شیر پنوماتیک هوشمند نیروی سیال را به قرن بیست و یکم منتقل می کند

شیر های پنوماتیکی هوشمند تأثیر زیادی بر قدرت سیال خواهند داشت. شیرهای هوشمند مزیت های هزینه و عملکرد پنوماتیک و همچنین موقعیت متغیر، پروفیل های سرعت و مصرف انرژی کم سروو کنترل الکتریکی را ارائه می دهند.

فناوری شیر پنوماتیک برای بیش از 60 سال نسبتاً پایدار باقی مانده است. در طول آن دوره، پیشرفت در فناوری آب بندی باعث بهبود عمر شیر شده است. پیشرفت شیر برقی باعث افزایش سرعت سوئیچ و کاهش قدرت شده است، اما شیر کنترل جهت اصلی – تا کنون – تغییر نکرده است.
شیرهای پنوماتیک هوشمند از مفاهیم صنعت 4.0 سیستم های مدولار قابل تنظیم مجدد و تولید هوشمند پشتیبانی می کنند. به طور خلاصه، شیرهای هوشمند، پنوماتیک را وارد قلمرو جدیدی از اجزای اتوماسیون می کنند.

قبل از پرداختن به ساختار و کاربردهای شیرهای هوشمند، لازم است مسیر کوتاهی را طی کنیم. و مفهوم سیستم های فیزیکی-سایبری را معرفی کنیم.

شیر‌ های پنوماتیکی هوشمند، سیستم‌های فیزیکی-سایبری قابل تنظیم مجدد هستند

بنیاد ملی علوم، سیستم‌های فیزیکی-سایبری را به عنوان سیستم‌های مهندسی شده توصیف می‌کند که از ادغام یکپارچه الگوریتم‌های محاسباتی و اجزای فیزیکی ساخته و به آن وابسته هستند.
اداره ملی علوم کامپیوتر و علوم و مهندسی اطلاعات (1) بیان می‌کند: «فناوری سیستم فیزیکی سایبری نحوه تعامل مردم با سیستم‌های مهندسی شده را تغییر می‌دهد، درست همانطور که اینترنت نحوه تعامل مردم با اطلاعات را تغییر داده است.
سیستم‌های فیزیکی-سایبری هوشمند جدید 2 نوآوری و رقابت را در بخش‌هایی مانند کشاورزی، انرژی، حمل‌ونقل، طراحی ساختمان و اتوماسیون، مراقبت‌های بهداشتی و تولید هدایت می‌کنند.

سیستم‌های فیزیکی سایبری اجزا یا محصولاتی هستند که عملکرد را بر اساس الگوریتم‌های قابل دانلود از محاسبات مبتنی بر ابر تغییر می‌دهند.
به عنوان مثال، یک گوشی هوشمند با توجه به قابلیت های دستگاه می تواند دوربین فیلمبرداری، دوربین عکاسی، کنسول بازی، پخش کننده رسانه، قطب نما، ذره بین، ترمینال کامپیوتر، دستگاه ترجمه، چراغ قوه، دستگاه GPS یا هر کدام از ده ها دستگاه باشد. عملکرد دیگری باشد سخت افزار اولیه و برنامه های کاربردی قابل دانلود آن.

یک دریچه پنوماتیک هوشمند مبتنی بر فیزیکی سایبری دارای سخت افزار زیرین است که به آن اجازه می دهد تا از طریق یک برنامه قابل دانلود عملکرد خود را تغییر دهد. به عبارت دیگر، اگر یک برنامه قدرت سیال به کنترل متناسب، کنترل جهت و توقف نرم نیاز داشته باشد، یک مهندس طراح با استفاده از یک شیر فیزیکی سایبری نیازی به تعیین اجزای سخت افزاری متعدد نخواهد داشت.
در عوض، او به سادگی یک شماره قطعه برای سخت افزار شیر مشخص می کند، سپس یک برنامه را برای هر مورد نیاز عملکرد دانلود می کند. در یک سیستم فیزیکی سایبری، همانطور که در شکل 1 می بینید، برنامه ها عملکرد را تغییر می دهند در حالی که سخت افزار در بین برنامه ها استاندارد می شود.

شکل 1

هنگامی که یک شیر پنوماتیک هوشمند می تواند جایگزین 50 جزء شود، دنیای کاملا جدیدی از کنترل قدرت سیال باز می شود.

