I. Základní funkceSolenoidové ventily
Solenoidový ventil, který je klíčovou součástí elektro-pneumatické konverze, nese odpovědnost za účinnou konverzi elektrických signálů na signály pneumatické. Po obdržení řídicího pokynu může elektromagnetický ventil přesně uvolnit, zastavit NEBO změnit směr proudění stlačeného vzduchu, čímž dosáhne více funkcí, včetně řízení směru působení součásti pneumatického pohonu, regulace množství spínače ZAP/VYP a logického řízení NEBO/NE/A. Mezi různými typy solenoidových ventilů má elektromagnetický řídicí směrový řídicí ventil hlavní pozici a hraje klíčovou roli.
II. Princip činnosti elektromagnetického regulačního směrového regulačního ventilu
V pneumatických systémech hraje rozhodující roli elektromagnetický řídicí směrový ventil. Zodpovídá za ovládání otevírání a zavírání vzduchového kanálu nebo změnu směru proudění stlačeného vzduchu. Jeho hlavní pracovní princip je založen na elektromagnetické síle generované elektromagnetickou cívkou. Tato síla přiměje jádro ventilu k přepnutí, čímž se dosáhne účelu obrácení proudění vzduchu. Podle různých způsobů, kterými elektromagnetická ovládací část tlačí na směrový ventil, lze směrové ventily s elektromagnetickým ovládáním rozdělit na dva typy: přímo-činící a pilotní-ovládané. Přímo-činící solenoidové ventily přímo využívají elektromagnetickou sílu k pohonu jádra ventilu ke zpětnému směru, zatímco pilotní-ovládané směrové regulační ventily spoléhají na tlak řídicího vzduchu generovaný elektromagnetickým řídicím ventilem, aby poháněly jádro ventilu, aby dosáhly zpětného chodu.
Obrázek 1 ukazuje jednoduchý příčný-pohled v řezu na 3/2 (tří-třícestný dvou-polohový) přímo-činný solenoidový ventil (normálně otevřený typ) a jeho princip činnosti. Když je cívka pod napětím, statické železné jádro bude generovat elektromagnetickou sílu a tato síla bude tlačit jádro ventilu k pohybu nahoru. Když se jádro ventilu zvedne, těsnění se zvedne, čímž se spojí porty 1 a 2 a zároveň se odpojí porty 2 a 3. V tomto okamžiku je ventil ve stavu sání a může řídit pohyb válce. Jakmile je napájení přerušeno, jádro ventilu se bude spoléhat na vratnou sílu pružiny, aby se vrátilo do původního stavu, to znamená, že porty 1 a 2 jsou odpojeny, zatímco porty 2 a 3 jsou připojeny. Tímto způsobem je ventil ve výfukovém stavu.
Obrázek 2 ukazuje jednoduchý příčný-náhled v řezu na 5/2 (pěticestný{4}}dvoupolohový-) přímo{6}}činný solenoidový ventil (normálně otevřený typ) a jeho princip činnosti. V počátečním stavu dochází k nasávání vzduchu přes porty 1 a 2, zatímco výfuk je prováděn přes porty 4 a 5. Když je cívka pod napětím, statické železné jádro generuje elektromagnetickou sílu. Tato síla pohání řídicí ventil, aby fungoval, a pak stlačený vzduch vstoupí do řídicího pístu ventilu přes dráhu vzduchu, což způsobí spuštění pístu. Uprostřed pístu těsnící kruhová plocha otevírá kanál. V tomto okamžiku vzduch nasává z portů 1 a 4, zatímco vzduch je vypouštěn z portů 2 a 3. Jakmile je napájení přerušeno, bude řídicí ventil spoléhat na vratnou sílu pružiny, aby se vrátil do původního stavu.
Dále si povíme něco o funkci elektromagnetického ventilu. Funkce elektromagnetického ventilu je reprezentována dvěma čísly: M a N, což se nazývá elektromagnetický ventil s M-cestou N-polohy. Mezi nimi "poloha N" představuje spínací polohu rozváděče, to znamená stav ventilu. Počet pozic ventilu je hodnota N. Například dvou-polohový ventil má dvě možnosti polohy, to znamená, že má dva stavy. Třípolohový ventil má tři možnosti polohy, to znamená, že existují tři různé stavy. "M cesta" označuje počet vnějších rozhraní ventilu, včetně vstupu vzduchu, výstupu vzduchu a výfukového portu. Počet cest je hodnota M.
