Ar jūsų hidraulinės ar pneumatinės sistemos susiduria su lėta reakcija, nenuosekliu padėties nustatymu ar nepaaiškinamais valdymo svyravimais? Šios dažnos problemos dažnai kyla dėl netinkamo proporcinio vožtuvo parinkimo, todėl mažėja našumas, kyla kokybės problemų ir didėja energijos sąnaudos. Pasirinkus tinkamą proporcinį vožtuvą galima iš karto išspręsti šias kritines problemas.
Idealus proporcinis vožtuvas turi pasižymėti greitomis žingsninėmis reakcijos charakteristikomis, optimizuota negyvoji zona1 kompensaciją ir atitinkamą EMI atsparumo sertifikavimas2 jūsų darbo aplinkai. Norint tinkamai pasirinkti, reikia išmanyti atsako kreivės analizės metodus, negyvosios zonos parametrų optimizavimą ir apsaugos nuo elektromagnetinių trikdžių standartus, kad būtų užtikrintas patikimas ir tikslus valdymas.
Neseniai konsultavausi su plastiko liejimo liejimo gamintoju, kuris dėl slėgio kontrolės problemų susidūrė su nenuoseklia detalių kokybe. Įdiegus tinkamai parinktus proporcinius vožtuvus su optimizuotomis atsako charakteristikomis ir tuščiosios zonos kompensavimu, detalių atmetimo rodiklis sumažėjo nuo 3,8% iki 0,7%, o tai leido sutaupyti daugiau nei $215 000 eurų per metus. Leiskite pasidalyti tuo, ką išmokau apie tobulo proporcinio vožtuvo parinkimą jūsų taikymui.
Turinys
- Kaip analizuoti žingsnio reakcijos charakteristikas, kad būtų užtikrintas optimalus dinaminis veikimas
- Mirties zonos kompensavimo parametrų nustatymo vadovas, skirtas tiksliam valdymui
- EMI atsparumo sertifikavimo reikalavimai patikimam veikimui
Kaip analizuoti Žingsnio atsakas3 Optimalaus dinaminio našumo charakteristikos
Žingsninės reakcijos analizė yra labiausiai atskleidžiantis metodas, leidžiantis įvertinti proporcinio vožtuvo dinamines charakteristikas ir tinkamumą konkrečiam taikymui.
Žingsninio atsako kreivės grafiškai vaizduoja vožtuvo dinaminę elgseną, kai valdymo signalas keičiasi akimirksniu, atskleisdamos svarbiausias veikimo charakteristikas, įskaitant atsako laiką, viršijimą, nusistovėjimo laiką ir stabilumą. Tinkama šių kreivių analizė leidžia parinkti vožtuvus su optimaliomis dinaminėmis charakteristikomis, atitinkančias konkrečius taikymo reikalavimus, ir užkirsti kelią veikimo problemoms dar prieš montuojant.
Supratimas apie žingsnių reakcijos pagrindus
Prieš analizuodami atsako kreives, supraskite šias pagrindines sąvokas:
Kritinio žingsnio atsako parametrai
Parametras | Apibrėžimas | Tipinis diapazonas | Poveikis veiklos rezultatams |
---|---|---|---|
Reakcijos laikas | Laikas, per kurį pasiekiama 63% galutinės vertės | 5-100 ms | Pradinės sistemos reakcijos greitis |
Kilimo laikas | Laikas nuo 10% iki 90% galutinės vertės | 10-150 ms | Įjungimo greitis |
Peržengimas | Didžiausias nuokrypis nuo galutinės vertės | 0-25% | Stabilumas ir svyravimų galimybė |
Nusistovėjimo laikas | Laikas, per kurį galutinė vertė išlieka ±5% ribose | 20-300 ms | Bendras laikas, per kurį pasiekiama stabili padėtis |
Nuolatinės būsenos klaida | Nuolatinis nukrypimas nuo tikslo | 0-3% | Padėties nustatymo tikslumas |
Dažninis atsakas4 | Juostos plotis esant -3 dB amplitudei | 5-100 Hz | Gebėjimas vykdyti dinamiškas komandas |
Atsakymų tipai ir programos
Skirtingoms programoms reikalingos specifinės reakcijos charakteristikos:
Atsakymo tipas | Charakteristikos | Geriausios programos | Apribojimai |
---|---|---|---|
Kritiškai slopinamas | Nėra viršijimo, vidutinis greitis | Pozicionavimas, slėgio valdymas | Lėtesnė reakcija |
Nepakankamai slopinamas | Greitesnis atsakas su viršijimu | Srauto reguliavimas, greičio reguliavimas | Potencialus svyravimas |
Perdėtas slopinimas | Nėra viršijimo, lėtesnė reakcija | Tikslus jėgos valdymas | Lėtesnė bendra reakcija |
Optimaliai slopinamas | Minimalus viršijimas, geras greitis | Bendroji paskirtis | Reikia kruopštaus derinimo |
Žingsnio reakcijos testavimo metodikos
Yra keletas standartizuotų žingsnio reakcijos matavimo metodų:
Standartinis žingsnio reakcijos testas (suderinamas su ISO 10770-1)
Tai labiausiai paplitęs ir patikimiausias testavimo metodas:
Bandymų sąranka
- Sumontuokite vožtuvą ant standartizuoto bandymo bloko
- Prijunkite prie atitinkamo hidraulinio/pneumatinio maitinimo šaltinio
- Darbiniuose prievaduose sumontuokite didelės spartos slėgio jutiklius
- Prijungti tikslius srauto matavimo prietaisus
- Užtikrinti stabilų tiekimo slėgį ir temperatūrą
- Prijunkite didelės skiriamosios gebos komandų signalų generatorių
- Naudokite didelės spartos duomenų gavimą (ne mažiau kaip 1 kHz)Bandymo procedūra
- Inicializuokite vožtuvą neutralioje padėtyje
