+7 (812) 595-35-00
Отправить запрос

Управление насосами: простота или интеллектуальный контроль

Системы управления насосами занимают в гидравлике особое место, поскольку они позволяют регулировать параметры мощности и потока, необходимые для решения различных конкретных задач. Но как определить, какой тип управления насосами – механико-гидравлический или электрогидравлический – подойдет для достижения той или иной цели? В чём заключаются различия между ними?

Управление насосами: простота или интеллектуальный контроль

Рисунок 1. Функции управления насосом.

Основные преимущества и недостатки двух типов управления насосом можно продемонстрировать на примере управления потоком в работе гидравлического пресса для глубокой вытяжки. В основе гидравлического привода цилиндра находится насос с переменным рабочим объемом, функционирующий в системе с открытым контуром. Рабочий объем составляет 250 см3, номинальное давление – 35 МПа. Механический входной сигнал усиливается гидравлически. В связи с этим, насос выполняет три типичные задачи: управление потоком (функция N или S), управление мощностью (функция LR) и управление давлением (функция G).

1. Механико-гидравлическое управление насосом: простое, но ограниченное

Механический входной сигнал от ручного рычага усиливается гидравлически. В этом случае поток контролируется с помощью средств измерения нагрузки. Угол поворота насоса регулируется независимо от нагрузки, возникающей на приводе, с помощью датчика нагрузки, который настроен на изменение давления (Δp), равное 2 МПа. Таким образом, скорость на приводе остается постоянной.

Недостаток: дросселирование потока на выходе насоса сопровождается потерей мощности, которая полностью преобразуется в тепло и увеличивает потребность в охлаждении. Тем не менее, одним из преимуществ механико-гидравлического управления является простота настройки, для которой даже не требуется пилотный масляный насос, поскольку энергия для регулировки появляется при высоком давлении. Благодаря постоянному показателю Δp, равному 2 МПа, управление потоком также возможно при низких давлениях.

Регуляторы мощности повышают сложность.

Если пресс для глубокой вытяжки по каким-либо причинам – например, по соображениям безопасности – требует нулевого расхода при низком противодавлении (до 0,4 МПа), появляется необходимость в дополнительном пилотном масляном насосе. Поэтому в таком случае для установки регулятора мощности понадобится больше составных компонентов.

2. Электрогидравлическое управление насосом

Запись и сравнение данных с помощью электронных систем контроля.

По сравнению с механико-гидравлическим управлением, электрогидравлическая система с одним быстродействующим клапаном на насосе и электронной системой контроля, позволяющей вносить изменения, является более элегантным решением. Регулируемые переменные (путь, сила и скорость) соответствуют аналоговым гидравлическим показателям расхода и давления.

Принцип: датчик угла поворота на поршне привода и отдельный (и/или прикрепленный) датчик давления регистрируют фактические значения расхода и давления. Сравнив их с указанными параметрами команд, электронная система контроля выполняет все задачи по ограничению расхода, давления и крутящего момента и передает значение команды на клапан.

На рисунке 2 показаны различные системы управления насосами, которые представляют из себя автономные подсистемы и подключены к машинному управлению через соответствующие интерфейсы.

Сегодня существует целый ряд средств управления движением и ЧПУ для гидравлических приводов. Этот список включает в себя как одноосные регуляторы без шкафов управления, где электронные элементы полностью интегрированы в клапан, так и многоосные регуляторы со шкафами управления, предназначенные для решения более сложных задач. Помимо этого, использование интеллектуальных контроллеров позволяет улучшить производительность системы.

Подобные системы управления сообщаются с системами более высокого порядка с помощью установленных полевых шин или протоколов Ethernet и, таким образом, могут быть успешно интегрированы в архитектуры Индустрии 4.0. Таким образом, современная гидравлика – интеллектуальная и сетевая – становится частью мировой цифровой промышленности.

различные системы управления насосами

Рисунок 2. Системы управления насосом с открытым контуром (слева) и с замкнутым контуром (справа).

