Пропорционални вентили

Механични системиСп. Инженеринг ревю - брой 4/2022 • 20.06.2022

  • Пропорционалните вентили всъщност са революционна технология, която позволява изключително прецизно позициониране и управление на всякакви обеми и потоци

  • Едно от първите неща, които трябва да се съобразят, е обхватът, в който ще работи вентилът

  • Пропорционалните вентили за регулиране на налягането сега предлагат много по-висока гъвкавост, като обособяват отделни зони на налягане

 

Методите за контрол на налягането и потока чрез пропорционални технологии позволяват да се надхвърлят възможностите на конвенционалната пневматика. Продуктите, разработени въз основа на пропорционални технологии, оптимизират скоростта и прецизността на процесите за управление на дебит, налягане или позициониране.

Пропорционалните вентили намират редица приложения в машини, производствени процеси и хидропневматични системи. Особеност при тях е, че те изменят изходното налягане или дебит на флуида в съотношение, равно на изменението на входното налягане или дебит, например ако входното налягане се удвои, тогава изходното също ще се удвои. Много от тях са програмируеми, разполагат с вградена диагностика, което ги прави много подходящи за проектиране на системи, приложими за Industry 4.0.

 

Надежден контрол на налягането и скоростта

Пропорционален вентил се използва на места, където налягането и дебитът трябва да се променят непрекъснато. Той може да се разглежда като комбинация от задействащ хидравличен вентил с електронно управление или хидравличен вентил, който се задвижва електрически от пропорционални соленоиди. Пропорционалните вентили могат да се използват за промяна на дебита или налягането в зависимост от входния електрически сигнал, затова е изключително важно електронният компонент да е свързан правилно с вентила. Така пропорционалният вентил може да замени множеството други вентили с фиксиран дебит и клапани за налягане в точките, където е необходим контрол – ускоряване и забавяне. Управлението на пропорционалните вентили освен чрез електрически сигнал може да се осъществява и с широчинно-импулсна модулация.

Бързата динамична реакция, високата точност на повторение, краткото време за превключване и стабилно регулиране – тези характеристики могат значително да подобрят качеството на продукта, като осигурят прецизно регулиране и контрол на променливите в процеса. Технологиите зад новите пропорционални вентили могат да предоставят безкрайно точно регулиране на налягането и по този начин на силата или скоростта на потока, позволявайки на потребителя например да задава предварително налягания, скорости на буталата и скорости на въртене по електронен път.
Пропорционалните вентили всъщност са революционна технология, която позволява изключително прецизно позициониране на изпълнителни бобини, като по този начин се дава възможност за управление на всякакви обеми и потоци. Тези безкрайни възможности за позициониране на бобините се постигат чрез соленоиди с контрол на хода или на силата.

Неограничените възможности за промяна на позицията се реализират със залагане на много малки стъпки на изменение, за да се осигури контрол на дебита/скоростта, както и функции за управление на посоката, като регулирането може да се извършва с един вентил, вместо да се изискват отделни вентили за посока и скорост. Другото основно предимство е, че когато се изисква повече от една скорост, различните скорости се постигат чрез промяна на подавания електрически сигнал. Не са необходими допълнителни хидравлични компоненти.

Пропорционалните регулатори с електронно контролиране могат да управляват характеристиките на ускорение и забавяне. Тези функции предоставят разнообразие от машинни цикли, безопасно управлявани при по-високи скорости, но с контролирано стартиране и спиране. Регулираното ускорение и забавяне водят до подобрени общи цикли на машината и производителността.

Бобината на стандартен 2-пътен пропорционален вентил, управляван чрез соленоид, се премества в новото си положение с висока скорост. Бързата смяна кара задействащия механизъм да реагира рязко при стартиране и да предизвика ударно натоварване при спиране. Скоковете на налягането могат да доведат до повреда на машината и да повлияят неблагоприятно на линиите, причинявайки течове.
Вентилите с хидравлично амортизирано движение на бобината забавят скоростта на превключване и намаляват удара при някои приложения. Въпреки това много машини се нуждаят от променлива скорост на превключване, за да отговарят на променящите се изисквания за мощност и работа.

 

Избор на пропорционален вентил

Едно от първите неща, които трябва да се съобразят, е обхватът, в който ще работи вентилът, т.е. какво трябва да е максималното и минималното налягане на пропорционалния вентил. Също така е необходимо да се знае в какъв диапазон ще са стойностите на дебита, с който ще се сблъска той.
При вентилите със зададени статични параметри на налягането или дебита има фиксирана стойност, която се изменя рядко. Типично приложение за този тип е точковото заваряване, при което чрез вентила се контролира налягането към цилиндъра, който прилага силата на притискане. Налягането се задава в зависимост от вида и дебелината на заварявания материал и остава непроменено, докато машината не бъде настроена за различен материал.

Тази технология се използва и при тестване за течове, като се прилага фиксирано налягане към компонент, за да се провери издръжливостта му. Обикновено налягането ще бъде фиксирано за конкретен тип компонент, но има възможност за регулиране при промяна на приложението.
При вентилите със зададени динамични параметри на налягането и дебита техните стойности се променят с висока честота. С такива пропорционални вентили се регулира налягането на различни видове цилиндри, свързани със системи за управление, които изискват постоянна корекция на налягането във времето, за да се извършват различни движения и премествания. Те са много подходящ избор за приложения за изпитване на материали, при които изходното налягане на вентила се увеличава постоянно, за да се установят граничните стойности на издръжливост на материала.

