6 svarbiausi proporcinio vožtuvo parinkimo veiksniai, gerinantys sistemos reakciją 40%

6 svarbiausi proporcinio vožtuvo parinkimo veiksniai, gerinantys sistemos reakciją 40%

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.

Grafikas, iliustruojantis žingsninio atsako kreivę. Grafike pavaizduota "Vožtuvo padėtis (%)" priklausomai nuo "Laiko". Brūkšninė linija rodo, kad "žingsnio įvesties" signalas akimirksniu peršoka į 100%. Vožtuvo atsakas" yra vientisa kreivė, kuri kyla, viršija 100% tikslą, svyruoja ir stabilizuojasi. Grafike esančios matmenų linijos aiškiai žymi vožtuvo atsako "Reakcijos laiką", "Viršijimo laiką" ir "Nusistovėjimo laiką".
Žingsnio atsako kreivės analizė

Supratimas apie žingsnių reakcijos pagrindus

Prieš analizuodami atsako kreives, supraskite šias pagrindines sąvokas:

Kritinio žingsnio atsako parametrai

ParametrasApibrėžimasTipinis diapazonasPoveikis veiklos rezultatams
Reakcijos laikasLaikas, per kurį pasiekiama 63% galutinės vertės5-100 msPradinės sistemos reakcijos greitis
Kilimo laikasLaikas nuo 10% iki 90% galutinės vertės10-150 msĮjungimo greitis
PeržengimasDidžiausias nuokrypis nuo galutinės vertės0-25%Stabilumas ir svyravimų galimybė
Nusistovėjimo laikasLaikas, per kurį galutinė vertė išlieka ±5% ribose20-300 msBendras laikas, per kurį pasiekiama stabili padėtis
Nuolatinės būsenos klaidaNuolatinis nukrypimas nuo tikslo0-3%Padėties nustatymo tikslumas
Dažninis atsakas4Juostos plotis esant -3 dB amplitudei5-100 HzGebėjimas vykdyti dinamiškas komandas

Atsakymų tipai ir programos

Skirtingoms programoms reikalingos specifinės reakcijos charakteristikos:

Atsakymo tipasCharakteristikosGeriausios programosApribojimai
Kritiškai slopinamasNėra viršijimo, vidutinis greitisPozicionavimas, slėgio valdymasLėtesnė reakcija
Nepakankamai slopinamasGreitesnis atsakas su viršijimuSrauto reguliavimas, greičio reguliavimasPotencialus svyravimas
Perdėtas slopinimasNėra viršijimo, lėtesnė reakcijaTikslus jėgos valdymasLėtesnė bendra reakcija
Optimaliai slopinamasMinimalus viršijimas, geras greitisBendroji paskirtisReikia 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:

  1. 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)

  2. 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 temperatūroms

  3. Duomenų 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:

  1. 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 dažnius

  2. Veiklos 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

  1. Pradinis vėlavimas
       - Plokščia sekcija iš karto po komandos
       - Nurodo elektrinę ir mechaninę prastovą
       - Trumpiau - geriau reaguojančioms sistemoms
       - Paprastai 3-15 ms šiuolaikiniuose vožtuvuose

  2. Kylančios briaunos nuolydis
       - Pradinės reakcijos statumas
       - Nurodo vožtuvo greitėjimo galimybes
       - Įtakos turi varomoji elektronika ir ritės konstrukcija
       - Didesnis nuolydis užtikrina greitesnį sistemos atsaką

  3. Viršnormatyvinės charakteristikos
       - Didžiausias aukštis virš galutinės vertės
       - Amortizavimo koeficiento rodmuo
       - Didesnis viršijimas rodo mažesnį slopinimą
       - Keli svyravimai rodo stabilumo problemas

  4. Nusistovėjęs elgesys
       - Artėjimo prie galutinės vertės modelis
       - Rodo sistemos slopinimą ir stabilumą
       - Sklandus priartėjimas idealiai tinka pozicionavimui
       - Osciliacinis nusistovėjimas kelia problemų dėl tikslumo

