Joystick industrial

3 MARTIE 2020

Joystick-urile industriale sunt interfețe electrice de intrare, ideale în foarte multe aplicații de control proporțional prin elemente hidraulice sau prin frecvența variabilă a motorului: macarale, trolii, echipamente marine, mașini agricole, mașini forestiere, echipamente de construcții, vehicule de manipulare a materialelor, robotică, aparate medicale, linii de fabricație, mașini unelte CNC, sisteme de control video CCTV, platforme aeriene, submersibile marine etc. Datorită condițiilor grele de mediu și a utilizării dure, un joystick industrial trebuie să fie robust pentru a asigura o speranță de viață lungă și pentru a minimiza defecțiunile echipamentului.

Un joystick, în esență, traduce mișcarea mâinii într-un semnal electric analogic sau digital. Semnalul e preluat printr-o interfață hardware și prelucrat de un software ce îl poate interpreta și decide efectuarea unei acțiuni.
Primul joystick inventat a fost un joystick electric bazat pe legea lui Ohm, pe două axe, fiind proiectat pentru comenzi de la distanță în aeronave (de exemplu, comanda eleroanelor). Înainte de a fi numit joystick a fost cunoscut sub numele de “manetă de control”, “mâner” sau doar “stick”. Astăzi, este cunoscut pe glob doar ca un “joystick”, nu există o traducere directă a acestui cuvânt în nicio altă limbă.

În funcție de mișcarea în aplicație, un joystick industrial poate fi cu 1 axă (înainte / înapoi), 2 axe (înainte / înapoi și stânga / dreapta) sau 3 axe (înainte / înapoi, stânga / dreapta și mișcarea manetei în sensul − sau în sens contrar acelor de ceasornic). Acest lucru face posibilă controlarea unei mașini sau aparate într-una sau în mai multe dimensiuni.

Joystick potențiometru
Componentele esențiale ale unui joystick electric sunt potențiometrele și/sau comutatoarele. Potențiometrele sunt utilizate pentru a da un semnal electric de ieșire proporțional cu poziția manetei joystick-ului, dar au limitări în ceea ce privește durabilitatea și fiabilitatea pe termen lung datorită uzurii pieselor mobile și sensibi­lității (minore) la interferențe electromagnetice sau cu frecvențe radio.
Pe lângă potențiometru, pot fi utilizate din motive de siguranță și comutatoare direcționale. Unele joystick-uri industriale oferă posibilitatea de a adăuga întrerupătoare cu buton pentru creșterea siguranței sau comutatoare basculante la maneta joystick, care pot fi folosite pentru funcționalități suplimentare, de exemplu pentru a deschide și închide dispozitivul de apucare al unui excavator.

Joystick Hall
Joystick-urile industriale cu senzor Hall dau la ieșire o tensiune ce variază proporțional, în funcție de poziția manetei de acționare.
Concret, mișcarea unui magnet plasat sub maneta de acționare modifică câmpul electromagnetic atunci când este acționat.

Un senzor Hall plasat pe un PCB în fața magnetului măsoară variația de intensitate și determină exact poziția manetei. Joystick-urile cu senzor Hall sunt similare cu joystick-urile potențio­metrice tradiționale, deoarece ambele oferă un semnal de ieșire electric proporțional cu poziția manetei. Diferența este principiul de funcțio­nare: joystick-urile cu senzor Hall se bazează pe tehnologia fără contact între senzor și un magnet în mișcare. Joystick-ul cu senzor Hall are o limi­tare doar prin calitatea materialului magnetic folosit, deoarece câmpul magnetic se poate schimba în timp și este afectat direct de tempe­ra­turi (<0°C și >70°C). Deci temperatura de ope­rare este prima specificație ce trebuie verificată (de exemplu, APEM − Seria 3000 specifică din start: -25ºC la +70ºC).

