Джойстики для систем управления
Обычно мы думаем о джойстиках как о контроллерах для видеоигр, но они существуют во всех видах промышленных систем: в тяжелом оборудовании, мостовых кранах и даже в некоторых роботах. Но как они работают?
Все видели органы управления внутри большого экскаватора или трактора, при этом для управления функциями движения в них есть джойстики. Вы перемещаете плечо рычага, и происходит действие, может быть, козловой кран соскальзывает в сторону или выдвигается ковш, но эти маленькие элементы управления могут управлять некоторыми довольно большими устройствами.
Что такое джойстик
Основная концепция джойстика – это просто комбинация рычагов, которые перемещаются в двух направлениях. Мы обычно называем их осями X и Y джойстика. Иногда они являются переменными, поэтому чем больше вы перемещаете джойстик, тем быстрее время отклика, но они также могут быть простыми элементами управления включением/выключением.
Мы постоянно находим их на контроллерах видеоигр и радиоуправляемых автомобилях, но те, которые используются в промышленности, часто сильно отличаются. На самом деле существует несколько различных видов управления джойстиком, хотя все рычаги могут выглядеть одинаково снаружи. Рассмотрим подробнее три наиболее распространенных типа джойстикового управления, которые можно встретить в системах автоматизации.
Гидравлические регулирующие клапаны
Для большинства тяжелых машин плечо рычага напрямую связано с клапаном в линии гидравлической системы. Этот регулируемый клапан на самом деле представляет собой комбинацию четырех разных золотниковых клапанов, расположенных сверху, снизу, слева и справа от корпуса клапана. Каждый набор противоположных клапанов соединен с выдвижением и втягиванием цилиндра или привода, так что, если вы переместите рукоять вверх, цилиндр выдвинется, а когда вы потянете его вниз, тот же цилиндр втянется.
Основание рычага содержит наклонную пластину, металлический диск, который устанавливается ровно, когда вы отпускаете рукоятку. Когда вы перемещаете ручку, угол наклона пластины изменяется и начинает давить на подпружиненные катушки. Диагональные движения рукоятки могут нажимать два клапана одновременно, но вы никогда не сможете нажать сразу на три клапана. Устройство наклонной шайбы очень распространено для всех видов регуляторов переменного гидравлического потока.
Эти золотниковые клапаны обычно являются регулируемыми, поэтому по мере увеличения силы нажатия на рычаг клапан открывается дальше, и проходит больше жидкости, поэтому результирующее действие происходит быстрее. Это позволяет операторам оборудования с большой точностью управлять очень большим оборудованием, а опытные специалисты могут манипулировать им с впечатляющим мастерством.
Переменный электрический (потенциометрический) джойстик
По мере того, как манипулятивное управление для робототехники и автоматизации продвигается вглубь 21-го века, разработчики часто полагаются на элементы управления, знакомые поколению рабочей силы. Многие (если не большинство) технических специалистов в какой-то момент играли в видеоигры, и в концепции джойстика нет ничего нового. Эти джойстики обычно работают по двум осям, каждая из которых имеет направление (+) и (-), точно так же, как ранее описанные гидравлические органы управления. Однако электрический сигнал исходит от тщательно сконструированного набора потенциометров, прикрепленных к каждой стороне. Эти поворотные устройства измеряют текущее положение движущегося элемента потенциометра, когда он вращается вокруг точки поворота, повышая и понижая напряжение. Это очень простая форма управления, но она требует аналоговых входов напряжения контроллера, поэтому некоторые промышленные контроллеры могут использовать более простую цифровую схему.
Фактор, который делает эти потенциометры уникальными и тщательно сконструированными, заключается в том, что джойстик обычно поворачивается примерно на 30° или около того в любом направлении, а пружина возвращает его в центр. Обычные потенциометры имеют диапазон вращения почти 360°, поэтому потенциометры, используемые в джойстиках, должны перемещаться по всему диапазону сопротивления в пределах этого диапазона 30°.
Джойстик на основе дискретного электрического переключателя
Хотя это последняя категория, она определенно не самая распространенная для промышленного применения. Для многих промышленных контроллеров предпочтительно использовать простое дискретное управление включением/выключением, которое является надежным, почти невосприимчивым к шуму и легко устраняемым при сбоях. Если процесс не требует тонких, деликатных движений, джойстика включения/выключения вполне достаточно. Есть 2-позиционные и 4-позиционные джойстики. 4-позиционная версия эквивалентна описанным выше 2-осевым джойстикам. Обычно вы можете перемещать их по диагонали, чтобы контактировать с двумя электрическими положениями одновременно, поэтому их иногда можно описать как «8-позиционные» или «8-контактные», но они по-прежнему содержат только четыре набора контактов.
Для 4-позиционных версий нажатие в любом направлении приводит в действие набор нормально разомкнутые контакты, которые, вероятно, будут подключены к ПЛК или блоку ввода/вывода. Основания для этих переключателей часто напоминают типичные кнопочные и четвертьоборотные устройства, но есть что-то уникальное в наличии четырех положений. Большинство промышленных переключателей могут иметь два контактных блока, привинченных или закрепленных к нижней части, а другие, возможно, установлены на эти первые два. Обычные кнопки будут нажимать на оба этих контактных блока одновременно. Четвертьоборотные переключатели включают только одно или другое. Так что для этих устройств отлично работает типовая двухконтактная схема.
Однако для 4-позиционного джойстика недостаточно иметь только два контактных блока внизу, поэтому для большинства этих устройств требуются специальные контактные блоки с четырьмя различными подпружиненными фиксаторами, каждый из которых нажимает на один из четырех наборов контактов.
В стандартном промышленном исполнении каждый набор контактов содержит две клеммы, поэтому большинство 4-позиционных джойстиков подключаются к восьми клеммам. Некоторые винтовые клеммы выведены прямо на нижнюю часть самого джойстика, в то время как в некоторых других используется 8-контактный быстроразъемный фитинг M12, обеспечивающий более надежную (и компактную) проводку в суровых условиях.
Джойстики управления определенно могут повысить производительность во многих ситуациях, когда оператору требуется тщательный контроль над системой с ручным управлением. Как вы можете себе представить, они должны быть более прочными, чем многие другие элементы управления, поскольку с ними, вероятно, придется грубо обращаться в более суровых условиях. Понимание типов управления, как оператора, так и набора контактных блоков, может помочь быстро выбрать правильное устройство для системы или устранить неполадки и отремонтировать устройство, если оно вышло из строя.
© digitrode.ru