Sterowanie hydrauliką z Parker: napędy pomp, pozycjonowanie i oszczędność energii

Hydraulika wciąż porusza w przemyśle najcięższe ładunki — prasy, maszyny do odlewania ciśnieniowego i wtryskarki, obrabiarki, stanowiska testowe. Zmieniło się jednak sterowanie wokół niej. Pompa pracująca cały dzień na pełnych obrotach i siłownik pozycjonowany wyłącznikami krańcowymi marnują energię, czas i materiał. Dzięki nowoczesnej elektronice ten sam układ hydrauliczny pozycjonuje z dokładnością do ułamka milimetra, precyzyjnie utrzymuje ciśnienie i pobiera tylko tyle mocy, ile proces faktycznie potrzebuje. W tym artykule pokazujemy, jak Parker rozwiązuje to na dwóch poziomach — pompy i osi — oraz które produkty z naszej oferty są do tego potrzebne.

Dwa miejsca, w których hydraulika staje się inteligentniejsza

Każda maszyna hydrauliczna ma źródło mocy (pompę z silnikiem) i odbiorniki (siłowniki i silniki hydrauliczne poruszane przez zawory). Sterowanie elektroniczne opłaca się w obu miejscach:

• Przy pompie falownik ustawia prędkość obrotową pompy tak, aby dostarczała dokładnie taki przepływ lub ciśnienie, jakiego maszyna w danej chwili potrzebuje — zamiast pompy o stałej prędkości, której nadmiar oleju jest dławiony i zamieniany w ciepło.
• Przy osi regulator zamyka pętlę regulacji położenia, siły lub ciśnienia każdego siłownika i setki razy na sekundę steruje zaworem proporcjonalnym lub serwozaworem.

Pompa: zmienna prędkość z Parker AC30V

Falownik Parker AC30V może uruchomić dedykowaną aplikację sterowania hydrauliką (aplikacja Parker RA502134U003, firmware 1.4.1 lub nowszy). Falownik nie jest wtedy tylko regulatorem prędkości silnika — staje się sterownikiem samego zasilacza hydraulicznego. Przepływ wprowadza się w L/min, ciśnienie w kPa, a wydajność jednostkową pompy w litrach na obrót; prędkość napęd oblicza sam. Typowe obwody hydrauliczne obejmują cztery tryby sterowania:

• Sterowanie akumulatorem — utrzymuje akumulator naładowany między dolną a górną granicą ciśnienia, pobieranymi z dwóch presostatów lub z przetwornika ciśnienia. Gdy ciśnienie spada, napęd zwiększa przepływ (regulowana kompensacja Q z opóźnieniem, rampą i wartością maksymalną).
• Sterowanie VFPC (zmienny przepływ, kompensacja ciśnienia) — dla pomp z mechanicznym regulatorem ciśnienia: napęd śledzi przetwornik przepływu i utrzymuje regulowaną rezerwę przepływu, dzięki czemu pompa obraca się tylko tak szybko, jak to konieczne.
• Sterowanie „Q” — sterowanie przepływem w pętli otwartej: napęd przelicza żądany przepływ na prędkość pompy na podstawie wydajności na obrót. Czujnik przepływu nie jest potrzebny.
• Sterowanie „P” — regulacja ciśnienia w pętli zamkniętej z regulatorem PID, wartością zadaną ciśnienia i przetwornikiem ciśnienia, z kompensacją strat statycznych pompy oraz jej sprawności mechanicznej i objętościowej.

Aplikacja dba także o sam zasilacz hydrauliczny: wejścia poziomu i temperatury oleju zatrzymują napęd po regulowanym opóźnieniu, do czterech pasm częstotliwości pomijanych utrzymuje pompę z dala od rezonansu mechanicznego, a wyświetlacz pokazuje prędkość pompy, obciążenie, przepływ, ciśnienie, stan hydrauliki i zużytą energię w kWh. Wyjścia analogowe przekazują do sterowania maszyny zadaną prędkość i obciążenie pompy; przekaźniki sygnalizują „praca” i „brak awarii”.

Skąd bierze się oszczędność energii

Pompa o stałej prędkości dostarcza pełny przepływ nawet wtedy, gdy maszyna czeka, utrzymuje pozycję lub potrzebuje tylko ułamka przepływu. Nadmiar wraca do zbiornika przez zawór przelewowy lub dławiący i zamienia się w ciepło — które następnie trzeba ponownie odprowadzić. Napęd pompy o zmiennej prędkości obniża obroty właśnie w tych fazach: podczas utrzymywania i postoju pompa obraca się wolno lub stoi, przy szybkim skoku przyspiesza. Maszyna uzyskuje tę samą moc hydrauliczną przy mniejszym zużyciu energii elektrycznej i mniejszej ilości ciepła w oleju. Wielkość oszczędności zależy od cyklu pracy maszyny; im dłuższe przerwy i fazy częściowego obciążenia, tym większy efekt.

