Позиціонування виконавчих механізмів за допомогою пневмообладнання SMC Corporation
Підготовка стисненого повітря
Пневморозподільники
Клапани/ Фільтри
Пневмодроселі / зворотні клапани
Пневматичні циліндри/приводи
Різьбові з'єднання / трубки
Контрольно-вимірювальна апаратура
Вакуумне обладнання
Устаткування для змащування та обдування
Гідравлічне обладнання
Запірна арматура / кульові крани
Електромеханічний привід
Позиціонування виконавчих механізмів за допомогою пневмоустаткування SMC Corporation.
Для пневматики найбільш характерним є циклове управління виконавчим механізмом, при якому той повторює цикли переміщень від початкової точки до кінцевої та назад. Зупинки при цьому відбуваються, як правило, тільки в початковій і кінцевій точках. Існують засоби зупинки пневматичних виконавчих механізмів і в проміжних положеннях, насамперед з метою безпеки: механічні стопори, пневмозамки, трипозиційні пневморозподільники із закритим центром тощо. Однак вони не дозволяють здійснити позиціонування - такий тип управління рухом виконавчого механізму, при якому робоча ланка може зупинятися і утримуватися в точці із заданою координатою, що відповідає керуючому сигналу. Головна проблема позиціонування в пневматиці пов'язана зі стисливістю повітря, яка ускладнює дозоване переміщення робочої ланки, пропорційне зміні сигналу, що управляє, і його утримання в заданій точці.
Вирішення цієї проблеми дозволяють пневматиці завойовувати нові сфери застосування, успішно конкуруючи з гідравлікою та електромеханікою.
Такими рішеннями є, зокрема, пневматичні циліндри змагнітною шкалою та вбудованим гальмом, а також пневматичні та електропневматичні позиціонери.
Пневмоциліндри SMC з магнітною шкалою та гальмом (серії CE2, ML2B) дозволяють здійснювати дискретне позиціонування з точністю ±0.5 мм при швидкості руху поршня 100
500 мм/с. Ця функція виконується системою, що включає, поряд з циліндром, програмований контролер, що отримує сигнал зворотного зв'язку, і пневморозподільник, керований від контролера. Для підвищення точності зупинок програма контролера містить режим самонавчання, що дозволяє скоригувати момент подачі сигналу на гальмування з метою мінімізації перебігу.
Більше можливостей для позиціонування дає безперервне керування. Воно здійснюється за допомогою позиціонерів – пристроїв, що доповнюють виконавчі механізми та мінімізують неузгодженість між сигналами управління та зворотного зв'язку.
Спільним всім типів позиціонерів є наявність аналогового управляючого сигналу і негативної зворотний зв'язок. По ряду ознак позиціонери можна поділити на групи:
-за типом керованого виконавчого механізму - лінійні та поворотні,
- За характером керуючого сигналу - пневматичні (сигнал 0.2
1 бар) та електропневматичні (сигнал 4
-за типом зворотного зв'язку – механічні та електронні (сигнал від датчика зворотного зв'язку надходить на електронний блок керування позиціонера).
Розглянемо різноманітні типи позиціонерів SMC.
Лінійний пневматичний позиціонер IP200 призначений для пропорційного керування переміщенням пневмоциліндрового штока. Він складається з пневморозподільника, блоку управління та механізму зворотного зв'язку і тільки не встановлює шток у задану точку, але й утримує його в цій точціза зміни зовнішніх умов.