مهندسان محاسبه می کنند که یک قطعه شیر پنوماتیک هوشمند می تواند تا 50 جزء مختلف را جایگزین کند.

• قطعات کمتری برای سفارش و حمل در موجودی
• طراحی سریعتر و راحت تر
• زمان سریعتر برای بازاریابی
• صورتحساب های مواد کوتاه تر با خطاهای کمتر
• زمان مونتاژ و مشکلات را کاهش دهید
• پیکربندی آسان تر از طریق پارامترسازی، نه برنامه نویسی
• تعویض سریع و آسان سوپاپ
• استفاده مجدد را افزایش دهید

با توجه به ماهیت منحصر به فرد شیرهای پنوماتیکی هوشمند، مجموعه ای از قابلیت های جدید، از جمله قابلیت تشخیص نشت فوری و قابلیت های پیش بینی عیب آینده بر اساس حسگرهای داخلی و قدرت پردازش مرتبط، وجود خواهد داشت. مصرف انرژی شیر در مقایسه با شیرهای برقی معمولی 90 درصد کاهش می یابد.

با یادگیری اینکه یک شیر آب هوشمند می تواند جایگزین 50 جزء مختلف شود، ممکن است یک قطعه سنگین پر از لوازم الکترونیکی را تصور کنید. مشکل این نیست. درست مانند یک تلفن هوشمند، شیر هوشمند جمع و جور است که حاصل ترکیب منحصربفرد این شیر از الکترونیک، مکانیک و نرم افزار است.

قرقره سنتی و طراحی شیر پنوماتیک هوشمند متضاد یکدیگر هستند

برای درک بهتر تفاوت شیرهای پنوماتیکی مکانیکی و هوشمند، نگاهی به معماری اجزای این دو مفید است. شیرهای مکانیکی دارای سطوح کنترل ثابتی هستند که تعداد محدودی عملکرد را ارائه می کنند.
شکل 2 یک طراحی قرقره معمولی برای یک شیر کنترل جهت را نشان می دهد. سطوح کنترل، لبه های اریب قرقره آبی، ثابت هستند – غیر قابل تغییر.

شکل 2: قرقره سنتی و طراحی شیر هوشمند متضاد یکدیگر هستند

شیرهای پنوماتیک هوشمند بر اساس شیرهای پایلوت Piezo، سمت چپ، در شکل 3، و شیرهای پاپت دیافراگمی، در سمت راست هستند. هر کارتریج پیزو دارای دو شیر 2/2 طرفه است. مزایای کلیدی شیرهای پایلوت پیزو مصرف انرژی بسیار کم، حدود 90 درصد کمتر از شیرهای برقی معمولی، عملکرد سریع و کنترل پنوماتیک متناسب است.

شکل 3

همانطور که در شکل 4 نشان می بینید، شیرهای پایلوت پیزو و شیرهای پاپت در یک مدار پل متصل شده اند، مداری که می تواند عملکرد یک شیر پنوماتیک را تکرار کند.

شکل 4

به لطف سنسورهای یکپارچه و کنترل تناسبی که به شیرها اجازه می دهد به طور مستقل تحت فشار و تخلیه شوند، این فناوری تک سوپاپ اکنون می تواند برای اجرای طیف گسترده ای از عملکردهای معمولی شیر و راه حل های کامل سیستم همانطور که در شکل 5 می بینید مورد استفاده قرار گیرد.

شکل 5

این پیکربندی برای برنامه هایی با موارد زیر ایده آل است:

• تغییرات مکرر در فشار، زمان سفر، سرعت (به عنوان مثال، بیش از 1 x روز)
• تقاضاهای بالا برای زمان چرخه ثابت (خود تنظیمی)
• الزامات حفاظتی و لرزش کم (خفیف، تحت کنترل)
• بارهای سنگین (> 5 کیلوگرم)
• الزامات تشخیصی بالا (به عنوان مثال، نشت)
• تقاضای بالا برای کنترل فشار/جریان (بیش از 2 شیر متناسب)
• دسترسی محدود به درایو (“توکار”)
• مصرف انرژی بالا (تا 70 درصد صرفه جویی)
• شرایطی که شتاب و/یا مشخصات سرعت مورد نیاز است