- Taikyti nurodytos amplitudės žingsnio komandą (paprastai 0-25%, 0-50%, 0-100%)
- Įrašykite vožtuvo ritės padėtį, srauto ir slėgio išėjimą
- Taikyti atvirkštinio žingsnio komandą
- Bandymas keliomis amplitudėmis
- Bandymas esant skirtingam darbiniam slėgiui
- Jei taikoma, išbandykite esant ekstremalioms temperatūromsDuomenų analizė
- Apskaičiuokite atsako laiką, kilimo laiką, nusistovėjimo laiką
- Nustatyti viršijimo procentinę dalį
- Apskaičiuokite nusistovėjusios būsenos paklaidą
- Nustatyti netiesiškumą ir asimetriją
- Palyginkite našumą skirtingomis darbo sąlygomis
Dažninių charakteristikų testavimas (Bode diagramos analizė)
Taikomosioms programoms, kurioms reikalinga dinaminė našumo analizė:
Bandymų metodika
- Taikyti sinusoidinius skirtingo dažnio įvesties signalus
- Matuokite išėjimo atsako amplitudę ir fazę
- Sukurti Bode grafiką (amplitudės ir fazės priklausomybė nuo dažnio)
- Nustatykite -3dB dažnių juostos plotį
- Nustatyti rezonansinius dažniusVeiklos rodikliai
- Juostos plotis: didžiausias dažnis su priimtinu atsaku
- Fazinis atsilikimas: Vėlavimas tam tikrais dažniais
- Amplitudės santykis: Išėjimo ir įėjimo dydžio santykis
- Rezonanso viršūnės: Potencialūs nestabilumo taškai
Žingsnių reakcijos kreivių aiškinimas
Žingsnio atsako kreivėse pateikiama vertingos informacijos apie vožtuvo veikimą:
Pagrindinės kreivės savybės ir jų reikšmė
Pradinis vėlavimas
- Plokščia sekcija iš karto po komandos
- Nurodo elektrinę ir mechaninę prastovą
- Trumpiau - geriau reaguojančioms sistemoms
- Paprastai 3-15 ms šiuolaikiniuose vožtuvuoseKylančios briaunos nuolydis
- Pradinės reakcijos statumas
- Nurodo vožtuvo greitėjimo galimybes
- Įtakos turi varomoji elektronika ir ritės konstrukcija
- Didesnis nuolydis užtikrina greitesnį sistemos atsakąViršnormatyvinės charakteristikos
- Didžiausias aukštis virš galutinės vertės
- Amortizavimo koeficiento rodmuo
- Didesnis viršijimas rodo mažesnį slopinimą
- Keli svyravimai rodo stabilumo problemasNusistovėjęs elgesys
- Artėjimo prie galutinės vertės modelis
- Rodo sistemos slopinimą ir stabilumą
- Sklandus priartėjimas idealiai tinka pozicionavimui
- Osciliacinis nusistovėjimas kelia problemų dėl tikslumoNuolatinės būsenos regionas
- Galutinė stabili kreivės dalis
- Nurodo skiriamąją gebą ir stabilumą
- Turėtų būti plokščias, su minimaliu triukšmu
- Nedideli svyravimai rodo valdymo problemas
Dažniausiai pasitaikančios reakcijos problemos ir priežastys
Atsakymo problema | Vizualinis indikatorius | Dažniausios priežastys | Poveikis našumui |
---|---|---|---|
Pernelyg ilgas neveikimo laikas | Ilga plokščia pradinė dalis | Elektros vėlavimas, didelė trintis | Sumažėjusi sistemos reakcija |
Didelis viršijimas | Aukšta viršūnė virš tikslo | Nepakankamas slopinimas, didelis stiprinimas | Galimas nestabilumas, tikslų viršijimas |
Osciliacija | Daugybė viršūnių ir slėnių | Grįžtamojo ryšio problemos, netinkamas slopinimas | Nestabilus veikimas, nusidėvėjimas, triukšmas |
Lėtas kilimas | Laipsniškas nuolydis | Nepakankamo dydžio vožtuvas, maža varomoji galia | Vangus sistemos atsakas |
Nelinijiškumas | Skirtinga reakcija į vienodus žingsnius | ritės konstrukcijos problemos, trintis | Nenuoseklus veikimas |
Asimetrija | Skirtingas atsakas kiekviena kryptimi | Nesubalansuotos jėgos, spyruoklių problemos | Krypties našumo pokyčiai |
Konkrečios paraiškos atsakymo reikalavimai
Skirtingoms programoms keliami skirtingi žingsnio reakcijos reikalavimai:
Judesio valdymo programos
Pozicionavimo sistemoms ir judesio valdymui:
- Greitas atsako laikas (paprastai <20 ms)
- Minimalus viršijimas (<5%)
- Trumpas nusistovėjimo laikas
- Didelė padėties skiriamoji geba
- Simetriškas atsakas abiem kryptimis
Slėgio valdymo programos
Slėgiui reguliuoti ir jėgai valdyti:
- Priimtinas vidutinis atsako laikas (20-50 ms)
- Minimalus kritinis viršijimas (<2%)
- Puikus pastovios būsenos stabilumas
- Gera skiriamoji geba esant žemiems komandų signalams
- Minimali histerezė
Srauto valdymo programos
Greičio reguliavimui ir srauto reguliavimui:
- Svarbus greitas atsako laikas (10-30 ms)
- Priimtinas vidutinis viršijimas (5-10%)
- Linijinės srauto charakteristikos
- Platus valdymo diapazonas
- Geras stabilumas esant mažiems srautams
Atvejo analizė: Žingsnio atsako optimizavimas
Neseniai dirbau su plastiko liejimo liejimo gamintoju, kuriam teko susidurti su nenuosekliu detalių svoriu ir matmenimis. Atlikus jų proporcinio slėgio valdymo vožtuvų analizę paaiškėjo, kad:
- Per ilgas atsako laikas (85 ms, palyginti su reikalaujamais 30 ms)
- Didelis viršijimas (18%), sukeliantis slėgio šuolius