Vezměte ventil na obrázku 1 jako příklad. Jedná se o 3/2 přímo{4}}činný elektromagnetický ventil, to znamená, že ventil má dvě polohy, a to stavy „zapnuto“ a „vypnuto“. Zároveň má tři vzduchové otvory: 1 je vstup vzduchu, 2 je výstup vzduchu a 3 je výstupní otvor.
Analýza dýchacích cest solenoidového ventilu
Na levém konci diagramu dráhy plynu symbol zcela vlevo obvykle představuje spodní pružinu. Střední část je těleso ventilu, které obsahuje klíčové informace pro určení typu elektromagnetického ventilu. Například dvě políčka na obrázku označují, že se jedná o dvoupolohový elektromagnetický ventil A, zatímco A/B/R/P/S představují polohy otvorů v těle ventilu, tedy pěticestného ventilu. Proto je tento solenoidový ventil dvou-polohový pěti-cestný elektromagnetický ventil. Podobně můžeme počet bitů a počet průchodů elektromagnetického ventilu určit počtem otvorů a počtem krabic.
Kromě toho diagram cesty plynu také ukazuje provozní trasy cesty plynu, když je napájení vypnuto a když je napájení zapnuto. Když je napájení přerušeno, vzduchová cesta vstupuje otvorem P, působí na pohon otvorem A, poté prochází otvorem B a nakonec je vypuštěna z otvoru S, zatímco otvor R zůstává uzavřen. Po zapnutí proudí vzduch také z otvoru P, ale v tomto okamžiku je vzduch vypouštěn z otvoru B, působí na pohon a prochází otvorem A a nakonec je vypouštěn z otvoru R, zatímco otvor S je uzavřen.
Pravá část obrázku 3 obecně představuje cívky nebo pilotní malé ventily, které hrají důležitou roli při provozu solenoidových ventilů. Interpretací těchto diagramů dýchacích cest můžeme hlouběji porozumět principu fungování solenoidového ventilu a fungování dýchacích cest za různých podmínek.
Obrázek 4 ukazuje elektrické schéma pneumatického solenoidového ventilu. Elektrický schematický diagram je klíčem k pochopení principu fungování elektromagnetického ventilu. Jasně znázorňuje cívku, kontakty a spojení s ostatními elektrickými součástmi. Pozorováním elektrického schématu můžeme hlouběji porozumět elektrickým změnám solenoidového ventilu při jeho zapnutí a vypnutí, a tím lépe porozumět jeho pracovním charakteristikám.
Iv. Výběr jednoduchých{1}}regulačních elektromagnetických ventilů a dvojitých{2}}regulačních elektromagnetických ventilů
Jediný elektricky ovládaný solenoidový ventil, jak jeho název napovídá, je vybaven pouze jednou cívkou. Po zapnutí se změní a přejde do jiného stavu. Po odpojení napájení se automaticky vrátí do původního stavu. Tento princip činnosti je znázorněn na obrázku 5. Naproti tomu dvojitý elektro-řízený elektromagnetický ventil je vybaven dvěma cívkami. Řízením nabitých stavů různých cívek může dosáhnout více spínačů a stále si zachovat svůj předchozí stav po vypnutí-, jak je znázorněno na obrázku 6. Tento funkční rozdíl přímo určuje jejich různé možnosti v praktických aplikacích.
Obrázky 5 a 6 demonstrují pracovní principy jedno-řídících elektromagnetických ventilů a dvojitých-regulačních solenoidových ventilů. Při výběru, pokud je doba reverzace ventilu relativně krátká, stačí k ovládání jeden-regulační solenoidový ventil. Pokud je však doba komutace dlouhá, musí být cívka nepřetržitě napájena, což může způsobit zahřátí cívky při delším zapnutí-a dokonce spálení. Chcete-li se této situaci vyhnout, můžete zvolit dvojitý-regulační ventil. Navíc, pokud je třeba dosáhnout funkce reset po výpadku napájení, je vhodnější jediný elektricky ovládaný solenoidový ventil. Pokud je potřeba zachovat aktuální stav po výpadku napájení, je vhodnější dvojitý{12}}regulační elektromagnetický ventil.
V. Rozdíly a aplikace mezi pilotními-elektromagnetickými ventily a přímo{2}}řízenými solenoidovými ventily
Mezi typy solenoidových ventilů patří dva běžné typy, pilotní-ovládaný a přímo{1}}řízený. Liší se pracovními principy a aplikačními scénáři. Pilotní-elektromagnetické ventily přepínají mezi plynem a kapalinou přes pilotní otvory, zatímco přímo{5}}činící solenoidové ventily se při řízení pohybu jádra ventilu spoléhají na tlakové rozdíly. Tento rozdíl způsobuje, že oba typy solenoidových ventilů mají své vlastní výhody, když reagují na různé průmyslové požadavky. Například v některých situacích, které vyžadují rychlou odezvu a vysokou citlivost, mohou být vhodnější přímo{8}}činící solenoidové ventily. V situacích, kdy je vyžadováno jemné ovládání a nižší spotřeba energie, mohou mít pilotní{10}}elektromagnetické ventily na hraně.