شکل 7

شیر های پنوماتیک هوشمند نیاز به کنترلر و ارتباطات اترنت بسته بندی شده در ترمینال شیر دارند

شیرهای هوشمند برای پیاده سازی الگوریتم های کاربردی و هماهنگی فعالیت های مربوط به شیرها به یک کنترلر نیاز دارند.
شکل 7 اجزای ترمینال شیر شامل شیرها (پیزو و پاپت)، کنترلر یکپارچه، ماژول ارتباطی اترنت صنعتی، ورودی های الکتریکی برای کنترل سریع برنامه های خاص آنالوگ و دیجیتال و سنسورهای فشار، ضربه و دما یکپارچه برای تجزیه و تحلیل داده ها را نشان می دهد.

شکل 8

از آنجایی که یک شیر می‌تواند جایگزین 50 جزء مختلف شود، OEMها و کاربران نهایی از استانداردسازی سود می‌برند – یک عدد قطعه، نه 50. این مزایا در چرخه عمر پروژه از مفهوم تا طراحی، خرید، نصب، بهره برداری، نگهداری و استفاده مجدد موج می زند.
سیستم‌های فیزیکی-سایبری مانند دریچه‌های هوشمند پایه‌ای برای تکامل تولید، آینده صنعت 4.0 و اینترنت صنعتی اشیا هستند. نکته مهم این است که شیرهای هوشمند ایده ای از آینده نیستند، بلکه امروزه در دسترس هستند تا کنترل قدرت سیال را متحول کنند.

برنامه ها کلید تغییر عملکرد یک شیر پنوماتیک آب هوشمند هستند

برنامه های کاربردی شیر می توانند عملکرد استاندارد شیر پنوماتیک مانند کنترل جهت را بازتولید کنند یا می توانند عملکرد کاملاً جدیدی مانند Eco Drive ایجاد کنند. آنها را می توان به روش های تقریبا بی نهایت برای دستیابی به عملکردهای خاص ترکیب و مطابقت داد. برنامه های فهرست شده در زیر را می توان از طریق یک ابزار پیکربندی وب یا یک PLC پارامتری کرد. پارامترسازی منجر به راه‌اندازی سریع‌تر و تغییرات سریع‌تر در صورت نیاز به عملکردها یا تغییرات جدید می‌شود. در زیر لیستی جزئی از برنامه های هوشمند ضربه زدن وجود دارد.

1. برنامه عملکرد شیر کنترل جهت

برنامه کنترل جهت به سازندگان ماشین و کاربران نهایی اجازه می دهد تا عملکردهای کنترل جهت استاندارد شیر هوشمند را تغییر دهند، از جمله تکرار 4/2، 4/3 و 3/2 در هر زمان و به دفعات مورد نیاز. .
حتی در حال حرکت، سازمان ها را قادر می سازد تا با لمس یک دکمه به بسیاری از الزامات پاسخ دهند
پلت فرم تک سوپاپ

2. برنامه تنظیم فشار متناسب

این برنامه با ترکیب عملکرد دو تنظیم کننده فشار متناسب جداگانه و مستقل در یک شیر باعث صرفه جویی در فضا و هزینه های سخت افزاری می شود.
این برنامه همچنین خلاء را کنترل می کند.

3. برنامه Soft Stop

طراحان می توانند با این برنامه زمان چرخه را تا 70 درصد کاهش دهند. برنامه Soft Stop به سازندگان ماشین و کاربران نهایی ابزاری برای اجرای حرکت موقعیت یابی بسیار پویا و در عین حال ملایم بدون کمک فنر مستعد سایش می دهد. این امر تعمیر و نگهداری را کاهش می دهد، عمر سیستم ها را افزایش می دهد و بهره وری را افزایش می دهد.

4. برنامه تشخیص نشت

استفاده از این برنامه منجر به کاهش زمان خرابی سیستم و تشخیص سریعتر خطا می شود. چرخه‌های تشخیصی مجزا و مقادیر آستانه تعریف‌شده، شیر هوشمند را قادر می‌سازد تا نشت‌های فردی را شناسایی و محلی‌سازی کند.

5. برنامه درایو ECO

این برنامه با کارکردن یک محرک در حداقل فشار مورد نیاز برای بار، هزینه ها را کاهش می دهد، افزایش فشار را در محفظه محرک در انتهای ضربه کاهش می دهد و تا 70 درصد در مصرف انرژی صرفه جویی می کند.