- Prastas nusistovėjimo elgesys su nuolatiniu svyravimu
- Asimetriška reakcija į slėgio didėjimą ir mažėjimą
Įdiegus vožtuvus su optimizuotomis žingsninio atsako charakteristikomis:
- Sumažintas atsako laikas iki 22 ms
- Sumažintas viršijimas iki 3,5%
- Pašalinti nuolatiniai svyravimai
- Pasiektas simetriškas atsakas abiem kryptimis
Rezultatai buvo reikšmingi:
- Dalies svorio svyravimas sumažintas 68%
- Matmenų stabilumas pagerintas naudojant 74%
- Ciklo trukmė sutrumpėjo 0,8 sekundės
- Per metus sutaupoma maždaug $215,000
- Investicijų grąža pasiekta per mažiau nei 4 mėnesius
Mirties zonos kompensavimo parametrų nustatymo vadovas, skirtas tiksliam valdymui
Mirties zonos kompensavimas yra labai svarbus siekiant tikslaus proporcinių vožtuvų valdymo, ypač esant mažiems komandiniams signalams, kai vožtuvams būdingos mirties zonos gali turėti didelę įtaką našumui.
Negyvosios zonos kompensavimo parametrai keičia valdymo signalą taip, kad būtų neutralizuota būdinga nereagavimo sritis ties vožtuvo nuline padėtimi, taip pagerinant mažo signalo atsaką ir bendrą sistemos tiesiškumą. Norint pasiekti idealią reakcijos ir stabilumo pusiausvyrą visame valdymo diapazone, reikia sistemingai atlikti bandymus ir optimizuoti parametrus.
Mirusiosios zonos pagrindų supratimas
Prieš įgyvendindami kompensavimą, supraskite šias pagrindines sąvokas:
Kas lemia negyvąją zoną proporciniuose vožtuvuose?
Negyvoji zona atsiranda dėl kelių fizinių veiksnių:
Statinė trintis (sukibimas)
- Trinties jėgos tarp ritės ir vamzdžio
- Turi būti įveiktas prieš pradedant judėjimą
- Didėja užterštumas ir dėvėjimasisPersidengimo dizainas
- Sąmoningas ritės žemės persidengimas nuotėkio kontrolei
- Sukuriama mechaninė negyvoji juosta
- Skiriasi priklausomai nuo vožtuvo konstrukcijos ir naudojimoMagnetinė histerezė
- Solenoido reakcijos netiesiškumas
- Sukuriama elektrinė negyvoji juosta
- Kinta priklausomai nuo temperatūros ir gamybos kokybėsPirminė spyruoklės apkrova
- Centravimo spyruoklės jėga
- Turi būti įveiktas prieš ritės judėjimą
- Priklauso nuo spyruoklės konstrukcijos ir reguliavimo
Negyvosios zonos poveikis sistemos veikimui
Dėl nekompensuotos negyvosios zonos kyla keletas kontrolės problemų:
Problema | Aprašymas | Poveikis sistemai | Sunkumas |
---|---|---|---|
Prasta reakcija į mažus signalus | Nedidelių komandų pakeitimų išvesties nėra | Sumažintas tikslumas, "lipnus" valdymas | Aukštas |
Nelinijinis atsakas | Nenuoseklus prieaugis visame diapazone | Sudėtingas derinimas, nenuspėjamas elgesys | Vidutinis |
Apriboti važiavimą dviračiu | Nuolatinė medžioklė aplink nustatytąją vertę | Didesnis nusidėvėjimas, triukšmas, energijos suvartojimas | Aukštas |
Padėties klaida | Nuolatinis poslinkis nuo tikslo | Kokybės problemos, nenuoseklus veikimas | Vidutinis |
Asimetrinis veikimas | Skirtingas elgesys kiekviena kryptimi | Sistemos atsako kryptinis nuokrypis | Vidutinis |
Negyvosios zonos matavimo metodikos
Prieš kompensavimą tiksliai išmatuokite negyvąją zoną:
Standartinė negyvosios zonos matavimo procedūra
Bandymų sąranka
- Montuokite vožtuvą ant bandymo bloko su standartinėmis jungtimis
- Prijungti tikslų srauto arba padėties matavimą
- Užtikrinti stabilų tiekimo slėgį ir temperatūrą
- Naudokite didelės skiriamosios gebos komandų signalų generatorių
- Įdiegti duomenų rinkimo sistemąMatavimo procesas
- Pradėkite nuo neutralios padėties (nulinė komanda)
- Lėtai didinkite komandą mažais žingsniais (0,1%)
- Komandos vertės įrašymas, kai prasideda išmatuojama išvestis
- Pakartokite priešinga kryptimi
- Bandymas esant įvairiems slėgiams ir temperatūroms
- Pakartokite kelis kartus, kad būtų užtikrintas statistinis pagrįstumasDuomenų analizė
- Apskaičiuokite vidutinę teigiamą ribą
- Apskaičiuoti vidutinę neigiamą ribą
- Nustatykite bendrą negyvosios zonos plotį
- Įvertinkite simetriją (teigiama ir neigiama)
- Įvertinti skirtingų sąlygų nuoseklumą
Pažangūs apibūdinimo metodai
Išsamesnė negyvosios zonos analizė:
Histerezės kilpos atvaizdavimas
- Lėtai didėjantis ir mažėjantis signalas
- Viso ciklo išvesties ir įvesties grafikas
- Histerezės kilpos pločio matavimas
- Nustatyti negyvąją zoną histerezės modelyjeStatistinis apibūdinimas
- Atlikite kelis ribinius matavimus
- Apskaičiuokite vidurkį ir standartinį nuokrypį
- Nustatyti pasikliautinuosius intervalus
- Įvertinti jautrumą temperatūrai ir slėgiui
Negyvosios zonos kompensavimo strategijos
Egzistuoja keli negyvosios zonos kompensavimo būdai:
Fiksuoto poslinkio kompensavimas
Paprasčiausias metodas, tinkamas pagrindinėms programoms:
