P N E U M A T Y K A

PNEUMATYKA
NUMER 25(77)2010 12.10.2010
SERWOZAWORY PNEUMATYCZNE
Wejściowy sygnał sterujący powoduje proporcjonalne przemieszczenie suwaka zaworu, dzięki
czemu uzyskiwany jest przepływ odpowiedni
do określonego stanu. Możliwe jest sterowanie
przepływem zarówno od przyłącza 1 do 2 albo od
przyłącza 2 do portu 3 (odpowietrzenie).
2. Sterowanie wartością ciśnienia
NOWEJ GENERACJI – POŁĄCZONE
WYSIŁKI WŁOSKIEJ FIRMY CAMOZZI
ORAZ NIEMIECKIEJ LINATOR
Szybki rozwój nowoczesnych,
mechatronicznych
napędów
i sterowań, łączących różne
techniki i technologie, integrujące na przykład klasyczny napęd pneumatyczny,
często silnie zminiaturyzowany, z systemem elektronicznego sterowania, komunikacji rozproszonej oraz wyrafinowanej sensoryki, uwypuklają
w pneumatyce znaczenie techniki proporcjonalnej.
W wielu dziedzinach obserwuje się ogromne
możliwości doskonalenia procesów technicznych
i zadań, przy wykorzystaniu pneumatycznych
technik proporcjonalnych.
Wychodząc naprzeciw oczekiwaniom rynku w tym
zakresie włoska firma Camozzi podjęła duży temat
badawczy (w ramach projektu Pneumatica 2010,
zarządzanego przez międzynarodową organizację
CRC). Prace prowadzono w ścisłej współpracy
z niemiecką firmą Linator posiadającą już wcześniej
znaczący dorobek w dziedzinie techniki proporcjonalnej. Zasadnicze zadania stawiane w stosunku
do tego projektu zakończono w grudniu 2009,
a osiągnięte rezultaty pozwoliły na opracowanie
szeregu innowacyjnych rozwiązań, które umożliwiają
realizację wielu zadań w nowatorski sposób.
Dzięki tym pracom do oferty firmy Camozzi wprowadzono nową grupę serwozaworów pneumatycznych serii LR.
Podstawowe funkcje pneumatycznych technik
proporcjonalnych
Ogólnie można powiedzieć, że w technice proporcjonalnej uzyskany sygnał wyjściowy jest proporcjonalny do zadanego i wprowadzonego sygnału
elektrycznego. Sygnałem wyjściowym jest oczekiwany parametr techniczny (technologiczny) potrzebny do prawidłowej realizacji zadania.
Zawory serii LR umożliwiają:
• proporcjonalne sterowanie wartością natężenia
przepływu
• proporcjonalne sterowanie wartością ciśnienia
medium roboczego
• proporcjonalne sterowanie parametrami ruchu
(przyspieszenie, prędkość)
• pozycjonowanie elementów roboczych napędu
pneumatycznego.
Poniżej przedstawiono schematycznie podstawowe
funkcje elementów proporcjonalnych:
1. Sterowanie natężeniem przepływu
Wyjściowy sygnał ciśnieniowy jest mierzony przetwornikiem pneumo-elektrycznym i sygnał ten jest
porównywany z zadanym sygnałem wejściowym.
Elektroniczny układ sterujący wraz z regulatorem PID
steruje częścią mechaniczną serwozaworu – mamy
pętlę sprzężenia zwrotnego.
3. Pozycjonowanie pneumatycznego elementu
wykonawczego
sterowania
sterowania
do regulacji ciśnienia, wykorzystujące takie techniki
formowania sygnałów jak np.: cewki proporcjonalne,
przetworniki piezoelektryczne, zaworowe zespoły
sterowania PWM (Puls Width Modulation) i inne.
Rzadziej spotykane są systemy wykorzystujące serwozawory pneumatyczne, głównie ze względu na
ich dotychczasową cenę. Poniżej przedstawiona tabela daje obraz porównania trzech grup elementów
pneumatycznych: 1.standardowe zawory dyskretne,
wyróżniające się określoną ilością położeń (zwykle
2 lub 3 położenia), 2. zawory proporcjonalne np.
z cewką proporcjonalną, oraz 3. serwozawory
z magnetycznym silnikiem serwo.
Cechy porównywane
Klasyczne
zawory
dyskretne
Zawory
proporcjonalne
Serwozawory
Charakter
przesterowania
Dyskretny
( np. zamknięty –
otwarty)
Płynne
zmiany
w określonym
zakresie
Płynne
zmiany
w okreś-lonym
zakresie
Czas przesterowania
(odpowiedzi)
20 ms
100 ms
5 ms
Częstotliwość
przenoszenia
-
ok. 5 Hz
pow. 70
Hz
Rodzaj napędu
Cewka
elektromagnetyczna
Cewka
proporcjonalna
Silnik momentowy
z zamkniętą pętlą
sprzężenia
Histereza
-
ok. 3%
ok. 1 %
Powtarzalność
-
ok. 3%
ok. 1 %
Cena
Niska
Średnia
Wysoka
Rozwiązanie techniczne serwozaworu opracowane
przez firmy Camozzi / Linator
Sercem nowej konstrukcji serwozaworu jest zespół
przedstawiony
schematycznie
na
poniższym
rysunku.