Oś: pozycjonowanie w pętli zamkniętej z PAC120 i PACHC

Dla samych siłowników Parker oferuje system modułowy, który zatrzaskuje się na szynie DIN 35 mm w szafie sterowniczej:

• PAC120 — Parker Automation Controller do hydrauliki. Kompaktowy sterownik z CODESYS V3.5 (IEC 61131-3), masterem EtherCAT czasu rzeczywistego, wizualizacją webową i OPC UA, pracujący pod Linux RT na procesorze i.MX6 1 GHz. Z nadrzędnym sterowaniem linii lub gniazda łączy się jako slave PROFINET IO/IRT (PAC120-PWP01), adapter EtherNet/IP (PAC120-PWE01) lub slave EtherCAT (PAC120-PWT01); interfejs CAN jest wbudowany.
• PACHC — elektrohydrauliczny moduł sterujący: karta, która zmienia PAC120 w regulator osi hydraulicznych. Każdy PACHC-460-01 steruje 1–2 osiami hydraulicznymi w zakresie położenia, siły lub ciśnienia, łącznie z przełączaniem między regulacją położenia i siły, przy cyklu regulatora 250 µs. Ma 4 wejścia analogowe (0–10 V, opcjonalnie 0/4–20 mA, 12 bit) dla czujników ciśnienia i siły, 4 wyjścia analogowe (±10 V, opcjonalnie 0/4–20 mA, 16 bit) dla zaworów oraz cyfrowe sprzężenie zwrotne położenia dla SSI, EnDat 2.1 i enkoderów inkrementalnych (RS422, 5/24 V).
• PACIO — system zdalnych wejść/wyjść dla reszty maszyny: wejścia i wyjścia cyfrowe i analogowe, moduły temperaturowe (Pt/Ni) i licznikowe, sprzęgła magistralowe i ekstendery. Moduły korzystają z tej samej magistrali EtherCAT E-bus, więc lokalne i rozproszone I/O wyglądają dla programu tak samo.

Moduły po prostu ustawia się na szynie obok sterownika. Jeden PAC120 steruje maksymalnie 20 osiami hydraulicznymi — dwiema na każdy moduł PACHC. Przez moduł ekstendera PACIO PAC120 może sterować także innymi urządzeniami EtherCAT, na przykład pompą napędzaną falownikiem Parker lub zaworami EtherCAT, dzięki czemu pompa i osie pracują z jednego sterownika.

Oprogramowanie, które skraca uruchomienie

Programowanie odbywa się w jednym środowisku dla logiki, I/O, wizualizacji i ruchu. Parker dostarcza bibliotekę funkcji ruchu i bezpłatne szablony aplikacji — synchronizacja 2 osi, synchronizacja 4 osi, przełączanie regulacji położenie/siła i tabela rekordów — dzięki czemu typowych zadań prasowania i pozycjonowania nie trzeba pisać od zera. Wszystkie parametry urządzenia są bezpiecznie zapisywane w pamięci flash. Dla maszyn sterowanych sterownikiem PLC Siemens Parker udostępnia opis urządzenia GSDML i bloki funkcyjne dla TIA Portal, dzięki czemu PAC120 wpasowuje się w istniejącą architekturę S7 jako urządzenie PROFINET. Równie dobrze PAC120 może pracować jako samodzielny sterownik maszyny.

Co regulator osi daje maszynie

• krótsze czasy cyklu dzięki szybkiej, precyzyjnej regulacji położenia zamiast wyłączników krańcowych i powolnych dojazdów
• wyższa dokładność i powtarzalność procesu — położenie, siła i ciśnienie w zamkniętej pętli regulacji
• mniej braków, ponieważ siła i położenie są dokładnie odtwarzane w każdym cyklu
• niższe zużycie energii i łatwe połączenie z innymi systemami przez PROFINET, EtherNet/IP, EtherCAT, Modbus TCP i OPC UA

Typowe zastosowania

• prasy hydrauliczne — prasowanie z regulacją położenia i docisk z regulacją siły z przełączaniem
• maszyny do odlewania ciśnieniowego i wtryskarki
• obrabiarki, osie mocujące i posuwowe
• siłowniki synchroniczne — 2 lub 4 osie hydrauliczne w ruchu synchronicznym
• zasilacze hydrauliczne z akumulatorami, w których pompa ma pracować tylko wtedy, gdy olej jest potrzebny

Który produkt do jakiego zadania

Ceny, dokumentacja i pomoc w doborze

Wszystkie wymienione tu produkty znajdziesz w naszym sklepie z cenami katalogowymi, danymi technicznymi i pełną dokumentacją Parker — katalogami, instrukcjami obsługi, deklaracjami zgodności, makrami EPLAN oraz, jeśli Parker je publikuje, danymi 3D — w zakładce Dokumentacja przy produkcie. Nie wiesz, która kombinacja pasuje do Twojej maszyny? Prześlij nam krótki opis zadania, a pomożemy dobrać napęd, sterownik i moduły.

Produkty w tym artykule

• Falowniki Parker AC30V — napędy pomp z aplikacją sterowania hydrauliką
• Sterowniki Parker PAC120 — wersje hydrauliczne (PAC120-P…) i do sterowania ruchem (PAC120-M…)
• Elektrohydrauliczny moduł sterujący Parker PACHC — 1–2 osie hydrauliczne na moduł
• System zdalnych I/O Parker PACIO — sprzęgła magistralowe, ekstendery, moduły cyfrowe, analogowe, temperaturowe i licznikowe
• Sterowniki ruchu Parker PAC340 — do większych maszyn z osiami elektrycznymi i hydraulicznymi