Įgyvendinimas
- Pridėti fiksuotą poslinkį prie komandos signalo
- Poslinkio vertė = išmatuota negyvoji zona / 2
- Taikyti su atitinkamu ženklu (+ arba -)
- Įdiegti valdymo programinėje įrangoje arba pavaros elektronikojePrivalumai
- Paprastas įgyvendinimas
- Reikalingas minimalus skaičiavimas
- Lengva reguliuoti laukeApribojimai
- Neprisitaiko prie besikeičiančių sąlygų
- Kai kuriuose veikimo taškuose gali būti per daug kompensuojamas
- Jei nustatytas per aukštas parametras, gali sukelti nestabilumą
Adaptyvus negyvosios zonos kompensavimas
Sudėtingesnis metodas sudėtingoms programoms:
Įgyvendinimas
- Nuolat stebėkite vožtuvo reakciją
- Dinamiškai reguliuoti kompensavimo parametrus
- Įgyvendinti mokymosi algoritmus
- Kompensuoti temperatūros ir slėgio poveikįPrivalumai
- Prisitaiko prie besikeičiančių sąlygų
- Kompensuoja nusidėvėjimą laikui bėgant
- Optimizuoja našumą visame veikimo diapazoneApribojimai
- Sudėtingesnis įgyvendinimas
- Reikalingi papildomi jutikliai
- Nestabilumo galimybė, jei blogai sureguliuota
Paieškos lentelės kompensavimas
Veiksminga vožtuvams su nelinijinėmis arba asimetrinėmis tuščiosiomis zonomis:
Įgyvendinimas
- Sukurti išsamų vožtuvo apibūdinimą
- Sukurti daugiamatę paieškos lentelę
- Įtraukti slėgio ir temperatūros kompensavimą
- Interpoliuoti tarp išmatuotų taškųPrivalumai
- Tvarko sudėtingus netiesiškumus
- Gali kompensuoti asimetriją
- Geros eksploatacinės savybės visame veikimo diapazoneApribojimai
- Reikalingas išsamus apibūdinimas
- Daug atminties ir duomenų apdorojimo sąnaudų
- Sudėtinga atnaujinti dėl vožtuvo nusidėvėjimo
Negyvosios zonos parametrų optimizavimo procesas
Vadovaukitės šiuo sisteminiu metodu, kad optimizuotumėte negyvosios zonos kompensavimą:
Žingsnis po žingsnio parametrų optimizavimas
Pradinis apibūdinimas
- Išmatuokite pagrindinius negyvosios zonos parametrus
- Dokumentuoti darbo sąlygų poveikį
- Nustatyti simetrijos ir asimetrijos charakteristikas
- Kompensavimo metodo nustatymasPradinė parametrų sąranka
- Nustatykite kompensaciją į 80% išmatuotos negyvosios zonos
- Įgyvendinti pagrindines teigiamas ir neigiamas ribas
- Minimaliai išlyginkite ir (arba) išlyginkite
- Pagrindinio funkcionalumo testavimasTikslaus derinimo procesas
- Mažo signalo žingsnio reakcijos testas
- Sureguliuokite slenkstines vertes, kad būtų pasiektas optimalus atsakas
- Reagavimo ir stabilumo pusiausvyra
- Bandymas visame signalo diapazonePatvirtinimo bandymai
- Patikrinkite veikimą naudodami tipinius komandų modelius
- Bandymas esant ekstremalioms darbo sąlygoms
- Patvirtinkite stabilumą ir tikslumą
- Galutiniai dokumento parametrai
Kritiniai derinimo parametrai
Pagrindiniai parametrai, kuriuos reikia optimizuoti:
Parametras | Aprašymas | Tipinis diapazonas | Derinimo poveikis |
---|---|---|---|
Teigiama riba | Komandos poslinkis teigiama kryptimi | 1-15% | Turi įtakos reakcijai į priekį |
Neigiama riba | Komandos poslinkis neigiamai krypčiai | 1-15% | Turi įtakos atvirkštiniam atsakui |
Pereinamasis nuolydis | Pokyčio greitis negyvojoje zonoje | 1-5 prieaugis | Turi įtakos lygumui |
Dither5 amplitudė | Nedideli svyravimai, kad sumažėtų slydimas | 0-3% | Sumažina strigimo poveikį |
Diterio dažnis | Dither signalo dažnis | 50-200 Hz | Optimizuojamas slydimo mažinimas |
Kompensacijos riba | Didžiausia taikoma kompensacija | 5-20% | Užkerta kelią per didelėms kompensacijoms |
Dažniausiai pasitaikančios negyvosios zonos kompensavimo problemos
Atkreipkite dėmesį į šias dažnai pasitaikančias problemas sąrankos metu:
Kompensacijos perviršis
- Simptomai: Svyravimas, nestabilumas esant mažiems signalams
- Priežastis: Per didelės ribinės vertės
- Sprendimas: Palaipsniui mažinkite slenksčio nustatymusNepakankama kompensacija
- Simptomai: Nuolatinė negyvoji zona, prasta reakcija į mažus signalus
- Priežastis: Nepakankamos ribinės vertės
- Sprendimas: Palaipsniui didinkite slenksčio nustatymusAsimetrinis kompensavimas
- Simptomai: Simptomai: skirtinga reakcija teigiama ir neigiama kryptimi
- Priežastis: Nevienodi slenksčio nustatymai
- Sprendimas: Nepriklausomas teigiamų ir neigiamų slenksčių reguliavimasJautrumas temperatūrai
- Simptomai: Veikimas keičiasi priklausomai nuo temperatūros
- Priežastis: Fiksuota kompensacija su temperatūrai jautriu vožtuvu
- Sprendimas: Įdiegti temperatūros kompensavimo reguliavimą
Atvejo analizė: Negyvosios zonos kompensavimo optimizavimas
Neseniai dirbau su lakštinio metalo formavimo preso gamintoju, kuriam dėl prasto slėgio valdymo, esant žemiems komandiniams signalams, buvo nustatyti nenuoseklūs detalių matmenys.
