WYBRANE PROBLEMY INYNIERSKIE SPOSOBY KORYGOWANIA

WYBRANE PROBLEMY INYNIERSKIE SPOSOBY KORYGOWANIA

WYBRANE PROBLEMY INYNIERSKIE
NUMER 2
INSTYTUT AUTOMATYZACJI PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH
I ZINTEGROWANYCH SYSTEMÓW WYTWARZANIA
Edward BARBACHOWSKI*, Klaudiusz KLARECKI
Instytut Automatyzacji Procesów Technologicznych i Zintegrowanych Systemów
Wytwarzania, Wydział Mechaniczny Technologiczny, Politechnika lska, Gliwice
*
[email protected]
SPOSOBY KORYGOWANIA CHARAKTERYSTYK
ZAWORÓW PROPORCJONALNYCH
Streszczenie: W artykule przedstawiono moliwoci wpływania na charakterystyk statyczn
zaworów sterowanych w technice proporcjonalnej na drodze programowej. Karty
wzmacniaczy cyfrowych, dedykowane do sterowania zaworami proporcjonalnymi,
umoliwiaj uytkownikom dopasowanie charakterystyki statycznej zaworu poprzez zmian
nastaw wybranych parametrów. Zakres moliwoci wpływania na charakterystyk statyczn
zaworu zaley przede wszystkim od otwartoci oprogramowania obsługujcego kart
wzmacniacza i jest róny w zalenoci od producenta karty. Od strony eksploatacyjnej istotne
s minimalizacja histerezy oraz linearyzacja charakterystyki zaworu.
1. Wstp
Po dobraniu i zabudowaniu zaworu proporcjonalnego do hydraulicznego układu
napdowego kolejn czynnoci jest dopasowanie charakterystyki zaworu z uwagi na
nastawiane cinienia lub natenie przepływu oraz rodzaj i warto sygnału sterujcego.
Czynnoci te realizuje si na drodze programowej. W artykule przedstawiono wyniki
wpływania na charakterystyki statyczne zaworów firm Bosch Rexroth i Parker za pomoc
oprogramowania odpowiednio BODIV i ProPxD. Badane zawory to proporcjonalny zawór
cinienia DBE6 oraz rozdzielacz proporcjonalny D31FT. W zalenoci od producenta
oprogramowania jak i rodzaju zaworu (np.: wystpowanie sprze zwrotnych)
w oprogramowaniu wystpuj zrónicowane opcje ustawie [1, 2].
Wraz z zaworami sterowanymi w technice proporcjonalnej producenci dostarczaj do ich
obsługi dedykowane oprogramowanie, za pomoc którego uytkownik otrzymuje moliwo
dopasowania charakterystyk statycznych i dynamicznych zaworu do danego układu
napdowego. Podstawowe narzdzia słuce do wpływania na charakterystyki zaworu to:
• ograniczenie dolnego i górnego zakresu charakterystyki,
• przesunicie charakterystyki wzgldem osi rzdnych (offset),
• generator funkcji skokowej,prd wstpnego wysterowania
• czstotliwo prdu podkładu (Dithera),
• amplituda prdu podkładu,
• linearyzacja charakterystyki.
2. Dopasowanie charakterystyki statycznej
Obydwa badane zawory mona eksploatowa na ustawieniach domylnych
skonfigurowanych przez producenta. Równie w obydwóch programach
wystpuje
moliwo zmiany czstotliwoci prdu podkładu oraz ograniczenie dolnego i górnego
zakresu charakterystyki. Natomiast moliwo zmiany amplitudy prdu podkładu wystpuje
tylko w oprogramowaniu ProPxD firmy Parker.
Na rys. 1 przedstawiono charakterystyk statyczn rozdzielacza proporcjonalnego D31FT
zarejestrowan przy domylnych ustawieniach producenta zapisanych w karcie wzmacniacza
Charakterystyka statyczna rozdzielacza D31FT firmy Parker
80
60
natĊĪenie przepływu Q [dm3/min]
& 40
20
modyfikowana
domyĞlna
0
0
2
4
6
napiĊcie zadane Uz [V]
8
10
Rys.1. Charakterystyki statyczne zaworu D31FT przy ustawieniach domyĞlnych i po zmianie
wartoĞci nastaw ograniczenia dolnego i górnego zakresu charakterystyki i czĊstotliwoĞci prądu
podkładu
Fig.1. Static characteristics of the D31FT valve - using default settings and after changing the
setting values of lower and upper limits and frequency background
oraz otrzyman po zmianie minimalnej i maksymalnej wartoci prdowego sygnału
sterujcego (Ist) i czstotliwoci prdu podkładu z 70 Hz do 300 Hz. W wyniku
wprowadzonych zmian uzyskano dopasowanie charakterystyki do wystpujcego w układzie
natenia przepływu, natomiast zmiana czstotliwoci prdu Dithera nie wpłynła na
zmniejszenie histerezy charakterystyki.