سایر برنامه ها عبارتند از:

زمان سفر از پیش تعیین شده
شیر کنترل جهت متناسب
سطح فشار قابل انتخاب
فشار متناسب را بر اساس مدل تنظیم کنید
کنترل جریان هوای تامین و خروجی

نکات کاربردی شیر پنوماتیک هوشمند

شکل 9

1- بازرسی کانتینر

در این فرآیند بازرسی کیفی برای کانتینرها، واحدها از نظر پایداری و نشتی تست می شوند. این فرآیند مستلزم اعمال یکنواخت و ملایم نیروی سیلندر با سطح دقیق نیرو برای یک دوره مشخص بود. این برنامه به 60 کنترل کننده موتور، سنسورهای مرتبط، سوپاپ 2/3 و سیلندرهای الکتریکی نیاز داشت. هشت پایانه شیر هوشمند جایگزین 64 سیلندر الکتریکی با Soft Stop، تنظیم فشار متناسب، تشخیص نشت و سایر کاربردها شدند. جایگزینی محلول الکتریکی به نفع شیرهای هوشمند هزینه سیستم را تا 70 درصد و فضای نصب را تا 65 درصد کاهش داد.

شکل 10

2- با وکیوم، اضافه کردن، گرفتن و دراز کشیدن

فرمت های مختلف در این نرم افزار دستگیره خلاء اغلب شامل تنظیمات دستی است. خلاء و پالس اجکتور باید به طور جداگانه برای هر تغییر فرمت تنظیم و بررسی شوند. شیرهای هوشمند با استفاده از برنامه‌هایی برای ویژگی‌های حرکت و موقعیت‌یابی و همچنین تنظیم فشار متناسب، تعویض‌ها را 20 دقیقه کاهش دادند، تعداد قطعات را تا 7 کاهش دادند و فضای نصب را تا 75 درصد کاهش دادند.

شکل 11

3- دستگاه پرکن پودر

در یک برنامه پر کردن پودر، یک ترمینال شیر هوشمند برای کنترل دو واحد دوز استفاده شد. تنظیم فشار متناسب یکی از چندین برنامه این برنامه بود. فرآیندهای تحت کنترل شامل تغذیه و توزیع محصول مبتنی بر خلاء، پالس‌های تمیزکننده و اجکتور قابل تنظیم، نظارت بر فرآیند از طریق آزمایش فشار، و نظارت و حذف نشت‌های ناشی از آلودگی پودری بود. استفاده از ترمینال شیر هوشمند به معنای قطعات کمتری بود که پیچیدگی خرید را کاهش داد.

فرانک لانگرو در حال حاضر مدیر بازرگانی اتوماسیون پنوماتیک در فستو است. به منظور حمایت از توسعه قدرت سیال، لانگرو نماینده فستو در چندین حوزه بوده است. وی به عنوان عضوی از انجمن ملی توان سیالات، در تدوین استانداردهای ملی و بین المللی مشارکت داشته است. او فستو را به‌عنوان عضوی از هیئت مشاوران صنعت برای مرکز توان سیال متراکم و کارآمد (CCEFP) نمایندگی کرده است، مشارکتی بین صنعت و چندین دانشگاه پیشرو برای هدایت تحقیقات انرژی سیال. لانگرو همچنین دارای چهار حق ثبت اختراع قدرت سیال است. و مدرک لیسانس او در رشته مهندسی مکانیک از دانشگاه هافسترا است.

Sandro Quintero مدیر محصول – Tap Terminals and Electronics در Festo است. او با مشتریان در صنایع مختلف مانند پزشکی، فرآوری مواد غذایی، معدن، خودروسازی و اخیراً الکترونیک و مونتاژ کار کرده است. این به او اجازه می دهد تا در زمینه های مختلفی مانند فروش، پشتیبانی محصول و مدیریت پروژه تخصص کسب کند. او مدرک لیسانس مهندسی مکاترونیک از دانشگاه Autónoma de Ciudad Juárez و MBA از دانشگاه تگزاس در ال پاسو گرفت.

در صورت هرگونه سوال و نظر با مجموعه پرگاران تماس حاصل فرمایید.

جهت کسب اطلاعات بیشتر اینجا کلیک کنید.