Dobór pneumatycznego sterowania zaworami i stanów bezpiecznych

Pneumatyczny zawór kierunkowy decyduje, dokąd może przepływać sprężone powietrze. Sposób uruchamiania decyduje o tym, jak zawór zmienia stan. Układy ręczne, mechaniczne, sterowane pilotem pneumatycznym i elektromagnetyczne mogą sterować podobnymi układami suwakowymi lub grzybkowymi.

Właściwy dobór zaczyna się od wymaganego toru przepływu. Inżynierowie muszą określić przyłącza, położenia, stan normalny, sposób powrotu, zapotrzebowanie na przepływ oraz bezpieczne zachowanie po utracie energii.

Najpierw określ funkcję zaworu

Zawór 2/2 ma dwa przyłącza i dwa położenia. Uruchamia lub zatrzymuje jeden tor przepływu. Zawór 3/2 zwykle steruje siłownikiem jednostronnego działania albo wysterowuje inny zawór. Zawór 5/2 przełącza tory doprowadzania ciśnienia i odprowadzania powietrza dla siłownika dwustronnego działania.

Zawór 5/3 ma dodatkowo położenie środkowe. W tym położeniu przyłącza mogą być odcięte, przyłącza siłownika mogą być odpowietrzane albo może być do nich doprowadzane ciśnienie według określonego schematu. Sprawdź symbol i dane producenta. Sama liczba przyłączy nie określa zachowania w położeniu środkowym.

Uruchamianie ręczne i mechaniczne

Przyciski, dźwignie, pedały i pokrętła zapewniają bezpośrednie sterowanie przez człowieka. Elementy rolkowe i trzpieniowe pozwalają na przełączanie zaworu przez ruch maszyny. Rozwiązania te działają bez polecenia elektrycznego i mogą uprościć lokalną konfigurację lub funkcje awaryjne.

Sterowanie ręczne nie zapewnia automatycznie bezpieczeństwa układu. Zawór z zatrzaskiem może pozostać w ostatnim położeniu po zwolnieniu elementu sterującego. Zawór ze sprężyną powrotną wraca po usunięciu siły. Wybór rozwiązania wpływa na zachowanie maszyny po przywróceniu ciśnienia.

Elementy mechaniczne wymagają prawidłowego ustawienia i skoku. Nadmierny skok może uszkodzić zawór lub mocowanie. Obciążenie boczne może powodować niestabilne przełączanie. Osłony muszą zapobiegać przypadkowemu uruchomieniu, a jednocześnie umożliwiać zamierzony dostęp.

Sterowanie bezpośrednie i pilotowe

Zawór sterowany bezpośrednio wykorzystuje siłę wejściową do przesunięcia głównego elementu przepływowego. Sprawdza się to przy mniejszych natężeniach przepływu. Zawór sterowany pilotem wykorzystuje mniejszy stopień sterujący do przesunięcia większego stopnia głównego.

Sterowanie pilotowe zmniejsza wymaganą siłę elektryczną lub mechaniczną po stronie elementu sterującego. W wielu konstrukcjach wprowadza jednak wymaganie minimalnego ciśnienia sterującego. Zawór sterowany pilotem może nie przełączyć się przy niskim ciśnieniu zasilania, nawet gdy jego cewka elektromagnetyczna jest zasilana.

Zewnętrzne zasilanie pilota oddziela ciśnienie sterujące od ciśnienia roboczego. Pomaga to w instalacjach próżniowych, obwodach niskociśnieniowych lub przy niestabilnym ciśnieniu głównym. Dodaje jednak przewody, przyłącza i punkty awarii, które należy uwzględnić na rysunkach.

Sterowanie elektromagnetyczne ze sterownika PLC

Cewka elektromagnetyczna przekształca prąd elektryczny w ruch mechaniczny. Cewka może bezpośrednio uruchamiać zawór główny albo sterować stopniem pilotowym. Sprawdź napięcie cewki, natężenie prądu, znamionowy tryb pracy, złącze, układ tłumienia przepięć i stopień ochrony środowiskowej.

Wyjście sterownika PLC musi być odpowiednie do obciążenia cewki. Sprawdź prąd ustalony i zachowanie podczas rozruchu. W razie potrzeby zastosuj przekaźnik pośredniczący, zgodnie z wydajnością wyjścia, zasadami separacji lub praktyką utrzymania ruchu. Powiązany sprzęt jest dostępny w kolekcji przekaźników przemysłowych.

Układ tłumienia ogranicza napięcie powstające po wyłączeniu cewki prądu stałego. Dioda zapewnia silne tłumienie, ale może spowalniać zwalnianie. Inne układy tłumiące mogą zapewniać szybsze zwalnianie kosztem wyższego przepięcia. Polaryzacja ma znaczenie, gdy złącze zawiera diodę lub wskaźnik.