  5. Nuolatinės 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 problemaVizualinis indikatoriusDažniausios priežastysPoveikis našumui
Pernelyg ilgas neveikimo laikasIlga plokščia pradinė dalisElektros vėlavimas, didelė trintisSumažėjusi sistemos reakcija
Didelis viršijimasAukšta viršūnė virš tiksloNepakankamas slopinimas, didelis stiprinimasGalimas nestabilumas, tikslų viršijimas
OsciliacijaDaugybė viršūnių ir slėniųGrįžtamojo ryšio problemos, netinkamas slopinimasNestabilus veikimas, nusidėvėjimas, triukšmas
Lėtas kilimasLaipsniškas nuolydisNepakankamo dydžio vožtuvas, maža varomoji galiaVangus sistemos atsakas
NelinijiškumasSkirtinga reakcija į vienodus žingsniusritės konstrukcijos problemos, trintisNenuoseklus veikimas
AsimetrijaSkirtingas atsakas kiekviena kryptimiNesubalansuotos jėgos, spyruoklių problemosKrypties 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.

Dviejų skydelių infografikas, kuriame diagramomis paaiškinamas negyvosios zonos kompensavimas. Viršutiniame grafike "Nekompensuota reakcija" parodyta tikroji reakcijos kreivė su plokščia "negyvąja zona" aplink nulinio signalo tašką, kur ji neatitinka idealios tiesinės reakcijos. Apatiniame grafike "Kompensuota reakcija" pavaizduota faktinė reakcijos kreivė, kuri dabar tiksliai atitinka idealią liniją, ir tai rodo, kad negyvoji zona buvo sėkmingai pašalinta.
Negyvosios zonos kompensavimo schema

Mirusiosios zonos pagrindų supratimas

Prieš įgyvendindami kompensavimą, supraskite šias pagrindines sąvokas:

Kas lemia negyvąją zoną proporciniuose vožtuvuose?

Negyvoji zona atsiranda dėl kelių fizinių veiksnių:

  1. Statinė trintis (sukibimas)
       - Trinties jėgos tarp ritės ir vamzdžio
       - Turi būti įveiktas prieš pradedant judėjimą
       - Didėja užterštumas ir dėvėjimasis

  2. Persidengimo dizainas
       - Sąmoningas ritės žemės persidengimas nuotėkio kontrolei
       - Sukuriama mechaninė negyvoji juosta
       - Skiriasi priklausomai nuo vožtuvo konstrukcijos ir naudojimo

  3. Magnetinė histerezė
       - Solenoido reakcijos netiesiškumas
       - Sukuriama elektrinė negyvoji juosta
       - Kinta priklausomai nuo temperatūros ir gamybos kokybės

  4. Pirminė 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:

ProblemaAprašymasPoveikis sistemaiSunkumas
Prasta reakcija į mažus signalusNedidelių komandų pakeitimų išvesties nėraSumažintas tikslumas, "lipnus" valdymasAukštas
Nelinijinis atsakasNenuoseklus prieaugis visame diapazoneSudėtingas derinimas, nenuspėjamas elgesysVidutinis
Apriboti važiavimą dviračiuNuolatinė medžioklė aplink nustatytąją vertęDidesnis nusidėvėjimas, triukšmas, energijos suvartojimasAukštas
Padėties klaidaNuolatinis poslinkis nuo tiksloKokybės problemos, nenuoseklus veikimasVidutinis
Asimetrinis veikimasSkirtingas elgesys kiekviena kryptimiSistemos atsako kryptinis nuokrypisVidutinis

Negyvosios zonos matavimo metodikos

Prieš kompensavimą tiksliai išmatuokite negyvąją zoną:

Standartinė negyvosios zonos matavimo procedūra

  1. 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 sistemą

  2. Matavimo 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 pagrįstumas

  3. Duomenų 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:

  1. Histerezės kilpos atvaizdavimas
       - Lėtai didėjantis ir mažėjantis signalas
       - Viso ciklo išvesties ir įvesties grafikas
       - Histerezės kilpos pločio matavimas
       - Nustatyti negyvąją zoną histerezės modelyje

  2. Statistinis 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:

  1. Įgyvendinimas
       - Pridėti fiksuotą poslinkį prie komandos signalo
       - Poslinkio vertė = išmatuota negyvoji zona / 2
       - Taikyti su atitinkamu ženklu (+ arba -)
       - Įdiegti valdymo programinėje įrangoje arba pavaros elektronikoje

  2. Privalumai
       - Paprastas įgyvendinimas
       - Reikalingas minimalus skaičiavimas
       - Lengva reguliuoti lauke

  3. Apribojimai
       - 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:

  1. Įgyvendinimas
       - Nuolat stebėkite vožtuvo reakciją
       - Dinamiškai reguliuoti kompensavimo parametrus
       - Įgyvendinti mokymosi algoritmus
       - Kompensuoti temperatūros ir slėgio poveikį