Speranță de viață lungă
Joystick-urile care utilizează efectul Hall, deci o tehnologie fără contact, nu au risc de uzură a componentelor prin mișcări repetitive și vibrații grele, ceea ce duce la o speranță de viață lungă (peste 10 milioane de cicluri) și sunt adaptate pentru aplicații industriale repetitive cu un număr mare de cicluri (stații de control 24h/24h).

Raport excelent calitate / preț
Fabricate din puține componente, joystick-urile cu senzor Hall sunt simplu de asamblat. Producția lor necesită puține etape de montare și forță de muncă redusă. Acestea au un raport calitate / preț favorabil pentru proiecte industriale cu volum mare, în com­parație cu tehnologiile costisitoare ale joystick-urilor potențiometrice.

Proiectare ergonomică adaptată la aplicații
Datorită arhitecturii lor specifice (puține componente, tehnologie fără contact), joystick-urile cu senzor Hall sunt foarte rezistente la vibrații puternice și combină greutatea ușoară și adâncimea redusă de montare în panou. Prin urmare, ele sunt alese pentru aplicații industriale încorporate (de exemplu, vehicule, telecomenzi) caracterizate de spațiu redus și medii dure (șocuri, căderi, vibrații).

Siguranță mărită
Pentru a crește siguranța utilizatorului, APEM a dezvoltat o gamă de joystick-uri cu senzor Hall “cu inimă dublă”. Aceste joystick-uri au semnale de ieșire redundante. Semnalul este dublat și livrat pe fire independente. Acest sistem permite detectarea oricărei erori de funcționare (de exem­­plu, tensiunea de ieșire în afara domeniului de referință) și setează automat joystick-ul în modul “off”. Joystick-urile cu senzor Hall au, de asemenea, o imunitate electromagnetică foarte bună.

Joystick inductiv
O a treia tehnologie folosind Legea inducției a lui Faraday a dat naștere invenției joystick-ului inductiv. Această tehnologie folosește o bobină toroidală la care este aplicat un curent inducând un câmp magnetic. Un ax metalic plasat în bobina toroidală, atunci când este deplasat, taie sau interferează cu liniile de forță magnetice, provocând astfel o schimbare a fluxului de curent în bobină. Astfel, apare o modificare proporțională a tensiunii furnizate de joystick-ul inductiv. Această tehnologie crește fiabilitatea și durabilitatea joystick-ului inductiv, prin faptul că numărul de piese mobile este limitat la ax, arc și carcasă. Se elimină problema “derivei” din joystick-urile potențiometrice și joystick-urile cu efect Hall, deoarece nu există o componentă care să se degradeze în timp.
Problema care trebuie cunoscută la joystick-ul inductiv este cea a susceptibilității la interfe­rențe EMI și RFI. Cu o ecranare corespunzătoare a bobinei toroidale și a firelor de conectare în afară, EMI/RFI pot avea efecte mult atenuate.

Notă: Joystick-uri ATEX și Joystick-uri IECEx
ATEX este o directivă a UE aplicabilă echipamentelor electrice care sunt utilizate în atmosfere potențial explozive. Când atmosfera conține gaze inflamabile sau combustibile, vapori, ceață sau praf, o scânteie electrică poate duce la explozii periculoase. Pentru a se asigura că echipamentul electric nu inițiază o astfel de explozie, echipamentul trebuie să fie proiectat, testat și certificat conform standardelor europene de siguranță. Componentele electrice care asigură funcțio­nalitățile de bază ale unui joystick sunt potențio­metrele și comutatoarele. Un joystick ATEX are unul sau mai multe potențiometre și/sau întrerupătoare care sunt certificate ATEX.
Acest lucru asigură că joystick-ul ATEX este potrivit pentru scopul propus și că poate fi utilizat în siguranță în medii periculoase, cum ar fi platforme de petrol, instalații miniere și chimice. Certificarea ATEX este valabilă numai în țările UE, iar certificarea IECEx este adoptată la nivel interna­țional. Un joystick IECEx are unul sau mai multe potențiometre și/sau întrerupătoare care sunt certificate IECEx. Prin urmare, joystick-ul IECEx poate fi instalat în medii periculoase din întreaga lume.