5-лінійний пневморозподільник містить притертий сталевий золотник, один торець якого підібганий пневмопружиною, а інший упирається в мембрану блоку управління. Прогинаючись під впливом керуючого тиску, мембрана переміщає золотник, у результаті перерозподіляються потоки повітря на порожнини пневмоциліндра. Керуючий тиск формується за допомогою системи «сопло-заслінка». Заслінка займає положення, що відповідає балансу двох сил: з одного боку, сили тиску пневматичного керуючого сигналу, що надходить ззовні, з іншого - зусилля розтягнутої пружини зворотного зв'язку, протилежний кінець якої з'єднаний зі штоком пневмоциліндра. При збільшенні вхідного пневмосигналу на деяку величину заслінка зміщується вліво (див. малюнок), притискаючись до торця сопла. Це призводить до зростання протитиску та, відповідно, керуючого тиску праворуч від мембрани. Остання натискає на торець золотника, зміщуючи його вліво, і повітря спрямовується в поршневу порожнину пневмоциліндра, одночасно стікаючи зі штокової порожнини. Шток починає висуватися, розтягуючи пружину зворотного зв'язку. Пружина відтягує заслінку від сопла, що призводить до зворотного зміщення золотника та зменшення подачі повітря в поршневу порожнину. Настає момент, коли шток зупиняється, причому його координата пропорційна величині вхідного пневматичного сигналу. Примусове зміщення штока викликає через пружину зміну балансу сил на заслінці та перерозподіл тисків у порожнинах пневмоциліндра. На поршні виникає зусилля, що сприяє поверненню штока задане положення.
Позиціонер IP200 працює у зв'язці з пневмоциліндрами діаметром 40
300 мм та довжиною ходу до 300 мм. Точність позиціонування становить±1% повного ходу. Швидкість руху поршня обмежена пропускною здатністю позиціонера та залежить від діаметра пневмоциліндра. При діаметрі пневмоциліндра 50 мм шток проходить відстань 100 мм за 1 секунду, а при діаметрі 160 мм - за 5 секунд.
SMC випускає готові складання, що містять позиціонер IP200, пневмоциліндр C92, C95, CP95, CS1 або CA2, елементи кріплення позиціонера та мідні труби з'єднувальні.
Пневматичний позиціонер IP5000/IP5100 має дві модифікації: перша призначена для керування лінійними виконавчими механізмами, друга поворотними.
Принцип пристрою та дії цього позиціонера аналогічний IP200: вхідний пневмосигнал 0.2
1 бар, система «сопло-заслінка», механічний зворотний зв'язок. Разом про те є й суттєві відмінності: клапанний тип пневморозподільника, важільний тип механізму зворотний зв'язок. Зворотний зв'язок між робочою ланкою виконавчого механізму та позиціонером механічний: при лінійному переміщенні через важіль, при поворотному через вал.
Точність позиціонування становить ±0.5% від повного діапазону, лінійне переміщення – до 85 мм, кут повороту – до 100 про.
Є виконання як для низьких (-30 ° С), так і для високих (+100 ° С) температур.
Електропневматичний позиціонер з механічним зворотним зв'язком IP8000/IP8100 містить електромагніт, що створює зусилля на заслінці, пропорційне керуючому електричному струму 4
Принцип устрою та дії.
При збільшенні струму, що управляє, електромагніт створює додаткове зусилля, що відводить сопло від заслінки. Падіння протитиску викликає зміщення діафрагми та втулки пневморозподільника вправо (див. малюнок), внаслідок чого відкривається клапан подачі А, і повітря спрямовуєтьсячерез вихід OUT1 у порожнину пневмоциліндра. Зміщення штока супроводжується поворотом важеля зворотного зв'язку, що призводить до посилення натягу пружини та зростання сили притискання заслінки до сопла. Шток зупиняється в новому положенні, що відповідає величині керуючого струму.
Позиціонер має виконання з вибухозахистом виду «іскробезпечний ланцюг», сертифікований в Україні, у тому числі для температур до 40оС. Ступінь захисту від пилу та вологи IP65.
SMART-позиціонер IP8001/IP8101 є модифікацією позиціонера IP8000/IP8100. Він також керується струмом 4
20 мА, однак механічний зворотний зв'язок замінено датчиком, пов'язаним з електронним блоком керування. Таким чином, блок управління порівнює вхідний сигнал із сигналом від датчика зворотного зв'язку та видає відповідні команди на пневморозподільник для мінімізації неузгодженості сигналів. Існує модифікація позиціонера із зовнішнім датчиком зворотного зв'язку. Для роботи в сучасних автоматичних системах керування позиціонер IP8001/IP8101 має виконання з HART-інтерфейсом.