Когато налягането или дебитът се променят с ниска честота, вентилите типично се използват в приложения в козметичната, фармацевтичната и хранително-вкусовата промишленост, например в системи за пълнене, при които, когато контейнерът, който се пълни, се приближава до необходимото ниво на пълнене, вентилът регулира скоростта на потока, като я намалява, така че пълненето да завърши плавно. Регулирането на потока газ при газови горелки е друго приложение, което използва този тип вентили.

Още една важна характеристика, която трябва да се дефинира преди избора на вентил, е начинът, по който потребителят желае регулирането да се извършва, независимо дали става дума за задаване на стойност на налягане или дебит. Някои вентили позволяват да се регулира зададената точка чрез изпращане на аналогов контролен сигнал по захранващите кабели или чрез използване на някакъв вид комуникации посредством полева шина. Други разполагат с локален интерфейс. Трети дават възможност за комуникация с устройството чрез компютър и RS 232 интерфейс. Това позволява да се осъществи много прецизна настройка.

Освен това при проектирането на една автоматизирана система трябва да се вземе предвид начинът на действие на вентила, който се изисква от системата. Най-често използваната технология за управление на пропорционалните вентили са пропорционални соленоиди. В този случай позицията на вентила се регулира въз основа на подавано различно напрежение в бобината. Колкото по-високо е напрежението, толкова по-силно е магнитното поле, което задвижва шпиндела на вентила. Този тип управление позволява много кратко време на реакция и много ниска стойност на хистерезиса.
Импулсните соленоиди използват малки електромагнитни клапани, които повишават и намаляват налягането в контролна камера, позволявайки на вентила да се отваря и затваря.

Благодарение на изключително компактния размер на пиезоелектричните елементи пиезоелектрично задвижваните вентили са идеални за използване в преносими и настолни машини като медицинско оборудване, измервателни системи и газови анализатори. Вентилите имат много ниска консумация на енергия и дори могат да се захранват от батерии или слънчеви панели.
При по-голям капацитет и по-голям дебит може да се използва пневматично задвижване и управление на позиционирането. Чрез пропускане и изпускане на пневматичния поток от диафрагма или цилиндър може да се управлява работата на много по-големи вентили.

 

Пропорционални технологии за съвременни системи за автоматизация

Нарастващото значение на универсалността на компонентите за регулиране в индустрията е една от тенденциите, очертаващи изискванията към новите поколения пропорционални вентили и вентилни острови за автоматизация. Изключително практични са решенията със свързване чрез полева шина, които могат да комуникират на множество езици със системи за полеви шини и системи за автоматизация на различни производители.
Друг важен етап в развитието на технологиите за пропорционално регулиране е възможността за по-бърза конфигурация. Предлага се по-висока надеждност и по-бързо планиране и конфигуриране чрез модули, представляващи макро библиотеки, даващи възможност за анализ и моделиране в различни CAE софтуерни продукти за анализ и моделиране.

Новите технологии и иновативните продукти дават много възможности за персонализирани приложения. Пропорционалните вентили за регулиране на налягането сега предлагат много по-висока гъвкавост, като обособяват отделните зони на налягане. Вентилът за регулиране на налягането, интегриран във вентилни острови, дава възможност за дистанционно контролирано регулиране на налягане за дадена зона, с което допринася за повече гъвкавост в много процеси. Например пропорционалният управляващ вентил позволява да се зададат няколко статични налягания чрез мултиплексиране при ниска консумация на въздух.
Едно от най-компактните решения, което се предлага на пазара, са дигиталните пропорционални сервовентили с директно действие. Те са подходящи за монтаж върху DIN шина, а електронната платка е интегрирана в тялото на вентила. Някои модели са с усъвършенствана конструкция със система за управление на въртящ се плунжер с обратна връзка.

Също така съвременните пропорционални вентили, използвани в автоматизацията, се отличават с цифрово управление, интегрирани сензори за налягане и каскадно управление, функции за диагностика, висока точност на повторенията, с превключване на изхода за задействане на спиращ механизъм, със сервопневматични приложения и много други характеристики, повишаващи надеждността и гъвкавостта в различни конфигурации.

Двупътни нормално затворени вентили с директно действие, без обратна връзка служат за контрол на дебит, включително и при вакуум, когато се изисква управление на дебита например при отворен контур, с газови смеси, за контролиране на свободен поток или при изпразване на контейнери чрез вакуум.
Пропорционалните вентили могат да бъдат свързани помежду си, като изходът от един се използва като вход към друг. Така се осигурява компактно и рентабилно решение за контролиране на налягането или скоростта при ниски дебити.

Новият брой 5/2022

брой 5-2022

  ЧЕТЕТЕ БРОЯ ОНЛАЙН

ВСИЧКИ СТАТИИ | АРХИВ

ЕКСКЛУЗИВНО

Top