Notă: Joystick-ul electric cu două axe a fost inventat de C.B. Mirick la Laboratorul de Cercetări Navale din Statele Unite (NRL) și brevetat în 1926. NRL a dezvoltat activ aeronave cu telecomandă la momentul respectiv, iar joystick-ul a fost folosit pentru a susține acest efort. În brevetul acordat, Mirick scrie: “Sistemul meu de control este aplicabil în special în aeronavele de manevră fără pilot.” Una dintre primele aplicații ale „joystick-ului” a fost în domeniul aero, unde controlul eleroanelor și direcției a devenit o necesitate. Această utilizare a semnalelor electrice de la joystick pentru a muta în cele din urmă o parte mecanică a avionului într-o direcție sau alta a fost cunoscută sub numele de “fly by wire”. Există mii de aplicații ce profită astăzi de joystick-ul care, prin semnale electrice, poate controla mișcarea.

Joystick-uri profesionale pentru aplicații industriale

APEM oferă o gamă variată de joystick-uri profesionale pe baza diferitelor tehnologii: joystick-uri cu comutare, joystick-uri propor­ționale și joystick-uri fără contact.

Joystick-urile APEM pentru aplicații industriale sunt ușor de utilizat, fiabile și concepute pentru o viață de serviciu extrem de lungă.
Pe baza diferitelor tehnologii, sunt oferite 6 serii: 1000, 1000HE, 3000, 4000, 8000, 9000.

Seria 1000 este o gamă versatilă de joystick-uri de comandă robuste, bazate pe micro întreru­pătoare standard, pe 1 sau 2 axe. Ideală pentru medii de lucru ușoare și moderate, unde controlul proporțional nu este o necesitate. Configurabilă fie cu comutare mono, fie cu dublu pol, Seria 1000 poate fi montată cu șuruburi sau bucșă. Există 2 opțiuni de construcție, cu întrerupătoare având contacte placate cu aur, V3 (comută 16A) sau V4 (comută 6 A, 10 A). Viața > 5 milioane de cicluri. Gamă de temperaturi: -20°C la +50°C.

Seria 1000HE este un joystick bazat pe micro întrerupătoare cu contacte din aur, pe 1 sau 2 axe, care este proiectat pentru a lucra în medii și aplicații dure. Aplicațiile tipice includ porțile de ridicare pentru camioane și comenzile electrice ale vehiculelor. Seria 1000HE oferă un produs cu etanșare dublă (în interior și exterior) pentru medii dure. Protecție IP67 împotriva apei, prafului, uleiurilor și UV. Viața > 1 milion de cicluri. Gamă de temperaturi: -20°C la +50°C.

Seria 3000 este cea mai recentă generație, considerată premium, de joystick-uri fără contact bazate pe senzori Hall, de înaltă precizie. Cu o adâncime de instalare < 20 mm, este disponibilă în format 1, 2 sau 3 axe. Viața lungă (> 5 milioane de cicluri) e asigurată cu cea mai recentă tehnologie cu efect Hall, oferind o gamă de semnale analogice sau opțiuni de ieșire PWM personalizate. Alimentare la 5V sau 3.3V. Seria 3000 oferă, de asemenea, o construcție radical îmbunătățită a mecanismului, special concepută pentru robus­tețe, rezistență și performanță sporite. Izolat EMC (operare corectă în câmp electromagnetic comun). Gamă de temperaturi: -25°C la +70°C.

Seria 4000 este o gamă de joystick-uri robuste, cu potențiometre de calitate industrială (plastic film), 1 sau 2 axe, pentru aplicații interne și externe. Au un mecanism integral metalic care asigură o robustețe maximă și o viață > 5 milioane de cicluri. Reprezintă alegerea preferată pentru aplicațiile care necesită control proporțional, performanță de viață lungă și imunitate absolută la RFI/EMI. Au două opțiuni de montaj, rezistență mare de izolație, micro-comutator opțional de detectare centrală. Disponibilă în două variante de caroserie. Gamă de temperaturi: -20°C la +55°C.