Zachowanie zaworów z jedną i dwiema cewkami

Zawór z jedną cewką elektromagnetyczną często wykorzystuje powrót sprężynowy. Odłączenie zasilania przesuwa zawór w kierunku określonego położenia normalnego. Może to zapewniać przewidywalne zachowanie po utracie zasilania, ale położenie normalne musi odpowiadać ocenie ryzyka procesu.

Zawór z dwiema cewkami elektromagnetycznymi często jest bistabilny. Impuls do jednej cewki przesuwa suwak, a zawór może pozostać w tym położeniu po zaniku sygnału. Sterownik PLC nie może jednocześnie zasilać przeciwległych cewek, chyba że producent na to zezwala.

Zapamiętany stan może zaskoczyć zespoły utrzymania ruchu. Po cyklu wyłączenia i włączenia zasilania sterowania fizyczne położenie suwaka może nie odpowiadać zapamiętanemu poleceniu sterownika PLC. Logika rozruchu powinna ustalić i zweryfikować znany stan przed rozpoczęciem ruchu automatycznego.

Znaczenie przepływu, ciśnienia i odpowietrzania

Dobierz zawór do wymaganej prędkości siłownika przy realistycznym ciśnieniu. Małe złączki, długie przewody, tłumiki i ograniczenia w listwie mogą dominować nad spadkiem ciśnienia. Wartości przepływu z katalogu wymagają podania warunków testu i nie mogą zastąpić obliczeń obwodu.

Przeciwciśnienie na wylocie może spowalniać siłownik lub uniemożliwiać jego pełny powrót. Zanieczyszczone tłumiki powodują ukryte ograniczenia. Regulatory przepływu montowane na wylocie często zapewniają stabilną prędkość siłownika, ale właściwy układ zależy od kierunku obciążenia i charakterystyki ruchu.

Jakość powietrza wpływa na tarcie suwaka, uszczelnienia i kanały pilotowe. Postępuj zgodnie z instrukcjami producenta zaworu dotyczącymi filtracji i smarowania. Dodanie oleju do układu bezsmarowego może stworzyć długoterminową zależność od konserwacji.

Określ stan bezpieczny

Wyłączenie wyjścia elektrycznego nie musi oznaczać usunięcia energii pneumatycznej. Siłowniki, zbiorniki i zamknięte przewody mogą zachowywać ciśnienie. Grawitacja i siły zewnętrzne mogą poruszyć siłownikiem po odpowietrzeniu.

Ocena ryzyka musi określać odcięcie, zrzut ciśnienia, monitorowanie i zapobieganie nieoczekiwanemu ponownemu uruchomieniu. Zwykły zawór kierunkowy nie jest urządzeniem odcinającym o funkcji bezpieczeństwa bez odpowiedniej dokumentacji i architektury.

Uruchamiaj układ za pomocą obserwowalnych testów

Przed podaniem ciśnienia sprawdź symbol zaworu, oznaczenia przyłączy, dane cewki, przewody i orientację listwy. Jeśli proces na to pozwala, rozpocznij od obniżonego ciśnienia. Z ręcznego przesterowania korzystaj wyłącznie zgodnie z kontrolowaną procedurą.

Wydaj polecenie dla każdego stanu i potwierdź reakcję suwaka, kierunek ruchu siłownika, działanie czujników położenia krańcowego oraz odpowietrzanie. Zmierz ciśnienie w pobliżu siłownika podczas ruchu. Sprawny manometr zasilania może ukrywać poważne ograniczenie po stronie odbiornika.

Przetestuj utratę zasilania elektrycznego, utratę ciśnienia sterującego i przywrócenie dopływu powietrza. Potwierdź, że maszyna nie uruchamia się nieoczekiwanie. Zapisz normalny czas przełączania i prąd cewki na potrzeby późniejszego rozwiązywania problemów.

Rozwiązywanie problemów według toru energii

Jeśli wskaźnik cewki świeci, ale zawór się nie przełącza, zmierz napięcie na cewce pod obciążeniem. Następnie sprawdź ciśnienie sterujące, działanie ręcznego przesterowania i zanieczyszczenia. Kliknięcie nie potwierdza, że główny suwak się przesunął.

Jeśli zawór się przełącza, ale siłownik zatrzymuje się, sprawdź ciśnienie, ograniczenia na wylocie, przewody i obciążenie mechaniczne. Jeśli kierunek jest nieprawidłowy, porównaj przewody w instalacji z symbolem zaworu przed zmianą logiki sterownika PLC.

Firma Festo opisuje zawory kierunkowe jako urządzenia, które otwierają, blokują lub zmieniają kierunek przepływu sprężonego powietrza. Jej przegląd zaworów kierunkowych oddziela funkcję zaworu od sposobu uruchamiania. Powiązane urządzenia sprzężenia zwrotnego można znaleźć w kolekcji pozycjonerów zaworów.