  2. Privalumai
       - Prisitaiko prie besikeičiančių sąlygų
       - Kompensuoja nusidėvėjimą laikui bėgant
       - Optimizuoja našumą visame veikimo diapazone

  3. Apribojimai
       - Sudėtingesnis įgyvendinimas
       - Reikalingi papildomi jutikliai
       - Nestabilumo galimybė, jei blogai sureguliuota

Paieškos lentelės kompensavimas

Veiksminga vožtuvams su nelinijinėmis arba asimetrinėmis tuščiosiomis zonomis:

  1. Įgyvendinimas
       - Sukurti išsamų vožtuvo apibūdinimą
       - Sukurti daugiamatę paieškos lentelę
       - Įtraukti slėgio ir temperatūros kompensavimą
       - Interpoliuoti tarp išmatuotų taškų

  2. Privalumai
       - Tvarko sudėtingus netiesiškumus
       - Gali kompensuoti asimetriją
       - Geros eksploatacinės savybės visame veikimo diapazone

  3. Apribojimai
       - 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

  1. Pradinis apibūdinimas
       - Išmatuokite pagrindinius negyvosios zonos parametrus
       - Dokumentuoti darbo sąlygų poveikį
       - Nustatyti simetrijos ir asimetrijos charakteristikas
       - Kompensavimo metodo nustatymas

  2. Pradinė parametrų sąranka
       - Nustatykite kompensaciją į 80% išmatuotos negyvosios zonos
       - Įgyvendinti pagrindines teigiamas ir neigiamas ribas
       - Minimaliai išlyginkite ir (arba) išlyginkite
       - Pagrindinio funkcionalumo testavimas

  3. Tikslaus derinimo procesas
       - Mažo signalo žingsnio reakcijos testas
       - Sureguliuokite slenkstines vertes, kad būtų pasiektas optimalus atsakas
       - Reagavimo ir stabilumo pusiausvyra
       - Bandymas visame signalo diapazone

  4. Patvirtinimo 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:

ParametrasAprašymasTipinis diapazonasDerinimo poveikis
Teigiama ribaKomandos poslinkis teigiama kryptimi1-15%Turi įtakos reakcijai į priekį
Neigiama ribaKomandos poslinkis neigiamai krypčiai1-15%Turi įtakos atvirkštiniam atsakui
Pereinamasis nuolydisPokyčio greitis negyvojoje zonoje1-5 prieaugisTuri įtakos lygumui
Dither5 amplitudėNedideli svyravimai, kad sumažėtų slydimas0-3%Sumažina strigimo poveikį
Diterio dažnisDither signalo dažnis50-200 HzOptimizuojamas slydimo mažinimas
Kompensacijos ribaDidžiausia taikoma kompensacija5-20%Užkerta kelią per didelėms kompensacijoms

Dažniausiai pasitaikančios negyvosios zonos kompensavimo problemos

Atkreipkite dėmesį į šias dažnai pasitaikančias problemas sąrankos metu:

  1. Kompensacijos perviršis
       - Simptomai: Svyravimas, nestabilumas esant mažiems signalams
       - Priežastis: Per didelės ribinės vertės
       - Sprendimas: Palaipsniui mažinkite slenksčio nustatymus

  2. Nepakankama kompensacija
       - Simptomai: Nuolatinė negyvoji zona, prasta reakcija į mažus signalus
       - Priežastis: Nepakankamos ribinės vertės
       - Sprendimas: Palaipsniui didinkite slenksčio nustatymus

  3. Asimetrinis kompensavimas
       - Simptomai: Simptomai: skirtinga reakcija teigiama ir neigiama kryptimi
       - Priežastis: Nevienodi slenksčio nustatymai
       - Sprendimas: Nepriklausomas teigiamų ir neigiamų slenksčių reguliavimas

  4. Jautrumas 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.

Techninė EMI bandymo sąrankos iliustracija. Specializuotoje beorėje kameroje su putplasčiu padengtomis sienelėmis proporcingą vožtuvą veikia elektromagnetinės bangos iš antenos. Už kameros ribų rodomas kompiuteris, stebintis vožtuvo veikimą ir patvirtinantis jo atsparumą trikdžiams.
EMI bandymų sąranka

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:

  1. Elektros energijos sistemos trikdžiai
       - Įtampos šuoliai ir pereinamieji procesai
       - Harmoninis iškraipymas
       - Įtampos kritimai ir pertrūkiai
       - Maitinimo dažnio svyravimai

  2. Spinduliavimas
       - Kintamo dažnio pavaros
       - Suvirinimo įranga
       - Belaidžio ryšio prietaisai
       - Komutaciniai maitinimo šaltiniai
       - Variklio komutacija

  3. Laidieji trukdžiai
       - Įžeminimo kilpos
       - Bendrosios varžos jungtis
       - Signalinės linijos trukdžiai
       - Elektros linijos triukšmas

  4. Elektrostatinis 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 poveikisPoveikis našumuiSimptomaiTipiniai šaltiniai
Komandos signalo pažeidimasNetaisyklingas padėties nustatymasNetikėti judesiai, nestabilumasSignalinio kabelio trukdžiai
Grįžtamojo ryšio signalo trukdžiaiPrastas uždarosios kilpos valdymassvyravimai, medžioklėJutiklio laidų ekspozicija
Mikroprocesoriaus nustatymai iš naujoLaikinas kontrolės praradimasPertraukiami išjungimai, pakartotinis inicijavimasDidelės energijos pereinamieji procesai
Vairuotojo pakopos gedimasNetinkama išėjimo srovėVožtuvo dreifas, netikėta jėgaElektros linijos trikdžiai
Komunikacijos klaidosNuotolinio valdymo praradimasKomandos laiko pertraukos, parametrų klaidosTinklo trikdžiai

EMI atsparumo standartai ir sertifikavimas

EMI atsparumo reikalavimus reglamentuoja keli tarptautiniai standartai:

Pagrindiniai pramoninių vožtuvų EMI standartai

StandartinisFocusBandymų tipaiParaiška
IEC 61000-4-2Elektrostatinis išmetimasKontaktinis ir oro išmetimasŽmonių sąveika
IEC 61000-4-3Radiacinis atsparumas radijo bangomsRF lauko poveikisBelaidis ryšys
IEC 61000-4-4Greiti elektriniai pereinamieji procesaiPertrūkiniai pereinamieji procesai maitinimo ir (arba) signalo metuPerjungimo įvykiai
IEC 61000-4-5Atsparumas viršįtampiamsDidelės energijos šuoliaiŽaibas, maitinimo perjungimas
IEC 61000-4-6laidusis atsparumas radijo dažniamsradijo dažniai, sujungti su kabeliaisKabeliu perduodami trikdžiai
IEC 61000-4-8Galios dažnio magnetinis laukasMagnetinio lauko poveikisTransformatoriai, didelės srovės
IEC 61000-4-11Įtampos kritimai ir pertrūkiaiMaitinimo šaltinio svyravimaiElektros energijos sistemos įvykiai

Imuniteto lygių klasifikacijos

Standartiniai atsparumo lygiai, apibrėžti IEC 61000 serijoje:

LygisAprašymasTipinė aplinkaParaiškų pavyzdžiai
1 lygisPagrindinisGerai apsaugota aplinkaLaboratorinė, bandymų įranga
2 lygisStandartinisLengvoji pramonėBendroji gamyba
3 lygisPatobulintaPramonėsSunkioji gamyba, šiek tiek lauko
4 lygisPramonėsSunkioji pramonėAtšiaurios pramoninės, lauko sąlygos
X lygisSpecialusPasirinktinė specifikacijaKarinė, ekstremali aplinka

EMI atsparumo bandymų metodai

Supratimas, kaip bandomi vožtuvai, padeda pasirinkti tinkamus sertifikavimo lygius:

Elektrostatinio išlydžio (ESD) bandymai - IEC 61000-4-2

  1. 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)

  2. 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

  1. 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 signalai

  2. Kritiniai 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

  1. 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 dažnis

  2. Veiklos 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

  1. 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 potencialą

  2. Taikymo jautrumo analizė
       - Nustatyti vožtuvo gedimo pasekmes
       - Nustatyti svarbiausius veiklos parametrus
       - Įvertinti poveikį saugai
       - Įvertinti nesėkmių ekonominį poveikį