Электрогидравлическая система управления насосом HPC (справа) и аксиально-поршневой насос с управлением HS5 Rexroth

Рисунок 3: Электрогидравлическая система управления насосом HPC (справа) и аксиально-поршневой насос с управлением HS5 Rexroth (слева)

3. Помощь в принятии решения: выбор типа управления насосом

Выбор типа управления насосом в первую очередь зависит от физических переменных, подлежащих контролю. Расход и давление можно регулировать с помощью систем обоих типов – как механико-гидравлического, так и электрогидравлического. Однако для управления параметрами крутящего момента механико-гидравлической системе потребуется дополнительный регулятор мощности, изменяющий поток при постоянном давлении и, одновременно с этим, существенно усложняющий конструкцию гидравлического механизма.

Ниже представлено руководство по выбору системы управления насосом.

Комбинация насосов типа «ведущий-ведомый»

Комбинация насосов по принципу «ведущий-ведомый», несущая в себе массу возможностей для решения различных задач, осуществима только с помощью электрогидравлического управления. Этот метод позволяет создавать комбинированные насосные системы с особыми свойствами. К примеру, если при раннем развороте ведущий насос обеспечивает определенный поток с определенного момента времени, то он может быть установлен с максимальным углом поворота уже при запуске двигателя и таким образом подан в систему, что позволяет увеличить скорость и точность работы.

Насколько динамичным и точным должен быть насос?

Требуемые динамика и точность являются наиболее приоритетными факторами, влияющими на принятие решения при выборе насосов. К примеру, если необходима особенно высокая динамика вплоть до 80 мс, то для данной задачи подойдет насос с простейшим управлением. В отношении точности наиболее убедительные результаты демонстрируют электрогидравлические системы управления с точностью повторения давления <= 0,2% и отклонением от линейности угла поворота <= 1%. В сравнении с ними, механико-гидравлические системы обеспечивает точность повторения давления около +/- 1,5% и отклонение от линейности в диапазоне от 2,5 до 7%. Приведенные значения действительны для постоянной рабочей температуры 50°С.

Заключение

Преимущество механико-гидравлического управления насосом заключается в его простоте. Тем не менее, оно находит себе удачное применение только при выполнении соответствующих простых задач.

В связи с ростом требований к функциональности, точности и энергоэффективности оборудования, безальтернативным решением становится использование электрогидравлических систем, которые позволяют регулировать давление и поток с помощью более качественных методов контроля. Кроме того, электронные системы управления со встроенным мультиинтерфейсом Ethernet могут быть интегрированы в самые разнообразные структуры, что создает новые возможности для сетевой работы, широко востребованные в современной цифровой промышленности.

Вопрос

Электрогидравлическая система управления
(бортовая или на основе шкафа управления)

Механико-гидравлическая система управления

Какие физические переменные подлежат контролю?

Поток и давление, ограничение крутящего момента, комбинация типа «ведущий-ведомый»

Поток и давление

Насколько динамичным должен быть насос? (учитывается время срабатывания)

Быстрое время поворота до 80 мс (в зависимости от размера насоса)

Время поворота от 150 до 300 мс (в зависимости от размера насоса)

Насколько точным должен быть контроль?

Высокая точность повторения (<= 0,2%).

Очень низкое отклонение от линейности для угла поворота <= 1%.

Значения действительны для постоянной рабочей температуры 50°С.

Точность повторения: +/- 1,5% и более.

Отклонение от линейности <= 2,5%, до 7%.

Значения действительны для постоянной рабочей температуры 50°С.

Предусмотрена ли возможность комбинации насосов?

Да

Нет

Комбинации насосов:

 

 

Гидравлический контур открытый или замкнутый?

Возможны оба

Возможны оба

Возможна ли компенсация вмешивающихся факторов (утечка масла, температура)?

Да

Нет

Возможна ли дистанционная диагностика или дистанционное обслуживание?

Да

Нет

Имеется ли база знаний о технологии электронного управления?

Да. Возможно упрощение инжиниринга с помощью открытой технологической среды.

Нет

 

Возможные типы управления

Электронное бортовое управление

Электронное управление на основе шкафа управления

Механико-гидравлическое управление

Угол поворота

Х

Х

Х

Давление

Х

Х

Х

Крутящий момент

Х

Х

X (например, с помощью регулятора мощности)

«Ведущий-ведомый»

Х

Х

-

Источник: https://community.boschrexroth.com/t5/Rexroth-Blog/Pump-control-simple-or-intelligent/ba-p/274