Электрические приводы для замены жидкостей: практическое руководство

Электрические приводы становятся чистой и точной альтернативой традиционным системам движения на основе жидкостей. Однако многие инженеры считают, что они требуют сложной проводки, программного обеспечения и аппаратного управления по сравнению с простотой пневматики и гидравлики. В этом руководстве мы рассмотрим, как серия e-Actuator от SMC преодолевает этот разрыв, сочетая простоту настройки с преимуществами электрического движения. От основ проводки до настройки программного обеспечения и режимов работы — мы подробно расскажем, как заменить жидкостные системы простым электрическим управлением.

Приводы — это моторы, создающие движение в линейном направлении. Для этого они используют винты, ремни и зубчатые передачи, преобразующие вращение в прямолинейное движение.

Исторически самым распространённым способом создания линейного движения были жидкости — давление воздуха и гидравлической жидкости. Это до сих пор очень распространено, поскольку такие системы легко создавать и просто обслуживать. Однако у использования электричества для воспроизведения того же движения есть несколько преимуществ.

Электричество может достигать удалённых мест без громоздкой инфраструктуры (насосы, компрессорные баки, резервуары и т. д.). Кроме того, оно гораздо чище, так как жидкости часто протекают и требуют обслуживания. Моторы с энкодерами могут точнее отслеживать позиции, создавая полный профиль движения, а не просто резко перемещая привод от одного конца до другого.

Недостаток электричества, по крайней мере в большинстве случаев, заключается в том, что любые системы привода движения очень сложны: сигнальные кабели, программное обеспечение для настройки, контроллер с совместимой программой, интерфейсы fieldbus, настройка PID-регуляторов и многое другое! Во многих случаях это серьёзный барьер для простой замены жидкостной системы на электрическую.

Некоторые решения пытаются воспроизвести простоту управления жидкостями, но с преимуществами профиля движения электричества, используя электрические приводы. Мы рассмотрим такое решение — серию e-Actuator от SMC.

 

Рисунок 1. Серия e-Actuator в демонстрационном блоке от SMC. Изображение предоставлено автором

 

Серия e-Actuator от SMC

Управление движением — сложная тема, поскольку она охватывает всё: от кнопки, которая заставляет ось двигаться, до сложной многоконтурной системы с обратной связью и коммуникацией fieldbus с контроллером.

Если цель — простота эксплуатации, мы предпочитаем первый вариант. Электрический привод, в котором простое нажатие кнопки или цифровой вход с датчика командует оси переместиться в заданное положение. Вот и всё.

 

Рисунок 2. Интегрированный контроллер с разъёмами для питания (внизу слева), ввода/вывода (внизу справа) и подключения к ПК (вверху открытый разъём). Изображение предоставлено автором

 

Мы будем использовать привод серии EQFS с типом слайдера (особая благодарность команде SMC за предоставленный образец для тестирования). Эти приводы не лишены сложных контроллеров. Однако контроллер встроен прямо в привод и автоматически выполняет всю сложную работу. Взгляд на боковую часть модуля управления показывает один входной разъём M12 для питания, второй 8-контактный M12 для цифровых сигналов ввода/вывода и третий M12 для подключения к ПК для настройки.

 

Рисунок 3. Распиновка для питания (слева) и для ввода/вывода (справа). Изображение изменено из руководства пользователя SMC

 

Вход питания получает +24 и 0 вольт от источника постоянного тока.

Вход сигнала имеет несколько особенностей. Во-первых, важно отметить, что в отличие от модулей ввода ПЛК, контакты ввода/вывода внутренне подключены к входу питания. Подача 24 вольт на входной контакт достаточна; общего (Com) терминала нет. Это также означает, что внешние устройства ввода/вывода должны питаться от того же источника питания, что и сам привод, или по крайней мере нулевые шины должны быть связаны вместе.

Первые два контакта предназначены для входных сигналов. Это будет очень важно на следующем этапе, когда мы поговорим о программном обеспечении для настройки и различных режимах работы.

 

Настройка программного обеспечения

Программирование приводов несложное. Программное обеспечение называется e-Actuator Setup Tool, доступно бесплатно от SMC.

Подключение кабеля-конвертера M12-USB автоматически определит тип привода и предоставит интерфейс для настройки всех необходимых параметров.

 

Рисунок 4. Режимы работы. Изображение предоставлено автором

 

Режимы работы

Существует три различных режима, все из которых можно управлять всего двумя цифровыми входами.

• Режим с одним соленоидом: подача питания на IN1 приводит привод в крайнее положение, отключение — возвращает в исходное положение.
• Режим с двумя соленоидами: подача питания на IN1 приводит привод в крайнее положение, подача питания на IN0 возвращает в исходное положение. Одновременное питание обоих входов не вызывает действия.
• Режим с закрытым центром: подача питания на IN1 приводит привод в крайнее положение, подача питания на IN0 возвращает в исходное положение. Одновременное питание обоих входов приводит привод в центральное положение.

 

Рисунок 5. Настройки позиции и скорости. Изображение предоставлено автором

 

Настройки скорости и позиции

Идея состоит в том, чтобы настроить систему, очень простую в эксплуатации, но при этом с возможностью конфигурирования некоторых параметров движения.

Во-первых, можно выбрать профиль скорости для обоих направлений движения. Профиль скорости включает ускорение, максимальную скорость и замедление. Программа автоматически рассчитывает общее время перемещения на основе этих скоростей и длины хода.

Говоря о длине, можно также задать позицию противоположного и исходного конца; привод не обязательно должен двигаться до аппаратных ограничителей. Также можно выбрать точное промежуточное положение для режима с закрытым центром.

После установки режима работы, скорости и параметров позиции данные можно сохранить в устройстве.

 

Рисунок 6. Сохранение данных в устройстве. Изображение предоставлено автором

 

Итоги по электрическому движению

Хотя этот метод движения прост и удобен, было бы неправильно утверждать, что электричество всегда лучше. Всегда лучше сравнивать плюсы и минусы каждого способа питания, чтобы выбрать подходящий тип системы движения для конкретного применения.