraan penggerak tidak rumit. Perisian ini dipanggil e-Actuator Setup Tool, tersedia secara percuma dari SMC.

Menyambungkan kabel penukar M12-USB akan mengenal pasti jenis penggerak secara automatik dan menyediakan antara muka untuk menetapkan semua parameter berkaitan.

 

Rajah 4. Mod operasi. Imej digunakan dengan kebenaran penulis

 

Mod Operasi

Terdapat tiga mod berbeza, kesemuanya boleh dikendalikan hanya dengan dua input digital.

• Mod solenoid tunggal: mengaktifkan IN1 menggerakkan penggerak ke hujung jauh, kemudian mematikannya membuatnya kembali ke hujung asal.
• Mod solenoid berganda: mengaktifkan IN1 menggerakkan penggerak ke hujung jauh, kemudian mengaktifkan IN0 membuatnya kembali ke hujung asal. Mengaktifkan kedua-dua input tidak memberi kesan.
• Mod pusat tertutup: mengaktifkan IN1 menggerakkan penggerak ke hujung jauh, kemudian mengaktifkan IN0 membuatnya kembali ke hujung asal. Mengaktifkan kedua-dua input menggerakkannya ke titik tengah.

 

Rajah 5. Tetapan kedudukan dan kelajuan. Imej digunakan dengan kebenaran penulis

 

Tetapan Kelajuan dan Kedudukan

Keseluruhan idea adalah untuk menyediakan sistem yang sangat mudah dikendalikan, tetapi itu tidak bermakna kita tidak boleh mengkonfigurasi sebahagian daripada gerakan.

Pertama, kita boleh memilih profil kelajuan untuk kedua-dua arah gerakan. Profil kelajuan termasuk pecutan, kelajuan maksimum, dan perlahan. Ia akan mengira secara automatik jumlah masa perjalanan berdasarkan kelajuan ini dan panjang strok.

Bercakap tentang panjang, kita juga boleh menetapkan kedudukan hujung bertentangan dan hujung asal; ia tidak perlu bergerak sepenuhnya ke had perkakasan. Kita juga boleh memilih kedudukan pertengahan tepat untuk mod pusat tertutup.

Apabila mod operasi, kelajuan, dan parameter kedudukan ditetapkan, anda boleh menyimpan data ke peranti.

 

Rajah 6. Menyimpan data ke peranti. Imej digunakan dengan kebenaran penulis

 

Ringkasan Gerakan Elektrik

Walaupun kaedah gerakan ini mudah dan ringkas, tidak wajar untuk mendakwa elektrik sentiasa pilihan yang lebih baik. Sentiasa terbaik untuk membandingkan kelebihan dan kekurangan setiap kaedah kuasa bagi memilih jenis sistem gerakan yang sesuai untuk setiap aplikasi.