Atlikta analizė atskleidė:
- Didelė negyvoji zona (8,5% komandų diapazono)
- Asimetriškas atsakas (10,2% teigiamas, 6,8% neigiamas)
- Jautrumas temperatūrai (30% negyvosios zonos padidėjimas įjungus šaltą variklį)
- Nuolatinis ribinių verčių svyravimas aplink nustatytąją vertę
Įgyvendinant optimizuotą negyvosios zonos kompensavimą:
- Sukurtas asimetrinis kompensavimas (9,7% teigiamas, 6,5% neigiamas)
- Įdiegtas temperatūra pagrįstas reguliavimo algoritmas
- Pridėtas minimalus ditheris (1,8% esant 150 Hz dažniui)
- Tiksliai sureguliuotas pereinamasis nuolydis, kad reakcija būtų sklandi
Rezultatai buvo reikšmingi:
- Pašalintas ribinis važiavimo dviračiu elgesys
- 85% pagerintas mažo signalo atsakas
- Sumažintas slėgio kitimas naudojant 76%
- Didesnis matmenų nuoseklumas pagal 82%
- Sumažintas apšilimo laikas 67%
EMI atsparumo sertifikavimo reikalavimai patikimam veikimui
Elektromagnetiniai trikdžiai (EMI) gali turėti didelę įtaką proporcinių vožtuvų veikimui, todėl norint užtikrinti patikimą jų veikimą pramoninėje aplinkoje, labai svarbus tinkamas atsparumo sertifikavimas.
EMI atsparumo sertifikavimu tikrinamas proporcinio vožtuvo gebėjimas išlaikyti nustatytą veikimą veikiant elektromagnetiniams trikdžiams, kurie paprastai būdingi pramoninei aplinkai. Tinkamas sertifikavimas užtikrina, kad vožtuvai patikimai veiks nepaisant netoliese esančios elektros įrangos, elektros energijos svyravimų ir belaidžio ryšio, todėl išvengiama paslaptingų valdymo problemų ir pertraukiamų gedimų.
Proporcinių vožtuvų EMI pagrindų supratimas
Prieš pasirinkdami pagal EMI sertifikatą, supraskite šias pagrindines sąvokas:
EMI šaltiniai pramoninėje aplinkoje
Bendrieji šaltiniai, galintys turėti įtakos vožtuvo veikimui:
Elektros energijos sistemos trikdžiai
- Įtampos šuoliai ir pereinamieji procesai
- Harmoninis iškraipymas
- Įtampos kritimai ir pertrūkiai
- Maitinimo dažnio svyravimaiSpinduliavimas
- Kintamo dažnio pavaros
- Suvirinimo įranga
- Belaidžio ryšio prietaisai
- Komutaciniai maitinimo šaltiniai
- Variklio komutacijaLaidieji trukdžiai
- Įžeminimo kilpos
- Bendrosios varžos jungtis
- Signalinės linijos trukdžiai
- Elektros linijos triukšmasElektrostatinis išmetimas
- Personalo judėjimas
- Medžiagų tvarkymas
- Sausa aplinka
- Izoliacinės medžiagos
EMI poveikis proporcingojo vožtuvo veikimui
Elektros elektromagnetinė spinduliuotė gali sukelti keletą specifinių proporcinių vožtuvų problemų:
EMI poveikis | Poveikis našumui | Simptomai | Tipiniai šaltiniai |
---|---|---|---|
Komandos signalo pažeidimas | Netaisyklingas padėties nustatymas | Netikėti judesiai, nestabilumas | Signalinio kabelio trukdžiai |
Grįžtamojo ryšio signalo trukdžiai | Prastas uždarosios kilpos valdymas | svyravimai, medžioklė | Jutiklio laidų ekspozicija |
Mikroprocesoriaus nustatymai iš naujo | Laikinas kontrolės praradimas | Pertraukiami išjungimai, pakartotinis inicijavimas | Didelės energijos pereinamieji procesai |
Vairuotojo pakopos gedimas | Netinkama išėjimo srovė | Vožtuvo dreifas, netikėta jėga | Elektros linijos trikdžiai |
Komunikacijos klaidos | Nuotolinio valdymo praradimas | Komandos laiko pertraukos, parametrų klaidos | Tinklo trikdžiai |
EMI atsparumo standartai ir sertifikavimas
EMI atsparumo reikalavimus reglamentuoja keli tarptautiniai standartai:
Pagrindiniai pramoninių vožtuvų EMI standartai
Standartinis | Focus | Bandymų tipai | Paraiška |
---|---|---|---|
IEC 61000-4-2 | Elektrostatinis išmetimas | Kontaktinis ir oro išmetimas | Žmonių sąveika |
IEC 61000-4-3 | Radiacinis atsparumas radijo bangoms | RF lauko poveikis | Belaidis ryšys |
IEC 61000-4-4 | Greiti elektriniai pereinamieji procesai | Pertrūkiniai pereinamieji procesai maitinimo ir (arba) signalo metu | Perjungimo įvykiai |
IEC 61000-4-5 | Atsparumas viršįtampiams | Didelės energijos šuoliai | Žaibas, maitinimo perjungimas |
IEC 61000-4-6 | laidusis atsparumas radijo dažniams | radijo dažniai, sujungti su kabeliais | Kabeliu perduodami trikdžiai |