На відміну від виконавчих механізмів, позиціонери SMC не відрізняються за типорозмірами. Тому при використанні позиціонерів у зв'язці з великими виконавчими механізмами можуть виникнути проблеми обмежень щодо довжини ходу та швидкодії. Це потребує спеціальних рішень.
Схема електропневматичного позиціонера
Збільшення довжини ходу.
Управління пневмоциліндром за допомогою поворотного електропневматичного позиціонера IP8100 і шарнірної тяги дозволяє здійснювати позиціонування при лінійному переміщенні більше 300 мм і з використанням електричного керуючого сигналу 4
20 мА (нагадаємо, що лінійний позиціонер IP200 має довжину ходу не більше 300 мм та керується пневматичним сигналом 0.2
На вал зворотного зв'язку позиціонера встановлюється ексцентрик, притиснутий до краю клиноподібного копіра, з'єднаного зі штоком. Під час руху штока копір переміщається, повертаючи ексцентрик і разом із ним вал позиціонера. Форми копіра та ексцентрика розраховані так, щоб залежність координати штока від керуючого струму була лінійною. Для кожної довжини ходу пневмоциліндра виготовляється копір.
3. Без позиціонера, за допомогою датчика зворотного зв'язку та програмованого контролера.
Пневмоциліндр має магнітну шкалу, за допомогою якої формується сигнал зворотного зв'язку, що надходить у контролер. Порівнюючи вхідний сигнал із сигналом зворотного зв'язку, контролер видає дискретні керуючі сигнали на пневморозподільник 5/3 із закритим центром, домагаючись мінімального неузгодженості. Ця схема відрізняється від згаданої вище схеми керування CE2 і ML2B тим, що рух штока зупиняється не вбудованим гальмом, а зовнішнім пневморозподільником.
Підсилювач пневматичного сигналу EIL100
Пропускна здатність позиціонера має межу, тому при роботі з великими виконавчими механізмами, заповнення порожнин яких потребує великої кількості повітря, виникають обмеження їх швидкодії. Для підвищення швидкодії виконавчого механізму застосовується підсилювач пневматичного сигналу EIL100 пристрій, що забезпечує подачу повітря при тиску, що дорівнює управляючому, але при витраті істотно більшому, ніж може пропустити позиціонер.
Таким чином, позиціонер стає джерелом пневматичного керуючого сигналу, а в порожнинувиконавчого механізму повітря надходить від основного джерела через підсилювач EIL100. Підсилювач може працювати з повітрям, що містить розпилену олію, що дозволяє змащувати виконавчий механізм, не забруднюючи повітря, що проходить через позиціонер.
Схема управління виконавчим механізмом
До складу пневмообладнання SMC для позиціонування входить низка допоміжних елементів, призначених для підвищення надійності та безпеки системи. Повітря, що подається на позиціонер, має проходити очищення, перш за все для забезпечення надійної роботи елемента «сопло-заслінка», дуже чутливого до забруднення повітря. Для цього рекомендується застосовувати прецизійний фільтр-регулятор серії EIW200, який забезпечує фільтрацію з тонкістю 5 мкм та стабілізацію тиску. На відміну від звичайних пристроїв такого типу, фільтр-регулятор EIW200 має підвищену стійкість до корозії та механічних впливів і має виконання на високу (до +100 0 С) та низьку (до -30 0 С) температури. З метою безпеки до складу системи управління може бути увімкнений клапан блокування EIL200. При падінні робочого тиску нижче допустимого рівня цей клапан, залежно від виконання, перекриває пневмолінію або з'єднує виконавчий механізм з резервним джерелом стисненого повітря для автоматичного приведення механізму у вихідне положення.
