Пиезопневматични клапани: прецизност, мощност и конструктивни ограничения
Пиезопневматичните клапани предлагат ниска задържаща сила и прецизно пропорционално управление, но не са универсален заместител на соленоидните клапани. Това ръководство обхваща управляващата елект...
Пиезоелектрическите пневматични клапани преминават от специализирано оборудване за работа с газове към компактни възли за управление на налягането и потока. Предимствата им са очевидни: малки задвижващи механизми, много ниска мощност за задържане, ограничено топлоотделяне и прецизно пропорционално движение. Грешка е обаче тези предимства да се приемат като доказателство, че пиезоклапанът може да замени всеки соленоид на 24 VDC.
На практика клапанът, управляващата електроника, газовият път, сензорът и контурът за управление образуват един общ проектиран компонент. Изборът трябва да започне от необходимата функция и поведението при отказ, а не от типа задвижващ механизъм.
Как пиезобиметалът задвижва леглото на клапана
Пиезоелектрическата керамика се деформира, когато към нея се приложи електрическо поле. При пневматичния биметал керамиката е свързана с носач, така че малката деформация да се превърне в полезно движение на върха. Това движение може да повдигне уплътняващ елемент от леглото или да дозира отвор. По-високото напрежение обикновено води до по-голямо отклонение и по-голям поток в рамките на работния диапазон на устройството.
Биметалът с управление по напрежение осигурява малко, повторяемо движение при леглото на клапана. Медийни материали, предоставени от Festo и съхранявани в CDN на PLC ProTech.
Festo описва задвижващия механизъм като капацитивен товар: енергия е необходима основно за зареждането и разреждането му, докато за поддържане на заредено състояние е необходим малък или никакъв ток. Вътрешното пиезонапрежение може да бъде значително по-високо от захранването на панела от 24 VDC, затова са необходими специално проектирани електронни схеми.
Електрическият интерфейс не е обикновена соленоидна бобина
Много серийни продукти скриват високоволтовия каскад в контролер, който приема захранване 24 VDC и аналогова, цифрова или комуникационна команда. Инженерите не трябва да управляват директно необработен пиезоелемент от изход на PLC. Проверете входния импеданс, мащабирането на командата, галваничното разделяне, поведението по отношение на електромагнитната съвместимост, времето за разреждане и състоянието при отпадане на захранването.
Поведението при отказ зависи от конкретното устройство. Някои заредени задвижващи механизми могат временно да задържат преместването; вградената електроника може активно да ги разрежда, а пружинните или пневматичните сили могат да установят друго състояние. Никога не приемайте „отказ в отворено положение“, „отказ в затворено положение“ или „последно положение“ само въз основа на пиезотехнологията.
Къде пиезоклапаните превъзхождат конвенционалното задвижване
Прецизното дозиране на газ, компактното пропорционално регулиране на налягането, пилотното управление и колекторите с висока плътност се възползват от ниското топлоотделяне и малката постоянна консумация на електроенергия. Медицинското и лабораторното оборудване са често срещани примери, но промишлените приложения включват също работа с електроника, изпитване за течове, управление на опъна и плавно пневматично позициониране.
Регулирането със затворен контур съчетава дозиращия елемент със сензор за налягане или поток. Изборът на устройство за обратна връзка и обработката на сигнала са също толкова важни, колкото и самият клапан; ръководството на PLC ProTech за измервателната сигнална верига обяснява източниците на грешки между преобразувателя и контролера. Подходящият хардуер за подмяна може да бъде прегледан и в колекцията от преобразуватели при определяне на страната на обратната връзка при модернизация.
Ограниченията на потока и налягането определят дали концепцията може да се мащабира
Малкият биметал осигурява ограничен ход и сила. Производителите могат да комбинират елементи, да използват пилотни степени или да оптимизират геометрията на леглото, но всеки проект все пак има номинален диапазон на налягането, номинален поток, спецификация за течовете и изисквания към работната среда. Пиезоклапан, оразмерен за прецизен пилотен поток, не е автоматично подходящ за изпускане на голям цилиндър.
Сравнете целия работен диапазон: измененията на захранващото налягане, обема надолу по веригата, необходимото време за реакция, работния цикъл, допустимия теч и налягането, налично при минимално налягане в заводската пневматична мрежа. При затворен контур включете диапазона на сензора и честотата на обновяване на контролера.
Чистата среда и стабилната механика са от значение
Малките дозиращи хлабини са чувствителни към частици, кондензат, масло и отлагания. Потвърдете филтрацията, точката на оросяване, съвместимостта със средата и монтажната ориентация. Клапан, който работи добре с чист сух въздух, може да започне да променя характеристиките си или да пропуска, когато е монтиран след лошо поддържан главен тръбопровод.
Пиезоматериалите също проявяват хистерезис, пълзене и зависимост от температурата. Интегрираните продукти компенсират тези ефекти в различна степен. Инженерите трябва да проверят повторяемостта след загряване, при различни околни температури и след очаквания брой цикли, а не само при едно лабораторно условие.
Въвеждайте регулатора в експлоатация като контур
Започнете с обезточен клапан и проверете действителното пневматично състояние. Подайте команди на измерени стъпки, като записвате захранващото налягане, налягането или потока надолу по веригата, електрическия вход и времето за реакция. Изпитайте отпадане на командата, отпадане на захранването 24 VDC, блокиран изход, спад на захранването, отказ на сензора и резервния режим при загуба на комуникация.
Ако устройството е пропорционално, настройте външния контур едва след като потвърдите всеки вътрешен контур за управление. Два агресивно настроени контролера, работещи върху едно и също налягане, могат да предизвикат колебания. Осигурете видимост на диагностичните променливи и алармените граници на производителя в PLC или надзорната система.
Редакционна позиция: купувайте управляваната функция, а не задвижващия механизъм
PLC ProTech разглежда пиезоклапаните като силна възможност там, където топлоотделянето, енергията, размерът и пропорционалната прецизност са водещи фактори. Конвенционалните соленоидни и механични регулатори остават по-добрият избор за много приложения с голям поток, тежки условия или прости функции за включване и изключване.
Най-доброто сравнение е между цялостни функции при необходимия поток и състояние при отказ. Сравняването само на пиезобиметал със соленоидна бобина пренебрегва електрониката, измерването, филтрацията и поддръжката, които определят реалната стойност през жизнения цикъл.
Често задавани въпроси
Може ли изход на PLC да управлява пиезоклапан директно?
Обикновено не и не трябва да управлява необработен пиезоелемент. Използвайте драйвера на производителя или интегриран контролер на клапана, който приема указан интерфейс 24 VDC, аналогов или комуникационен.
Пиезоклапаните консумират ли нулева мощност, докато са отворени?
Задвижващият механизъм може да изисква почти никакъв ток за задържане, но вградената електроника, сензорите и комуникациите все пак консумират енергия. За оразмеряване на шкафа използвайте спецификацията на целия продукт.
Пиезоклапаните винаги ли са пропорционални?
Не. Пиезозадвижването поддържа пропорционално движение, но продуктите могат да бъдат проектирани за превключване, пилотно управление, регулиране на налягане или регулиране на поток. Потвърдете указаната преносна характеристика.
Кой е основният риск при монтажа?
Използването на технологията извън номиналните изисквания за поток, налягане, чистота на средата или състояние при отказ. Малко замърсяване или неправилен драйвер могат да имат по-голямо значение от теоретичната ефективност на задвижващия механизъм.