IEC 61000-4-8 | Galios dažnio magnetinis laukas | Magnetinio lauko poveikis | Transformatoriai, didelės srovės |
IEC 61000-4-11 | Įtampos kritimai ir pertrūkiai | Maitinimo šaltinio svyravimai | Elektros energijos sistemos įvykiai |
Imuniteto lygių klasifikacijos
Standartiniai atsparumo lygiai, apibrėžti IEC 61000 serijoje:
Lygis | Aprašymas | Tipinė aplinka | Paraiškų pavyzdžiai |
---|---|---|---|
1 lygis | Pagrindinis | Gerai apsaugota aplinka | Laboratorinė, bandymų įranga |
2 lygis | Standartinis | Lengvoji pramonė | Bendroji gamyba |
3 lygis | Patobulinta | Pramonės | Sunkioji gamyba, šiek tiek lauko |
4 lygis | Pramonės | Sunkioji pramonė | Atšiaurios pramoninės, lauko sąlygos |
X lygis | Specialus | Pasirinktinė specifikacija | Karinė, ekstremali aplinka |
EMI atsparumo bandymų metodai
Supratimas, kaip bandomi vožtuvai, padeda pasirinkti tinkamus sertifikavimo lygius:
Elektrostatinio išlydžio (ESD) bandymai - IEC 61000-4-2
Bandymų metodika
- Tiesioginio kontakto iškrova į laidžias dalis
- Oro išleidimas į izoliacinius paviršius
- Nustatytos kelios iškrovimo vietos
- Keli iškrovos lygiai (paprastai 4, 6, 8 kV)Veiklos kriterijai
- A klasė: įprastas veikimas pagal specifikacijas
- B klasė: laikinas pablogėjimas, savaime atsistatantis
- C klasė: laikinas pablogėjimas, reikia intervencijos
- D klasė: Funkcijos praradimas, kurio neįmanoma atkurti
Radiacinio atsparumo radijo bangoms bandymas - IEC 61000-4-3
Bandymų metodika
- Radijo dažnių laukų poveikis beechoinėje kameroje
- Dažnių diapazonas paprastai nuo 80 MHz iki 6 GHz
- Lauko stipris nuo 3 V/m iki 30 V/m
- Kelios antenos padėtys
- Moduliuoti ir nemoduliuoti signalaiKritiniai bandymo parametrai
- Lauko stipris (V/m)
- Dažnių diapazonas ir šlavimo dažnis
- Moduliacijos tipas ir gylis
- Poveikio trukmė
- Veiklos stebėjimo metodas
Elektrinių greitųjų pereinamųjų procesų (EFT) bandymas - IEC 61000-4-4
Bandymų metodika
- Pertrūkinių pereinamųjų vyksmų įsiurbimas į maitinimo ir signalų linijas
- Sprogimo dažnis paprastai 5 kHz arba 100 kHz
- Įtampos lygiai nuo 0,5 kV iki 4 kV
- Sujungimas per talpinį gnybtą arba tiesioginis sujungimas
- Kelių serijų trukmė ir pasikartojimo dažnisVeiklos stebėjimas
- Nuolatinis veikimo stebėjimas
- Komandos signalo atsako sekimas
- Padėties / slėgio / srauto stabilumo matavimas
- Klaidų aptikimas ir registravimas
Tinkamų atsparumo elektromagnetinei trikdžių spinduliuotei lygių parinkimas
Vadovaukitės šiuo metodu, kad nustatytumėte reikiamą imuniteto sertifikavimą:
Aplinkos klasifikavimo procesas
Aplinkos vertinimas
- Nustatykite visus EMI šaltinius įrengimo zonoje
- Nustatyti artumą didelės galios įrangai
- Įvertinti elektros energijos kokybės istoriją
- Apsvarstykite belaidžio ryšio įrenginius
- Įvertinti elektrostatinio išlydžio potencialąTaikymo jautrumo analizė
- Nustatyti vožtuvo gedimo pasekmes
- Nustatyti svarbiausius veiklos parametrus
- Įvertinti poveikį saugai
- Įvertinti nesėkmių ekonominį poveikįMinimalaus atsparumo lygio pasirinkimas
- Aplinkos klasifikacijos atitikimas imuniteto lygiui
- Apsvarstykite saugos atsargas svarbiausioms programoms
- Nuorodos į konkrečios pramonės šakos rekomendacijas
- Istorinių rezultatų apžvalga panašiose programose
Specifiniai taikomosios programos imuniteto reikalavimai
Taikymo tipas | Rekomenduojami minimalūs lygiai | Kritiniai bandymai | Specialūs aspektai |
---|---|---|---|
Bendroji pramonė | 3 lygis | EFT, laidusis radijo dažnis | Elektros linijų filtravimas |
Mobilioji įranga | 3/4 lygis | Spinduliuojamoji radijo dažnių spinduliuotė, ESD | Antenos artumas, vibracija |
Suvirinimo aplinka | 4 lygis | EFT, Virpesiai, Magnetinis laukas | Didelės srovės impulsai |
Proceso valdymas | 3 lygis | laidus radijo dažnis, įtampos kritimai | Ilgi signaliniai kabeliai |
Lauko įrenginiai | 4 lygis | Viršsroviai, spinduliuotoji radijo dažnių srovė | Apsauga nuo žaibo |
Saugai svarbūs | 4+ lygis | Visi bandymai su marža | Perteklinis darbas, stebėjimas |