Konstrukční návrh přímo{0}}činných solenoidových ventilů je poměrně jednoduchý. Jejich pracovní princip spoléhá hlavně na elektromagnetickou sílu, která přímo pohání jádro ventilu k činnosti. Toto provedení má však také dva zásadní nedostatky. Za prvé, v důsledku velkého požadavku na elektromagnetickou sílu se objem elektromagnetické cívky odpovídajícím způsobem zvětšuje, což zase vede k vyšší spotřebě energie. Za druhé, přímo{5}}činící solenoidové ventily jsou relativně citlivé na tlak. Když tlak překročí určitý limit (obvykle přes 0,7 MPA), mnoho přímo{8}}činných solenoidových ventilů nemůže správně fungovat. To je způsobeno především nadměrně vysokým tlakem působícím na jádro ventilu, což znesnadňuje činnost elektromagnetické síly, která pohání jádro ventilu. Navzdory tomu mají přímo{11}}elektromagnetické ventily své výhody: jednoduchou konstrukci, dostupnou cenu a nízkou poruchovost.
2. Solenoidový ventil ovládaný pilotem- je důmyslně navržen. Upouští od tradičního pohonu elektromagnetickou silou a místo toho využívá tlak vzduchu k pohonu jádra ventilu k činnosti. U solenoidových ventilů o průměru větším než 4 mm se obvykle skládají z řídicího ventilu a hlavního ventilu. Po zapnutí solenoidového ventilu se pilotní ventil otevře a ovládá otevření hlavního ventilu prostřednictvím svého výstupního signálu. Stojí za zmínku, že hlavní ventil je ve skutečnosti pneumatický regulační ventil a jeho provoz vyžaduje koordinovanou činnost dvou zdrojů vzduchu: jedním je hlavní zdroj vzduchu ventilu a druhým je zdroj vzduchu řídicího ventilu.
Pokud hlavní zdroj vzduchu dodává vzduch do řídicího ventilu vnitřním vzduchovým kanálem elektromagnetického ventilu, nazývá se tato konstrukce vnitřní řídicí typ. Pokud je pilotní ventil zásobován plynem ze zdroje nezávislého na hlavním zdroji plynu, nazývá se externí pilotní typ. Na obrázku 8 je na levé straně znázorněn příklad elektromagnetického ventilu ovládaného externím pilotním-ventilem, zatímco pravá strana ukazuje příklad elektromagnetického ventilu ovládaného interním pilotním-ventilem.
Fyzické srovnání mezi vnitřním a externím svodem je znázorněno na následujícím obrázku.
Tyto dva typy solenoidových ventilů, jmenovitě interní pilotní a externí pilotní ventil, často koexistují ve stejném systému. Obvykle již interní pilot dokáže splnit potřeby většiny příležitostí. Za určitých specifických okolností se však externí vedení stává ještě nezbytnějším. Například, když tlak zdroje plynu hlavního ventilu kolísá a může klesnout pod 0,2 MPA, nebo když je ve vakuovém prostředí, protože zdroj plynu pilotního ventilu nemůže být sdílen se zdrojem hlavního ventilu, jinak to může vést k tomu, že se hlavní ventil nebude moci otevřít. V tomto okamžiku je pro napájení řídicího ventilu vyžadován nezávislý zdroj vzduchu s tlakem vyšším než 0,2 MPA. Kromě toho, když je tlakový rozdíl mezi vstupem a výstupem vzduchu významný, nebo když tlak v hlavních dýchacích cestách překročí 1 MPA, může být nutné, aby interní pilot zvětšil strukturální objem přímým zatížením tlaku v dýchacích cestách na jádro ventilu. Externí pilot řeší problém přímým zavedením jednoho plynového kanálu do pilotního portu bez nutnosti přidání elektromagnetického ventilu; je třeba přidat pouze vzduchové potrubí.