'
Charakterystyka statyczna rozdzielacza D31FT firmy Parker
80
natĊĪenie przepływu Q [dm3/min]
60
40
20
0
0
2
4
6
napiĊcie zadane Uz [V]
8
10
Rys.2. Charakterystyka statyczna zaworu D31FT - czĊstotliwoĞü prądu podkładu 300 Hz,
amplituda prądu Dithera 10 %
Fig.2. Static characteristics of the D31FT valve - background current frequency of 300 Hz, the
amplitude of the Dither current 10%
Charakterystyka statyczna rozdzielacza D31FT firmy Parker
80
po zmianie wartoĞci amplitudy prądu Dithera
bez zmiany wartoĞci amplitudy prądu Dithera
60
natĊĪenie przepływu Q [dm3/min]
40
20
0
0
2
4
6
napiĊcie zadane Uz [V]
8
10
Rys.3. Charakterystyki statyczne zaworu D31FT - czĊstotliwoĞü prądu podkładu 300 Hz,
amplituda prądu Dithera 3 %
Fig.3. Static characteristics of the D31FT valve - background current frequency of 300 Hz, the
amplitude of the Dither current 3%
&
Na rys. 2 i 3 przedstawiono charakterystyki otrzymane po zmianie amplitudy prdu
podkładu z 0,5% do10% wartoci zadanej (rys. 2) oraz z 0,5% do 3% wartoci zadanej
(rys. 3). Przy zmianie amplitudy prdu podkładu uzyskano znaczce zmniejszenie histerezy
charakterystyki statycznej. W przypadku zbyt duych wartoci amplitudy prdu podkładu
(rys. 2) w układzie dochodzi do pulsacji przepływu, co uwidacznia si w górnej czci
charakterystyki. Dopiero zmniejszenie wartoci amplitudy prdu podkładu pozwala na
prawidłowe dopasowanie charakterystyki statycznej zaworu do właciwoci układu
napdowego.
W oprogramowaniu BODIV firmy Bosch Rexroth wystpuj trzy tryby ustawie karty
wzmacniacza. Pierwszy, domylny tryb, to ustawienia standardowe, przy których zawór
pracuje poprawnie, jedynym utrudnieniem jest niedopasowanie wartoci cinie nastawianych
przez zawór przy 100% wartoci sygnału zadanego do maksymalnych dopuszczalnych cinie
w układzie. Drugi tryb ustawie pozwala na zmian podstawowych ustawie takich jak;
czstotliwo prdu podkładu, maksymalna warto prdu, warto prdu wstpnego
wysterowania zaworu, warto prdu skoku. Wprowadzenie wartoci prdu wstpnego
umoliwia wstpne „napicie” elektryczne i hydrauliczne zaworu, co skutkuje krótszymi
czasami reakcji na zmian sygnału sterujcego. Rys. 4 przedstawia charakterystyki statyczne
przy nastpujcych ustawieniach; czstotliwo prdu podkładu 300 Hz i 100 Hz,
maksymalna warto prdu przy 100% sygnału zadanego 1,1 A, warto prdu wstpnego
wysterowania zaworu przy 0% sygnału zadanego 0,25 A.
Charakterystyka statyczna zaworu maksymalnego DBE 6 firmy Bosch Rexroth
24
20
300 Hz
100 Hz
16
ciĞnienie p [MPa]
&
12
8
4
0
0.2
0.4
0.6
0.8
prąd sterowania iz [A]
1
1.2
Rys.4. Charakterystyka statyczna zaworu DBE 6 - czĊstotliwoĞü prądu podkładu 300 Hz i 100 Hz
Fig.4. Static characteristics of the valve DBE 6 - background current frequency of 300 Hz and
100 Hz
'
&&
W przypadku zaworu DBE 6 zwikszanie wartoci czstotliwoci prdu Dithera nie
pociga za sob znaczcego pomniejszenia histerezy charakterystyki statycznej, a wrcz
przeciwnie; mniejsza histereza wystpuje przy czstotliwoci prdu podkładu wynoszcej
100 Hz (rys. 4).
10
24
Graph 1
ciĞnienie
sygnał zadany
20
8
6
12
4
napiĊcie zadane Uz [V]
ciĞnienie p [MPa]
16
8
2
4
0
0
0
20
40
czas t [s]
60
80
Rys.6. Przebieg sygnału sterującego i ciĞnienia w funkcji czasu po przeprowadzonej linearyzacji
Fig.6. Control signal and pressure as a function of time after linearization
Trzeci tryb ustawie (rys.6) pozwala dodatkowo na przeprowadzenie omiopunktowej
linearyzacji charakterystyki statycznej w celu uzyskania wprost proporcjonalnej zalenoci
pomidzy sygnałem sterujcym podawanym na kart wzmacniacza a nastawianym
cinieniem.
3. Podsumowanie
Współczesne cyfrowe karty wzmacniaczy umoliwiaj dokładne dopasowanie
charakterystyk zaworów proporcjonalnych do dowolnego układu hydraulicznego. Nastawy
zaworu umoliwiaj midzy innymi:
&!
• skonfigurowanie rodzaju sygnału wejciowego; binarny lub analogowy napiciowy,
analogowy prdowy,
• dopasowanie wartoci prdu sterujcego Ist do dysponowanego zewntrznego sygnału
sterujcego,
• minimalizacj histerezy.
Narzdzia te umoliwiaj łatw konfiguracj zaworu proporcjonalnego w hydraulicznym
układzie napdowym.
Literatura
1. http://www.parker.com 04.2011.
2. http://www.boschrexroth.com 04.2011.
THE CORRECTING METHODS
OF PROPORTIONAL VALVES CHARACTERISTIC
Summary: The static characteristics correcting methods of the proportional valves are
described in this paper. Presented methods are based on possibilities of the digital amplifiers
for proportional valves. The possible range of changes of the valve static characteristics
primarily depends on the usability of amplifier software. The important properties of the
valves, for users, are: minimal hysteresis and linear dependence between input and hydraulic
output signals.