Тенденции в развитието на пневматичните задвижвания

АвтоматизацияСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 3, 2013

Пневматичните технологии имат дългогодишна традиция в промишлените приложения. Въпреки това търсенето на все по-високи нива на производителност и все по-бързото развитие на електрическите управляващи устройства изискват непрекъсната еволюция на пневматичните задвижвания. Производителите очакват високо качество и енергийноефективни характеристики, които ще им дадат възможност да увеличат конкурентоспособността си. Нарастват и изискванията към възможностите за интеграция, тъй като пневматиката е част от механични системи с електронно управление и взаимодейства с електромеханични устройства. Интеграцията с други технологии се съчетава с оптимизиране на текущите компоненти и създаването на иновативни такива.

Иновации при вентилите
През последните години като тенденция се очертава миниатюризацията на вентилите, която е свързана с оптимизиране на вътрешната конструкция, намаляване на размерите и управлението на мощността. Обръща се все по-голямо внимание и на избора на материали с оглед увеличаване на надеждността и експлоатационния живот на компонентите. Друг важен аспект е създаването на модулиращи цифрови клапани (PNM, PCM, PWM) за пневматичните сервосистеми, които осигуряват характеристики, сравними с пропорционалните компоненти, но на по-ниска цена и с изключителна надеждност. Ниската цена и възможността за получаване на много високи работни честоти без типичните проблеми със загряването на електрическите системи са важни фактори за развитието на пропорционалните пневматични приложения (позиция, управление на усилието и т. н.). Друг важен сектор за развитие въз основа на новаторски интерфейси е в областта на превключващите вентили. По-широкото използване на сензори и управляващи модули в действителност изисква разработването на по-ефикасни интерфейсни връзки между електрическите сигнали (от индустриални PC, полеви мрежи, 4-20 mA линии) и пневматичните сигнали, а в близко бъдеще и между оптични и пневматични сигнали. Нарастващите изисквания и технологичното усъвършенстване дават възможност да се предвиди развитието на вентили, управлявани от сигнали от порядъка на няколко mW.

Друга важна тенденция е развитието на микровентили, базирани на новоразработваните микросистемни технологии. Компонентите могат да бъдат създадени с изключително малки размери и да имат нови сфери на приложение преди всичко в медицинската област.

Управление на оборотите със сервопневматика
Сервопневматиката запазва предимствата на стандартната пневматика, но също така добавя адаптивно управление за оптимизирано позициониране с точност до части от милиметъра и възможност за управление. С електронно управлявани разпределителни клапани могат да бъдат контролирани скоростта и ускорението на пневматичните изпълнителни механизми. Друга уникална характеристика на сервопневматиката е плавното спиране. В традиционните пневматични системи с голям диаметър на цилиндъра е необходимо използване на демпфери, за да се абсорбират значителните инерционни сили и поражданите от това удари при рязко спиране в края на хода, когато буталото достигне до упора. Демпферите дефектират сравнително бързо, което води до допълнителни разходи за подмяна и загуба на време. В този случай те могат да бъдат премахнати и заменени със система от сервопневматичен задвижващ механизъм с управление на скоростта. При него движението на буталото се програмира, така че да достигне оптимална скорост, а след това програмата да намали скоростта за постигане на прецизно позициониране. В много случаи със сервопневматика може да бъде подобрено и времето, за което се изпълнява един работен цикъл.

Сервопневматичните решения са идеални за приложения, при които се изисква вдигане и преместване на елементи от една точка до друга. Те осигуряват управление на параметрите на движението и измерват съпротивлението на обекта, като регулират силата, за да го компенсират. Тези системи разполагат не само с обратна връзка за управление на изпълнителния механизъм, но също така и измерват налягането на вентила.

Иновации в управлението на налягането
Пропорционалните регулатори за налягане се използват за промяна на налягането на въздуха в магистралите към пневматичните изпълнителни елементи. Тези устройства осигуряват прецизно управление на скоростта, силата, налягането и въртящия момент. Типичните приложения включват регулиране на усилието при шлифоване и заваряване чрез триене, контролиране на опъна на материи при тъкане, активно гасене на натоварвания и компенсация на тегло, регулиране на скоростта на пневматични двигатели и регулиране на въртящия момент на инструменти с пневмозадвижване.

Напредъкът в областта на пропорционалните регулатори за налягане ги прави по-лесни за инсталиране и програмиране. За разлика от първите решения, които са били самостоятелни модули, тези продукти се интегрират в колекторите на клапаните. Възможно е и клапаните да са снабдени със сериен комуникационен модул, който позволява интеграция в индустриални мрежи.

Докато класическите продукти изискват отделна връзка за всяка пропорционална величина, тези нови решения могат да комбинират управлението на налягането за множество клапани както разпределителни, така и пропорционални. Това осигурява уникална възможност за пневматична и електрическа функционална интеграция, което, от своя страна, значително намалява времето и разходите за инсталация и първоначална настройка. Така например пропорционален регулатор може да е снабден с Ethernet комуникация и да има собствен цифрово-аналогов контролер. Това дава възможност програмирането му да става в мерни единици като Psi или bar, без да е необходимо преобразуване на величините, което намалява грешките и времето за програмиране. Също така премахва необходимостта от използването на кабели за свързване на регулатора с аналогово В/И устройство, което спестява разходи за монтаж.

Хибридни решения
Предвид сложността на съвременната автоматизация и технологичния напредък в интеграцията на електрониката с пневматиката, много приложения са най-добре обслужвани от хибридни решения. Например в приложение, където движението по ос Y не е необходимо да бъде толкова прецизно, колкото движението по ос Z, хибридното решение може да реализира движението по Z оста посредством линейно задвижване, докато движението по X и Y осите може да бъде осъществено чрез пневматика.
При наличието на сложни, интелигентни пневматични, сервопневматични и електрически продукти, които могат да бъдат интегрирани в системите за автоматизация, се дава възможност за изпълнение на прецизно решение, което ефективно да отговаря на конкретните нужди.

Повишена безопасност
В автоматизационните системи с пневматично управление предпазните клапани с аварийни функции като надеждно спиране или изпускане на сгъстения въздух са критични за безопасността на оператора и защитата на оборудването.

Използването на предпазен вентил с вградена електроника не само подобрява безопасността, но също така предоставя конкретна информация относно причината за изчерпване на въздуха. Така например, в някои решения контролерът във вътрешността на вентила по електронен път задейства светодиод, който мига определен брой пъти. Броят на примигванията показва каква е причината за изпускане на въздуха. В резултат на това има възможност да бъдат определени специфичните обстоятелства, които оказват влияние върху нормалната работа на системата и водят до нейната повреда.

Диагностика на полево ниво
Ключът към поддържането на изправността на системите за автоматизация е използването на диагностика на полево ниво, която непрекъснато следи работните параметри и предоставя актуална информация в реално време. Това позволява бързо възстановяване на системата до оптимална производителност и съкращава времето за престой.

С новите технологии устройствата с вградена диагностика могат да комуникират с HMI или контролер, което позволява повредата да бъде локализирана веднага. Тези нови решения не само изпълняват функциите за управление на машините, но също така и извършват определени предварително програмирани диагностични алгоритми за обработка на данните и визуализация на резултатите. Това позволява планиране на ремонти в съответствие с графика на завода, а не когато оборудването се повреди. В допълнение, новите софтуерни решения от водещите доставчици позволяват създаването на регистър на събитията в системата и проследяване на тенденциите.

ЕКСКЛУЗИВНО

Top