Seria 8000 este o familie robustă de joystick-uri cu comutare. Bazată pe mecanica verificată a seriei 9000, seria 8000 folosește micro-comutatoare de înaltă calitate (viață > 1 milion de cicluri) pentru a oferi o gamă de ieșiri posibile (pe 1 sau 2 axe), comutare într-un pas și opțiunea de comutare progresivă pe o singură axă pentru controlul dual al vitezei. Un micro-comutator opțional detectează centrul. Curent comutat max. 1A/125Vac, având contacte placate cu aur. Gamă de temperaturi: -25°C la +80°C.

Seria 9000 de joystick-uri funcționează folosind o tehnologie fără contact, de tip inductiv, pentru a oferi semnale proporționale pe 1 sau 2 axe, extrem de repetabile care nu se degradează cu utilizarea. Proiectate pentru cele mai critice aplicații de siguranță, au un circuit de auto-moni­torizare internă. Au o viață > 10 milioane de cicluri. Se oferă funcționalitate omni-direcțională și auto-centrabilă, folosind sistemul unic de “blocare cu came” APEM. Bobinele de înaltă precizie, cu aer, sunt montate direct pe circuitele SMT, oferind o precizie de invidiat, reducând în același timp adâncimea instalată a joystick-ului. Având alimentare la 5 − 15V, detecție opțională “la centru” și “defect intern”, ieșiri duble redundante, rezoluție infinită, aceste joystick-uri sunt interfața ideală pentru aplicații complexe și critice de siguranță, cum ar fi manipularea materialelor sau controlul scaunului cu motor electric. Gamă de temperaturi: -20°C la +55°C.

Joystick-urile APEM sunt oferite cu o gamă largă de opțiuni de contacte, inclusiv o gamă de posibile mânere, manete, culoare butoane și tipuri de semnale electrice la ieșire. Toate aceste joystick-uri, cu excepția seriei 1000, sunt disponibile cu a treia axă. Sunt sigilate pentru diverse grade de protecție la praf și la apă: IP65, IP67, IP67/69K, IP68, IP68/69K, IP69K, și sunt conforme RoHS.

Ghid de selecție joystick: https://www.apem.com/fr/img/cms/misc/brochures/Joystick-Selection-Guide-2016.pdf

Despre autor
Dl. Constantin Savu − Director general al firmei ECAS Electro − este inginer electronist cu o experiență de peste 30 ani în domeniul componentelor electronice și al selectării acestora pentru aplicații. Fiind bun cunoscător al componentelor și al tehnologiei de fabricație a modulelor electronice cu aplicații în domeniile industrial și co­mercial, coordonează direct producția la firma de profil Felix Electronic Services.

Ecas Electro

ECAS Electro este distribuitor autorizat al al produselor APEM ( https://www.apem.com/int)

Detalii tehnice și comerciale: birou.vanzari@ecas.ro
Detalii tehnice: Ing. Emil Floroiu | emil@floroiu.ro

 

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

  • Folosim datele dumneavoastră cu caracter personal NUMAI pentru a răspunde comentariilor/solicitărilor dumneavoastră.
  • Pentru a primi raspunsuri adecvate solicitărilor dumneavoastră, este posibil să transferăm adresa de email și numele dumneavoastră către autorul articolului.
  • Pentru mai multe informații privind politica noastră de confidențialitate și de prelucrare a datelor cu caracter personal, accesați link-ul Politica de prelucrare a datelor (GDPR) si Cookie-uri.
  • Dacă aveți întrebări sau nelămuriri cu privire la modul în care noi prelucrăm datele dumneavoastră cu caracter personal, puteți contacta responsabilul nostru cu protecția datelor la adresa de email: gdpr@esp2000.ro
  • Abonați-vă la newsletter-ul revistei noastre