Elementy wykonawcze w systemach automatyki odlewni

Siłowniki w automatycznych systemach sterowania procesami są zaprojektowane tak, aby bezpośrednio oddziaływać na kontrolowany obiekt lub jego elementy sterujące.

Wymagania

Napędy muszą spełniać następujące wymagania:

• mieć jak najbardziej liniową charakterystykę statyczną;

• posiadać moc wystarczającą do wprawienia w ruch obiektu kontrolnego lub jego organów we wszystkich trybach działania;

• mieć wymaganą wydajność;

• zapewnienie jak najprostszej i najbardziej ekonomicznej regulacji wartości produkcji;

• mieć małą moc kierowania.

Funkcje podczas pracy w odlewniach

Systemy automatyki procesów odlewniczych charakteryzują się występowaniem dwóch trybów sterowania: zdalnego i automatycznego.

W przypadku napędów w systemach zdalnego sterowania głównymi wskaźnikami są energia, ponadto wymagane są cechy operacyjne, konstrukcyjne i ekonomiczne.

Dla napędów w układach automatyki najważniejsze są ich właściwości statyczne i dynamiczne, które wpływają na stabilność i jakość regulacji. Te cechy doboru elementów wykonawczych w systemach automatyki procesów odlewniczych muszą być uwzględnione w ich projektowaniu.

Głównymi parametrami energetycznymi napędów (zdalne sterowanie) jest moment nominalny (siła powstająca przy sterowaniu nominalnym) oraz moment rozruchowy (siła powstająca w momencie załączenia pod działaniem nominalnego sygnału sterującego).

Stosunek momentu rozruchowego do zredukowanego momentu bezwładności napędu określa jego bezwładność, czyli czas od rozpoczęcia ruchu do nominalnej prędkości ruchu elementu wyjściowego w stanie ustalonym. Aby skrócić czas przyspieszania, moment rozruchowy nie powinien przekraczać 2 — 2,5 znamionowego momentu obrotowego.

W układach sterowania pozycyjnego, w których działanie regulacyjne ma dwie wartości zadane, siłowniki muszą zapewniać możliwość zmiany działania regulacyjnego od wartości maksymalnej.

W układach z regulatorami stałoobrotowymi o działaniu sterującym na obiekt decyduje czas ruchu korpusu regulacyjnego, którego prędkość permutacji zależy od danych technicznych elementów wykonawczych.

W układach regulacji proporcjonalnej działanie regulacji na obiekt jest proporcjonalne do odchylenia parametru od wartości zadanej, a współczynnik proporcjonalności zależy od konstrukcji siłownika, urządzeń hamujących oraz po wyzwoleniu po wyzwoleniu.

W szeregu układów automatyki procesów odlewniczych siłowniki objęte są sprzężeniem zwrotnym o położeniu regulatora. Prowadzona jest zaawansowana ocena właściwości statycznych i dynamicznych napędów z uwzględnieniem ich dokładności i szybkości.

Przy projektowaniu siłowników konieczne jest ustawienie prędkości ruchu jego urządzenia wyjściowego przy obciążeniu nominalnym oraz sygnału sterującego odpowiadającego nominalnej prędkości ruchu urządzenia wyjściowego.

W systemach automatyki odlewni stosuje się szeroką gamę siłowników. Z założenia są one podzielone na elektromechaniczne, elektromagnetyczne, hydrauliczne, pneumatyczne i kombinowane.

Napędy elektromechaniczne

Napędy elektromechaniczne służą do sterowania różnymi korpusami roboczymi zatrzymującymi i regulującymi systemów automatyki. Zestawy mogą zawierać silnik elektryczny, skrzynię biegów, wyłączniki krańcowe, sprzęgło ograniczające moment obrotowy i czujnik sprzężenia zwrotnego.

Do napędów elektromechanicznych należą urządzenia do obracania kubełków do automatycznego zasypu, otwierania i zamykania lejów do ważenia dozowników w układach mieszania i mieszania, piecach zasypowych itp.

W tych procesach odlewniczych napędy elektromechaniczne zapewniają:

• zdalne lub automatyczne uruchamianie napędu elektrycznego za pomocą przycisków startowych „Zamknij” i „Otwórz”;

• zatrzymanie napędu elektrycznego w dowolnej pozycji pośredniej za pomocą przycisków lub styków wyłączników krańcowych;

• wyłączenie awaryjne w przypadku krytycznych przeciążeń;

• zdalna sygnalizacja świetlna krańcowych pozycji korpusu roboczego (podnośnik, dno leja, chochla itp.;

• blokowanie elektryczne przez inne mechanizmy.

Napędy elektromagnetyczne

Napędy elektromagnetyczne to połączenie elektromagnesu z poruszanym przez niego urządzeniem mechanicznym. Nadają ruch do przodu napędowi kontrolowanego organu.