EMI poveikio mažinimo strategijos
Kai sertifikuotas imunitetas yra nepakankamas aplinkai:
Papildomi apsaugos metodai
Ekranavimo patobulinimai
- Metaliniai elektronikos korpusai
- Kabelių ekranavimas ir tinkamas užbaigimas
- Vietinis jautrių komponentų ekranavimas
- Laidžios tarpinės ir sandarikliaiĮžeminimo optimizavimas
- Vieno taško įžeminimo architektūra
- Mažos varžos įžeminimo jungtys
- Įžeminimo plokštumos įgyvendinimas
- Signalo ir maitinimo žemių atskyrimasFiltravimo patobulinimai
- Elektros linijų filtrai
- Signalų linijos filtrai
- Bendrojo režimo droseliai
- Feritiniai slopintuvai ant kabeliųĮrengimo praktika
- Atskyrimas nuo EMI šaltinių
- Ortogonalios kabelių sankryžos
- Vytos poros signalo laidai
- Atskiri maitinimo ir signalų kanalai
Atvejo analizė: EMI atsparumo gerinimas
Neseniai konsultavausi su plieno perdirbimo įmone, kurios hidraulinėse žirklėse su pertrūkiais sutriko proporcinio vožtuvo veikimas. Vožtuvai buvo sertifikuoti pagal 2 atsparumo lygį, tačiau buvo sumontuoti šalia didelių kintamojo dažnio pavarų.
Atlikta analizė atskleidė:
- Reikšmingas greta esančių VFD skleidžiamas spinduliavimas
- Elektros linijų laidieji trukdžiai
- Įžeminimo kontūro problemos valdymo laiduose
- Pertraukiamos vožtuvo padėties klaidos suvirinimo aparatui veikiant
Įgyvendindami išsamų sprendimą:
- Atnaujinti iki 4 lygio imuniteto sertifikuoti vožtuvai
- Įrengtas papildomas elektros linijų filtravimas
- Įdiegtas tinkamas kabelių ekranavimas ir nukreipimas
- Ištaisyta įžeminimo architektūra
- Kritiniuose taškuose pridėti feritiniai slopintuvai
Rezultatai buvo reikšmingi:
- Pašalinti periodiniai vožtuvų gedimai
- Sumažintos padėties paklaidos 95%
- Geresnis pjovimo kokybės nuoseklumas
- Pašalinti gamybos prastovos atvejai
- Pasiekta investicijų grąža per mažiau nei 3 mėnesius dėl sumažėjusio atliekų kiekio
Išsami proporcingųjų vožtuvų pasirinkimo strategija
Norėdami parinkti optimalų proporcinį vožtuvą bet kokiam taikymui, vadovaukitės šiuo integruotu požiūriu:
Nustatyti dinaminio veikimo reikalavimus
- Nustatykite reikiamą atsako laiką ir nusistovėjimo elgseną
- Nustatyti priimtinas viršijimo ribas
- Nustatykite skiriamosios gebos ir tikslumo poreikius
- Apibrėžti darbinio slėgio ir srauto diapazonusVeiklos aplinkos analizė
- Apibūdinti EMI aplinkos klasifikaciją
- Temperatūros diapazono ir svyravimų nustatymas
- Įvertinti taršos potencialą
- Įvertinti elektros energijos kokybę ir stabilumąPasirinkite tinkamą vožtuvo technologiją
- Pasirinkite vožtuvo tipą pagal dinaminius reikalavimus
- EMI atsparumo lygį pasirinkite pagal aplinką
- Nustatyti negyvosios zonos kompensavimo poreikius
- Atsižvelkite į temperatūros stabilumo reikalavimusPatvirtinti pasirinkimą
- Peržiūrėkite žingsnio atsako charakteristikas
- Patikrinkite EMI sertifikavimo tinkamumą
- Patvirtinkite negyvosios zonos kompensavimo galimybę
- Apskaičiuokite tikėtiną našumo pagerėjimą
Integruota atrankos matrica
Paraiškų teikimo reikalavimai | Rekomenduojamos atsako charakteristikos | Negyvosios zonos kompensavimas | EMI atsparumo lygis |
---|---|---|---|
Didelio greičio judesio valdymas | <20 ms atsakas, <5% viršijimas | Prisitaikanti kompensacija | 3/4 lygis |
Tikslus slėgio valdymas | <50 ms atsakas, <2% viršijimas | Paieškos lentelės kompensavimas | 3 lygis |
Bendras srauto valdymas | <30 ms atsakas, <10% viršijimas | Fiksuoto poslinkio kompensavimas | 2/3 lygis |
Saugai svarbios taikomosios programos | <40 ms atsakas, kritiškai slopinamas | Stebimas kompensavimas | 4 lygis |
Mobilioji įranga | <25 ms atsakas, stabili temperatūra | Prisitaikantis prie temperatūros | 4 lygis |
Išvada
Norint pasirinkti optimalų proporcinį vožtuvą, reikia išmanyti žingsninio atsako charakteristikas, tuščiosios zonos kompensavimo parametrus ir atsparumo elektromagnetinei spinduliuotei sertifikavimo reikalavimus. Taikydami šiuos principus, galite pasiekti jautrų, tikslų ir patikimą valdymą bet kurioje hidraulinėje ar pneumatinėje srityje.
