Система управления линейным электрическим актуатором. Ч.1. Система блокировки.

30.01.2013

Самодельный электрический линейный актуатор работает не сам по себе (как например актуатор гидравлический, чья работа основана на тепловом линейном расширении рабочего тела, обычно машинного масла), а требует какой то системы управления. Это и хорошо и плохо. Плохо потому, что кроме самого актуатора требуется некоторое дополнительное оборудование и источник питания. Хорошо, потому что все это открывает широчайшие перспективы применения линейного электрического актуатора в домашнем хозяйстве. Начиная от автоматизации проветривания теплицы, управления гелиотрекером, переключения каких либо механических коммутаторов (кранов, например), поворота спутниковой антенны… И заканчивая автоматизацией открытия ворот и домашним лифтом.

Система управления линейным актуатором для каждого конкретного случая, разумеется, будет своя, со своим алгоритмом работы. Однако присутствует и общая часть, необходимая каждому акутатору. В частности — система датчиков, обеспечивающих остановку электродвигателя в крайних положениях актуатора (или в нужных точках остановки, поскольку актуатор может использоваться и не во всем диапазоне своего возможного удлинения). Т.е. нужны т.н. концевые выключатели. Реализовать эту функцию можно несколькими способами.

Вариант 1. Электромеханическая блокировка.

Она реализуется с помощью выключателей имеющих механический контакт с подвижной частью актуатора или той деталью, которую актуатор перемещает. На схеме: Выключатели S1 и S2 — нормально-замкнутые концевые выключатели, S3 и S4 – переключатели управления направлением перемещения актуатора.

В обычном состоянии двигатель обесточен, а актуатор находится в среднем положении. Но, например, мы переключили переключатель S3. Ток через один из диодов и замкнутый концевой выключатель поступает на двигатель и тот начинает работать и перемещать шток актуатора. Двигатель работает до тех пор, пока не сработает концевой выключатель и не разорвет цепь. Двигатель остановится, но эта часть цепи останется разорванной. Вновь заставить двигатель работать можно только сменив полярность его подключения, вернув S3 в исходное положение и переключив S4.

Схема проста, надежна, но ей присущи серьезные недостатки. В частности, 1) концевики, коммутируют полный ток двигателя, а он может быть достаточно большим. Соответственно и контактные группы нужны мощные. 2) Нажатие на концевики происходит достаточно плавно и при большом токе неизбежно искрение на контактах. Либо требуется применять дорогие выключатели с тумблерным эффектом. 3) В агрессивных и влажных средах применять открытые контакты не рекомендуется, они быстро выйдут из строя. 4) Эта схема работает только с двигателями постоянного тока. 5) Схема плохо адаптируется для работы с автоматикой, не позволяет отслеживать промежуточные положения.

Поэтому стоит рассмотреть более продвинутый вариант управления линейным актуатором.

Усложнение схемы незначительное, а возможностей гораздо больше. Мы добавляем пару реле К1 и К2, их контактные группы служат переключателями направления перемещения. И два транзистора, работающих в ключевом режиме для управления самими реле.

В качестве концевых выключателей служат любые нормально-разомкнутые контакты. При их срабатывании (замыкании) база транзистора закорачивается на землю и транзистор запирается, реле обесточивается.

Эта схема лишена всех вышеперечисленных недостатков. Токи, коммутируемые концевыми выключателями очень малы (миллиамперы), в качестве концевиков можно использовать дешевые микропереключатели или герметизированные магнитоуправляемые контакты (герконы). Схема может управлять двигателями переменного тока, реле могут коммутировать не только само включение, но и переключение обмоток двигателя для смены направления вращения. Ну и в силу того, что управляющие напряжения и токи ничтожны, актуатором может управлять самая «слаботочная» электроника, в соответствии со своим алгоритмом. В простейшем варианте это опять-таки может быть ручное управление.

Для его реализации потребуется еще одна примитивная схема. Конденсатор С1 устраняет дребезг контактов. Если нужно только автоматическое управление актуатором, то схема не нужна. А если требуется сохранить возможность и ручного и автоматического управления, то переключатель лучше поставить с переключающими контактами. Для только ручного управления достаточно замыкающих.

В варианте актуатора для теплицы удобно использовать именно герконы, поскольку влажность в теплице может быть очень высокой и часто выпадает конденсат. В своем варианте я использовал по 3 параллельно включенных геркона (для надежности, если хотя бы один из них замкнется, двигатель остановится). Всю схему удобно разместить непосредственно не актуаторе. Тогда от него будут идти всего 4 провода, 2 провода питания и 2 управления. А сам электронный блок управления может быть расположен где угодно, в том числе и на самом суппорте актуатора.

Константин Тимошенко © 26.12.2011 г.

Добавить комментарий