Siłowniki elektromagnetyczne stosowane są do sterowania zaworami, zasuwami, zaworami i suwakami w układach automatyki do regulacji zasilania dysz kołpakowych, ogrzewania, dopływu tlenu w procesie stalowniczym, w układach wykorzystujących urządzenia elektrohydrauliczne lub elektropneumatyczne, w którym elektromagnes porusza zaworem sterującym itp.

Wadą elektrozaworów i zaworów jest to, że przy niemal natychmiastowym przełączaniu może wystąpić uderzenie hydrauliczne.

Napędy hydrauliczne

Siłowniki hydrauliczne są szeroko stosowane w automatycznych liniach i układach odlewniczych ze względu na to, że pozwalają na znaczne krótkotrwałe działania rzędu 5 - 7 razy przeciążeń, mają duże wyjściowe momenty (siły) przy małych rozmiarach i mogą zapewniać przyspieszenia kątowe przekraczające 20 000 rad / s.

Najszerzej stosowane hydrauliczne napędy tłokowe, w których jako płyn roboczy stosuje się oleje naftowe, płyny syntetyczne, mieszaninę alkoholu z gliceryną itp.

W układach odlewniczych najczęściej stosowane są napędy tłokowe jedno- i dwustronnego działania.

Wadami napędów hydraulicznych są ich duża masa, znaczny pobór mocy na sterowanie oraz trudności w eliminowaniu wypadków.

W celu skorygowania niektórych głównych mankamentów szczególne znaczenie ma dobór sposobu i prawa hamowania oraz obliczenie parametrów konstrukcyjnych urządzeń hamujących cylindrów hydraulicznych stosowanych w odlewni.

Wybór niektórych cylindrów hydraulicznych i urządzeń hamulcowych zależy od sposobu ich działania. Przy niskich prędkościach dopuszcza się stosowanie siłowników hydraulicznych napędzających bez urządzeń hamujących z hamowaniem ruchomych części konstrukcji lub urządzeń na ogranicznik. Gdy prędkość robocza wzrośnie do 80 mm/s, konieczne jest zastosowanie urządzeń hamujących.

Napędy pneumatyczne

Napędy pneumatyczne konstrukcja w taki sam sposób jak hydrauliczna. Różnice polegają na właściwościach czynnika roboczego (gazu i cieczy).Ściśliwość gazu ma negatywny wpływ na pracę układu, zwłaszcza przy znacznych obciążeniach i przyspieszeniach.

Napędy pneumatyczne dzielą się na tłokowe i membranowe. Pneumatyczne siłowniki tłokowe są powszechne w odlewniach ze względu na swoją prostotę i niski koszt.

Jednocześnie agresywne środowisko procesów odlewniczych zmusza projektantów do opracowania specjalnych cylindrów pneumatycznych do automatycznych maszyn odlewniczych. Takie cylindry pneumatyczne są produkowane w konstrukcji zamkniętej, w której ich tłoczyska nie mają kontaktu z otoczeniem.

Używają cylindrów jednokierunkowych połączonych pojedynczą zębatką z kołem zębatym na wale wyjściowym. Obrót wału jest zamieniany przez korbę na ruch liniowy i chociaż podwójna konwersja powoduje utratę mocy, mechanizmy te są trwałe.

Połączone siłowniki

Nowe urządzenia Festo umożliwiają rozwiązywanie zadań za pomocą prostych ruchów zmotoryzowanych i inteligentną wymianę danych ze sterownika do PLC za pośrednictwem IO-Link. Ta seria napędów elektrycznych łączy w sobie prostotę pneumatyki z zaletami automatyki elektrycznej.

Napędy elektryczne z serii Simplified Motion to rozwiązania ruchowe ze zintegrowanym napędem i sterowaniem do prostych zadań. Pozwalają na obsługę i uruchomienie bez oprogramowania, na zasadzie „plug and play”.

Parametry prędkości posuwu i powrotu, siły uruchamiania, ustawienia pozycji krańcowej, tłumienia i sterowania ręcznego można ustawić bezpośrednio na napędzie za pomocą fizycznych przycisków.

Wybór

Wybierając siłowniki do systemów automatyki odlewni, weź pod uwagę ich szybkość, wydajność, cichą pracę. Każda z tych metryk, w takim czy innym stopniu, może być ważna dla rozwiązania konkretnego problemu automatyzacji.

Istnieje jednak jedno główne kryterium, które powinno być preferowane przy projektowaniu lub doborze siłownika — jest nim wysoka niezawodność.

W związku z tym zaleca się szersze stosowanie, w miarę możliwości, napędów elektromagnetycznych i elektromechanicznych o prostych schematach kinematycznych.

W przypadku stosowania napędów hydraulicznych lub pneumatycznych należy zwrócić uwagę na niezawodność urządzeń plombujących oraz zmniejszenie masy części ruchomych.

Zobacz też: Techniczne środki pomiaru i kontroli w odlewnictwie