Podstawowe zespoły wykorzystujące technikę pneumatycznego sterowania proporcjonalnego
Zasada pracy oraz właściwości serwozaworów
Istnieje na rynku szereg rozwiązań pneumatycznych
zaworów proporcjonalnych.
Dość rozpowszechnione są zawory, szczególnie
Zawory serii LR są typu 3/3 (3-drogowe,
3-położeniowe). Zespół tłoczka obrotowego jest
napędzany przez silnik elektryczny serwo z pętlą
sprzężenia zwrotnego. Pomiar położenia odbywa się
za pomocą czujnika położenia kątowego.
Zespół tłoczkowy o opatentowanej konstrukcji wbudowany jest w nabój zaworowy, z którego wyprowadzone zostały kanały do gniazd pneumatycznych.
Tłoczek obrotowy pracuje w gnieździe naboju bez
BIULETYN INFORMACYJNY FIRMY BIBUS MENOS
dodatkowych uszczelnień. Dzięki precyzyjnemu
spasowaniu zespołu uzyskano bardzo małe opory
tarcia, bez wpływu uszczelnień.
Modele serwozaworów produkcji Camozzi/Linator
• LRWA0
PID – regulator proporcjonalno całkująco
różniczkujący
• LRXA4 – 34
LRXA4 – 36
Serwozawory pozycjonowania jednostek napędu
pneumatycznego
„Przepływ [ l/min ]”
• LRWA2 - 34
LRWA2 – 36
Jest to podstawowa wersja zaworu typu 3/3 w wykonaniu nabojowym, do regulacji natężenia przepływu.
Sprzężenie zwrotne zapewnia wbudowany enkoder
wewnętrzny.
Silnik wykonuje obrót w zakresie kąta +/- 30º, mierzony przez czujnik elektroniczny, otwierając kanały
przepływowe, wykrojone w tłoczku, proporcjonalnie
do zadanego sygnału wejściowego. Wykonanie
nabojowe umożliwia zwartą zabudowę zespołu
w korpusie dostosowanym do określonej aplikacji.
Występują dwie wielkości: o średnicy przepływowej
4mm oraz 6 mm.
Poniższa tabela pokazuje charakterystyczne parametry.
Parametr
Seria LRWA0
Przepływ ( 6 bar –> 5 bar)
LRWA0-36
Przepływ ( 6 bar –> 0 bar)
LRWA0-36
LRWA0-34
450Nl/min
LRWA0-34
700Nl/min
690Nl/min
1100Nl/min
Czas odpowiedzi (0 –>
100% )
5 ms
Histereza
1%
Częstotliwość
70 Hz
Powtarzalność
1%
Sygnał wejściowy
+/- 10V ( 0…10V,
0…20mA)
Wymiary
Φ20 x 120mm
Waga
ok. 20g
Serwozawory
regulacji przepływu, w
których
nabojowy
zespół sterujący, identyczny jak dla wersji
LRWA0, wbudowany
jest w blok z wyprowadzonymi gniazdami
gwintowanymi G1/4.
Na korpusie zamontowany jest układ sterowania
elektronicznego.
Korpus może być montowany na standardowej
szynie DIN
• LRWA4 – 34
LRWA4 – 36
Serwozawory regulacji
przepływu w których
zarówno część pneumatyczna jak i sterowanie elektroniczne
zabudowane są w korpusie (górna część).
Cały zespół posadowiony może być na płycie przyłączeniowej.
• LRPA4 – 34
LRPA4 – 36
Zawory regulacji ciśnienia, które występują w dwóch
odmianach:
• z wewnętrzną pętlą sprzężenia zwrotnego (wbudowany wewnętrzny czujnik ciśnienia)
• z zewnętrzną pętlą sprzężenia.
Poniższy rysunek pokazuje zasadę działania i układ
połączeń zespołów pozycjonowania siłowników
pneumatycznych podwójnego i pojedynczego
działania.
Dla pozycjonowania siłownika podwójnego
działania stosowany jest zespół: serwozaworu
nadrzędnego typu LRX… oraz serwozaworu
pomocniczego typu LRW…
W przypadku pozycjonowania siłowników
pojedynczego działania stosowany jest tylko
zawór nadrzędny LRX…
BAR
KONTAKT
DZIAŁ PNEUMATYKI
Robert Guniewski
Centrala firmy Gdańsk
SV – sygnał zadany (wejściowy)
PV – sygnał wyjściowy (z przetwornika ciśnienia)
B – przetwornik ciśnienia
BIULETYN INFORMACYJNY FIRMY BIBUS MENOS
/ [email protected] /