Sıvıların Yerini Almak İçin Tasarlanmış Elektrikli Aktüatörler: Uygulamalı Eğitim

Elektrikli aktüatörler, geleneksel sıvı bazlı hareket sistemlerine temiz ve hassas bir alternatif olarak ortaya çıkıyor. Ancak birçok mühendis, pnömatik ve hidroliklerin sadeliğine kıyasla karmaşık kablolama, yazılım ve kontrol donanımı gerektirdiğini varsayıyor. Bu eğitimde, SMC’nin e-Actuator serisinin kolay kurulum ile elektrikli hareketin avantajlarını nasıl birleştirdiğini inceleyeceğiz. Kablolama temellerinden yazılım yapılandırması ve çalışma modlarına kadar, sıvı sistemlerin basit elektrik kontrolü ile nasıl değiştirileceğini adım adım göstereceğiz.

Aktüatörler, doğrusal yönde hareket yaratan motorlardır. Bunu yapmak için, dönüş hareketini doğrusal harekete dönüştüren vidalar, kayışlar ve dişli sistemleri kullanırlar.

Tarihsel olarak, doğrusal hareket yaratmanın en yaygın yolu sıvılar—hava ve hidrolik sıvısının basıncı—kullanmak olmuştur. Bu hâlâ çok yaygındır çünkü sistemler kolay oluşturulur ve yönetimi basittir. Ancak, aynı hareketi elektrikle çoğaltmanın birkaç avantajı vardır.

Elektrik, pompa, kompresör tankları, rezervuarlar gibi hantal altyapı olmadan uzak noktalara ulaşabilir. Ayrıca, sıvılar genellikle sızdırır ve bakım gerektirdiğinden çok daha temizdir. Kodlayıcılı motorlar, sadece aktüatörü uçtan uca çarpmak yerine, konumları daha doğru takip ederek tam bir hareket profili oluşturabilir.

Elektriğin dezavantajı ise, çoğu durumda hareket sürücü sistemlerinin çok karmaşık olmasıdır: sinyal kabloları, yapılandırma yazılımı, uyumlu programlı bir kontrolör, fieldbus arayüzleri, PID döngü ayarı ve daha fazlası! Birçok durumda, bu durum sıvı sistemin elektrikli sistemle değiştirilmesini zorlaştıran büyük bir engeldir.

Bazı çözümler, elektrikli aktüatörler kullanarak sıvıların kontrol sadeliğini ve elektriğin hareket profili avantajlarını çoğaltmaya çalışır. Biz de böyle bir çözüm olan SMC’nin e-Actuator serisini inceleyeceğiz.

 

Şekil 1. SMC’den demo ünitesinde e-Actuator serisi. Görsel yazarın izniyle kullanılmıştır

 

SMC’den E-Actuator Serisi

Hareket kontrolü, bir ekseni hareket ettiren bir düğmeden, fieldbus iletişimli karmaşık çoklu geri beslemeli hassas döngüye kadar geniş bir konudur.

Amacımız kullanım kolaylığı ise, ilk senaryoyu tercih ederiz. Basit bir düğmeye basmak veya bir sensörden dijital giriş almak, eksenin belirlenen konuma gitmesini komutlandırır. Hepsi bu.

 

Şekil 2. Güç (alt sol), G/Ç (alt sağ) ve PC bağlantısı (üst açık soket) için soketlere sahip entegre kontrolör. Görsel yazarın izniyle kullanılmıştır

 

Slider tipi EQFS serisi aktüatör kullanacağız (SMC ekibine test için örnek sağladıkları için teşekkürler). Bu aktüatörler karmaşık kontrolörlerden tamamen bağımsız değildir. Ancak kontrolör aktüatörün içine entegre edilmiştir ve tüm ağır işleri otomatik olarak halleder. Kontrol modülünün yanına bakıldığında, güç için bir M12 giriş soketi, dijital G/Ç sinyalleri için ikinci bir 8 pinli M12 ve PC yapılandırma bağlantısı için üçüncü bir M12 bağlantısı görülür.

 

Şekil 3. Güç (sol) ve G/Ç (sağ) pin çıkışları. Görsel SMC ürün kullanıcı kılavuzundan değiştirilmiştir

 

Güç girişi, DC kaynaktan +24 ve 0 volt alır.

Sinyal girişi ise birkaç ekstra özelliğe sahiptir. Öncelikle, PLC giriş modüllerinin aksine, G/Ç pinlerinin dahili olarak güç kaynağı girişine bağlı olduğunu belirtmek önemlidir. Bir giriş pinine 24 volt sağlamak yeterlidir; ortak (Com) terminali yoktur. Bu ayrıca, harici G/Ç cihazlarının aktüatörle aynı güç kaynağı tarafından beslenmesi gerektiği veya en azından 0 V hatlarının birbirine bağlanması gerektiği anlamına gelir.

İlk iki pin sinyal girişleri içindir. Bu, yapılandırma yazılımı ve çeşitli çalışma modlarından bahsederken sonraki adımda çok önemli olacaktır.

 

Yazılım Yapılandırması

Aktüatörlerin programlanması karmaşık değildir. Yazılım, SMC tarafından ücretsiz sunulan e-Actuator Setup Tool olarak adlandırılır.

Bir M12-USB dönüştürücü kablo bağlandığında, aktüatör tipi otomatik olarak tanımlanır ve tüm ilgili parametrelerin ayarlanması için bir arayüz sağlanır.

 

Şekil 4. Çalışma modları. Görsel yazarın izniyle kullanılmıştır

 

Çalışma Modları

İki dijital girişle sürülebilen üç farklı mod vardır.

• Tek solenoid modu: IN1 enerjilendiğinde aktüatör uzak uca gider, kapatıldığında ise başlangıç noktasına döner.
• Çift solenoid modu: IN1 enerjilendiğinde aktüatör uzak uca gider, IN0 enerjilendiğinde başlangıç noktasına döner. Her iki giriş enerjilendiğinde hiçbir şey olmaz.
• Kapalı merkez modu: IN1 enerjilendiğinde aktüatör uzak uca gider, IN0 enerjilendiğinde başlangıç noktasına döner. Her iki giriş enerjilendiğinde aktüatör ortadaki bir noktaya gider.

 

Şekil 5. Konum ve hız ayarları. Görsel yazarın izniyle kullanılmıştır

 

Hız ve Konum Ayarları

Amaç, çok basit bir şekilde çalıştırılabilen bir sistem kurmaktır; ancak bu, hareketin bazı parametrelerini yapılandıramayacağımız anlamına gelmez.

Öncelikle, her iki hareket yönü için hız profili seçilebilir. Hız profili ivmelenme, maksimum hız ve yavaşlama içerir. Bu hızlar ve strok uzunluğuna göre toplam seyahat süresi otomatik hesaplanır.

Uzunluktan bahsetmişken, karşı uç ve başlangıç konumları da ayarlanabilir; donanım sınırlarına kadar gitmesi gerekmez. Kapalı merkez modunda tam ara konum da seçilebilir.

Çalışma modu, hız ve konum parametreleri ayarlandığında, veriler cihaza kaydedilebilir.

 

Şekil 6. Verilerin cihaza kaydedilmesi. Görsel yazarın izniyle kullanılmıştır

 

Elektrikli Hareketin Özeti

Bu hareket yöntemi basit ve kullanışlı olsa da, elektriğin her zaman daha iyi bir seçenek olduğunu iddia etmek mantıklı değildir. Her uygulama için doğru hareket sistemini seçmek adına her güç yönteminin avantaj ve dezavantajlarını karşılaştırmak her zaman en iyisidir.