DUK apie proporcinio vožtuvo parinkimą
Kaip nustatyti, ar mano programai reikia greito žingsninio atsako, ar minimalaus viršijimo?
Išanalizuokite pagrindinį savo taikomosios programos kontrolės tikslą. Pozicionavimo sistemose, kuriose tikslo tikslumas yra labai svarbus (pvz., staklėse ar tiksliojo surinkimo sistemose), pirmenybę teikite minimaliam viršijimui (<5%) ir nuosekliam nusistovėjimui, o ne dideliam greičiui. Greičio valdymo programoms (pavyzdžiui, koordinuotam judėjimui) greitesnis atsako laikas paprastai yra svarbesnis nei visų viršijimų pašalinimas. Slėgiui valdyti sistemose, kuriose naudojami jautrūs komponentai arba taikomi tikslūs jėgos reikalavimai, vėlgi labai svarbus tampa minimalus viršijimas. Sukurkite bandymų protokolą, kuriame abu parametrai būtų matuojami atsižvelgiant į realią sistemos dinamiką, nes teorinės vožtuvų specifikacijos dažnai skiriasi nuo realaus veikimo, esant konkrečioms apkrovos charakteristikoms.
Koks yra veiksmingiausias būdas optimizuoti negyvosios zonos kompensavimo parametrus?
Pradėkite sistemingai matuoti faktinę negyvąją zoną įvairiomis darbo sąlygomis (skirtinga temperatūra, slėgis ir srautas). Kompensavimą pradėkite nuo maždaug 80% išmatuotos negyvosios zonos, kad išvengtumėte perteklinio kompensavimo. Įgyvendinkite asimetrinę kompensaciją, jei matavimai rodo skirtingas ribas teigiama ir neigiama kryptimis. Tiksliai sureguliuokite atlikdami nedidelius reguliavimus (0,5-1% žingsniais), bandydami su mažo signalo žingsnio komandomis. Stebėkite reakciją ir stabilumą, nes per didelė kompensacija sukelia svyravimus, o nepakankama kompensacija palieka negyvas vietas. Svarbiausiose srityse apsvarstykite galimybę įdiegti adaptyviąją kompensaciją, kuri koreguoja parametrus pagal darbo sąlygas ir vožtuvo temperatūrą.
Kaip galiu patikrinti, ar mano proporcinis vožtuvas yra pakankamai atsparus elektromagnetinei trikdžiai, kad atitiktų mano taikymo aplinką?
Pirmiausia suklasifikuokite aplinką, nustatydami visus galimus EMI šaltinius, esančius 10 metrų atstumu nuo vožtuvo įrenginio (suvirinimo aparatai, VFD, belaidžio ryšio sistemos, energijos paskirstymas). Palyginkite šį įvertinimą su sertifikuotu vožtuvo atsparumo lygiu - daugumai pramoninių aplinkų reikalingas bent 3 atsparumo lygis, o atšiaurioms aplinkoms - 4 lygis. Svarbiausioms reikmėms atlikite bandymus vietoje, naudodami galimus trukdžių šaltinius maksimalia galia ir stebėdami vožtuvo veikimo parametrus (padėties tikslumą, slėgio stabilumą, atsaką į komandas). Jei veikimas prastėja, pasirinkite vožtuvus su aukštesniu atsparumo sertifikatu arba įgyvendinkite papildomas trikdžių mažinimo priemones, pavyzdžiui, geresnį ekranavimą, filtravimą ir tinkamus įžeminimo būdus.
-
Aiškiai apibrėžiama negyvoji zona (arba negyvoji juosta) - valdymo sistemos įvesties verčių intervalas, kuriam esant išėjimas nesikeičia, o tai gali lemti mažą tikslumą ir ribinį cikliškumą. ↩
-
Apžvelgiama IEC 61000 serijos tarptautinių standartų, reglamentuojančių elektros ir elektroninės įrangos elektromagnetinį suderinamumą (EMS), įskaitant atsparumo įvairiems trikdžiams bandymus, apžvalga. ↩
-
Pateikiamas išsamus žingsninio atsako - pagrindinio valdymo teorijos metodo, taikomo analizuojant dinaminę sistemos elgseną, kai jos įvestis per labai trumpą laiką pasikeičia nuo nulio iki vieneto - paaiškinimas. ↩
-
Aprašoma dažninių charakteristikų analizė ir Bode diagramos, skirtos apibūdinti sistemos atsaką į sinusinius įėjimus įvairiais dažniais, o tai labai svarbu norint suprasti dinaminį stabilumą ir veikimą. ↩
-
Paaiškina ditherio - mažos amplitudės, aukšto dažnio signalo, tyčia pridedamo prie valdymo signalo, siekiant įveikti statinę trintį (stabdymą) ir pagerinti vožtuvo reakciją į mažus signalus - sąvoką. ↩