  3. Minimalaus 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 tipasRekomenduojami minimalūs lygiaiKritiniai bandymaiSpecialūs aspektai
Bendroji pramonė3 lygisEFT, laidusis radijo dažnisElektros linijų filtravimas
Mobilioji įranga3/4 lygisSpinduliuojamoji radijo dažnių spinduliuotė, ESDAntenos artumas, vibracija
Suvirinimo aplinka4 lygisEFT, Virpesiai, Magnetinis laukasDidelės srovės impulsai
Proceso valdymas3 lygislaidus radijo dažnis, įtampos kritimaiIlgi signaliniai kabeliai
Lauko įrenginiai4 lygisViršsroviai, spinduliuotoji radijo dažnių srovėApsauga nuo žaibo
Saugai svarbūs4+ lygisVisi bandymai su maržaPerteklinis darbas, stebėjimas

EMI poveikio mažinimo strategijos

Kai sertifikuotas imunitetas yra nepakankamas aplinkai:

Papildomi apsaugos metodai

  1. Ekranavimo patobulinimai
       - Metaliniai elektronikos korpusai
       - Kabelių ekranavimas ir tinkamas užbaigimas
       - Vietinis jautrių komponentų ekranavimas
       - Laidžios tarpinės ir sandarikliai

  2. Įžeminimo optimizavimas
       - Vieno taško įžeminimo architektūra
       - Mažos varžos įžeminimo jungtys
       - Įžeminimo plokštumos įgyvendinimas
       - Signalo ir maitinimo žemių atskyrimas

  3. Filtravimo patobulinimai
       - Elektros linijų filtrai
       - Signalų linijos filtrai
       - Bendrojo režimo droseliai
       - Feritiniai slopintuvai ant kabelių

  4. Įrengimo 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:

  1. 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 diapazonus

  2. Veiklos aplinkos analizė
       - Apibūdinti EMI aplinkos klasifikaciją
       - Temperatūros diapazono ir svyravimų nustatymas
       - Įvertinti taršos potencialą
       - Įvertinti elektros energijos kokybę ir stabilumą

  3. Pasirinkite tinkamą vožtuvo technologiją
       - Pasirinkite vožtuvo tipą pagal dinaminius reikalavimus
       - EMI atsparumo lygį pasirinkite pagal aplinką
       - Nustatyti negyvosios zonos kompensavimo poreikius
       - Atsižvelkite į temperatūros stabilumo reikalavimus

  4. Patvirtinti pasirinkimą
       - Peržiūrėkite žingsnio atsako charakteristikas
       - Patikrinkite EMI sertifikavimo tinkamumą
       - Patvirtinkite negyvosios zonos kompensavimo galimybę
       - Apskaičiuokite tikėtiną našumo pagerėjimą

Integruota atrankos matrica

Paraiškų teikimo reikalavimaiRekomenduojamos atsako charakteristikosNegyvosios zonos kompensavimasEMI atsparumo lygis
Didelio greičio judesio valdymas<20 ms atsakas, <5% viršijimasPrisitaikanti kompensacija3/4 lygis
Tikslus slėgio valdymas<50 ms atsakas, <2% viršijimasPaieškos lentelės kompensavimas3 lygis
Bendras srauto valdymas<30 ms atsakas, <10% viršijimasFiksuoto poslinkio kompensavimas2/3 lygis
Saugai svarbios taikomosios programos<40 ms atsakas, kritiškai slopinamasStebimas kompensavimas4 lygis
Mobilioji įranga<25 ms atsakas, stabili temperatūraPrisitaikantis prie temperatūros4 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.

  1. 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.

  2. Apžvelgiama IEC 61000 serijos tarptautinių standartų, reglamentuojančių elektros ir elektroninės įrangos elektromagnetinį suderinamumą (EMS), įskaitant atsparumo įvairiems trikdžiams bandymus, apžvalga.

  3. 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.

  4. 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.

  5. 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.

Susijęs

Chuck Bepto

Sveiki, esu Chuckas, vyresnysis ekspertas, turintis 15 metų patirtį pneumatikos pramonėje. Bendrovėje "Bepto Pneumatic" daugiausia dėmesio skiriu aukštos kokybės, mūsų klientams pritaikytų pneumatinių sprendimų teikimui. Mano kompetencija apima pramonės automatizavimą, pneumatinių sistemų projektavimą ir integravimą, taip pat pagrindinių komponentų taikymą ir optimizavimą. Jei turite klausimų arba norėtumėte aptarti savo projekto poreikius, nedvejodami kreipkitės į mane el. paštu chuck@bepto.com.

Turinys
Bepto logotipas

Gaukite daugiau privalumų, nes pateikite informacijos formą