Závěrem lze říci, že pilotní-ovládané solenoidové ventily mají výhody malých elektromagnetických hlav a nízké spotřeby energie. Je esteticky příjemný a šetří instalační prostor. Mezitím generuje méně tepla a má pozoruhodný-účinek úspory energie. Ještě důležitější je, že kvůli nízkému vývinu tepla je méně pravděpodobné, že se cívka spálí a může být napájena po dlouhou dobu. To je zvláště důležité v praktických aplikacích. Například výkon některých solenoidových ventilů od SMC byl snížen až na 0,1 W, což umožňuje nepřetržité napájení bez přehřívání. Výkonový rozsah přímo-činných solenoidových ventilů je 4-20 W, s relativně krátkou dobou zapnutí-. Časté{15}}zapínání navíc představuje riziko vyhoření. Proto v situacích, kdy je vyžadováno napájení po dlouhou dobu nebo při vysokých frekvencích, se preferovanou volbou stávají pilotní-elektromagnetické ventily. Ve skutečnosti většina dnes běžně používaných solenoidových ventilů přijala pilotní{19}}provedení. Mezi solenoidovými ventily, které propouštějí pouze kapalinu, stále tvoří určitý podíl přímočinné ventily. To je způsobeno především skutečností, že nečistoty v kapalině mohou ucpat úzké kanály řídicího ventilu.
Dále se ponoříme do tří typů tří{0}}pěticestných{1}}cestných elektromagnetických ventilů: středního-utěsněného, středního-odvětrávaného a středního-tlaku a také na jejich použití. Tento typ solenoidového ventilu využívá dvojité elektrické ovládací cívky. Když žádný ze dvou elektromagnetů není pod napětím, jádro ventilu bude ve střední poloze pod vyváženým tlakem pružin na obou stranách. V tomto okamžiku bude stav on{8}}vypnuto plynové cesty v solenoidovém ventilu určovat jeho specifický typ - středního těsnění, středního odvětrání nebo středního tlaku. Postupně rozebereme principy a aplikační scénáře těchto tří typů.
1. Analýza stavu středního těsnění: Když není pod napětím ani jedna ze dvou cívek, tlak v přední a zadní komoře válce zůstane ve stavu po odpojení cívek- a nezmění se. Současně jsou uzavřeny otvory pro sání i výfuk vzduchu. Dlouhodobé udržování tohoto stavu však může postupně způsobit ztrátu rovnováhy v důsledku drobných netěsností. Schematický diagram je znázorněn na (Obrázek 10).
Vzhledem ke stlačitelnosti plynu a skutečnosti, že pneumatické součásti, jako jsou láhve, ventily a spoje plynových potrubí nemohou být zcela těsnící, nelze válec dlouhodobě udržovat v mezilehlé poloze zastavení. Tento vyvážený stav se časem postupně ztratí, což má za následek snížení přesnosti polohování válce. Avšak pro ty pracovní podmínky, kde není kladen velký důraz na přesnost polohování válce a doba zastavení je relativně krátká, lze přesto zvážit použití prostředního-utěsněného válce.
2. Metoda středního výboje: Když není pod napětím ani jedna ze dvou cívek, není v přední a zadní komoře válce žádný tlak a zároveň zůstává zavřený otvor pro sání vzduchu. V tomto okamžiku bude tlak v přední a zadní komoře válce vypuštěn přes dva výfukové otvory elektromagnetického ventilu. Princip jeho fungování lze vidět na obrázku 11.
Ve srovnání se středním-utěsněným ventilem může konstrukce středního-vypouštěcího okruhu poskytnout delší střední-čas zastavení. Ve scénářích, kdy se válec potřebuje pohybovat vertikálně, je střední-čas zastavení relativně dlouhý, ale požadavek na přesnost polohování není příliš přísný, je třeba zvážit střední-okruh uvolnění.
3. Středotlaký stav: Když není pod napětím ani jedna ze dvou cívek, tlak v přední a zadní komoře válce zůstane ve stavu, kdy je předchozí spirála bez energie, a bude aplikován nepřetržitý tlak, aby bylo zajištěno, že tlak v přední a zadní komoře válce bude konzistentní s tlakem na sacím konci. V tomto okamžiku je přívod vzduchu otevřený, zatímco výfuk je uzavřen. Princip fungování je znázorněn na obrázku 12.
Pokud na válec nepůsobí axiální vnější zatěžovací síla, zůstane píst ve vyváženém stavu a tak přesně zůstane v jakékoli poloze během zdvihu. Charakteristiky tohoto okruhu vyžadují, aby byl válec instalován vodorovně. Proto se v pracovních podmínkách, kde je vyžadováno-přesné polohování a neexistuje žádná axiální vnější zátěžová síla, doporučuje použít středotlaký- ventil v kombinaci s válcem s dvojitou pístnicí.
