Riadenie hydrauliky s Parker: pohony čerpadiel, polohovanie a úspora energie

Hydraulika v priemysle stále hýbe tými najťažšími bremenami — lisy, tlakové liacie a vstrekovacie stroje, obrábacie stroje, skúšobné stavy. Zmenilo sa však riadenie okolo nej. Čerpadlo, ktoré celý deň beží naplno, a valec polohovaný koncovými spínačmi plytvajú energiou, časom aj materiálom. S modernou elektronikou ten istý hydraulický systém polohuje s presnosťou na zlomok milimetra, presne drží tlak a odoberá len toľko výkonu, koľko proces naozaj potrebuje. V tomto článku ukážeme, ako to Parker rieši na dvoch úrovniach — na čerpadle a na osi — a ktoré produkty z našej ponuky na to potrebujete.

Dve miesta, kde hydraulika zmúdrie

Každý hydraulický stroj má zdroj výkonu (čerpadlo s motorom) a spotrebiče (valce a hydromotory ovládané ventilmi). Elektronické riadenie sa oplatí na oboch stranách:

• Na čerpadle frekvenčný menič nastavuje otáčky čerpadla tak, aby dodávalo presne taký prietok alebo tlak, aký stroj v danej chvíli potrebuje — namiesto čerpadla s konštantnými otáčkami, ktorého prebytočný olej sa škrtí a mení na teplo.
• Na osi riadiaca jednotka uzatvára regulačnú slučku polohy, sily alebo tlaku každého valca a stovky ráz za sekundu riadi proporcionálny alebo servoventil.

Čerpadlo: premenlivé otáčky s Parker AC30V

Frekvenčný menič Parker AC30V dokáže prevádzkovať špecializovanú aplikáciu na riadenie hydrauliky (aplikácia Parker RA502134U003, firmvér 1.4.1 alebo novší). Menič potom nie je len regulátorom otáčok motora — stáva sa riadiacou jednotkou samotného hydraulického agregátu. Prietok sa zadáva v L/min, tlak v kPa a geometrický objem čerpadla v litroch na otáčku; otáčky si pohon dopočíta sám. Typické hydraulické obvody pokrývajú štyri režimy riadenia:

• Riadenie akumulátora — udržiava akumulátor nabitý medzi dolnou a hornou hranicou tlaku, ktoré berie buď z dvoch tlakových spínačov, alebo z tlakového snímača. Keď tlak klesne, pohon pridá prietok (nastaviteľná Q-kompenzácia s oneskorením, rampou a maximom).
• Riadenie VFPC (premenlivý prietok, tlakovo kompenzované) — pre čerpadlá s mechanickým tlakovým regulátorom: pohon sleduje snímač prietoku a drží nastaviteľnú rezervu prietoku, takže čerpadlo sa točí len tak rýchlo, ako je potrebné.
• Riadenie „Q“ — riadenie prietoku v otvorenej slučke: pohon prepočíta požadovaný prietok na otáčky čerpadla podľa geometrického objemu na otáčku. Snímač prietoku nie je potrebný.
• Riadenie „P“ — regulácia tlaku v uzavretej slučke s PID regulátorom, žiadanou hodnotou tlaku a tlakovým snímačom, s kompenzáciou statických strát čerpadla a jeho mechanickej a objemovej účinnosti.

Aplikácia sa stará aj o samotný agregát: vstupy hladiny a teploty oleja zastavia pohon po nastaviteľnom oneskorení, až štyri pásma preskakovaných frekvencií držia čerpadlo mimo mechanickej rezonancie a displej zobrazuje otáčky čerpadla, zaťaženie, prietok, tlak, stav hydrauliky a spotrebovanú energiu v kWh. Analógové výstupy hlásia riadiacemu systému stroja požadované otáčky a zaťaženie čerpadla; relé hlásia „v chode“ a „bez poruchy“.

Odkiaľ pochádza úspora energie

Čerpadlo s konštantnými otáčkami dodáva plný prietok aj vtedy, keď stroj čaká, drží polohu alebo potrebuje len zlomok prietoku. Prebytok tečie späť do nádrže cez poistný alebo škrtiaci ventil a mení sa na teplo — ktoré treba následne znova uchladiť. Pohon čerpadla s premenlivými otáčkami znižuje otáčky práve v týchto fázach: pri držaní a v nečinnosti sa čerpadlo točí pomaly alebo stojí, pri rýchlom zdvihu zrýchli. Stroj dostane rovnaký hydraulický výkon s menšou spotrebou elektrickej energie a menej tepla v oleji. Koľko ušetríte, závisí od pracovného cyklu stroja; čím dlhšie prestávky a fázy čiastočného zaťaženia, tým väčší efekt.

Os: polohovanie v uzavretej slučke s PAC120 a PACHC

Pre samotné valce ponúka Parker modulárny systém, ktorý sa nacvakne na 35 mm DIN lištu v rozvádzači:

• PAC120 — Parker Automation Controller pre hydrauliku. Kompaktný riadiaci systém s CODESYS V3.5 (IEC 61131-3), EtherCAT masterom v reálnom čase, webovou vizualizáciou a OPC UA, bežiaci na Linux RT s procesorom i.MX6 1 GHz. K nadradenému riadeniu linky alebo bunky sa pripája ako PROFINET IO/IRT slave (PAC120-PWP01), EtherNet/IP adapter (PAC120-PWE01) alebo EtherCAT slave (PAC120-PWT01); rozhranie CAN je priamo na doske.
• PACHC — elektrohydraulický riadiaci modul: karta, ktorá z PAC120 urobí regulátor hydraulických osí. Každý PACHC-460-01 riadi 1–2 hydraulické osi v polohe, sile alebo tlaku vrátane prepínania medzi riadením polohy a sily, s cyklom regulátora 250 µs. Má 4 analógové vstupy (0–10 V, voliteľne 0/4–20 mA, 12 bit) pre snímače tlaku a sily, 4 analógové výstupy (±10 V, voliteľne 0/4–20 mA, 16 bit) pre ventily a digitálnu spätnú väzbu polohy pre SSI, EnDat 2.1 a inkrementálne snímače (RS422, 5/24 V).
• PACIO — systém vzdialených vstupov/výstupov pre zvyšok stroja: digitálne a analógové vstupy a výstupy, teplotné (Pt/Ni) a čítačové moduly, zbernicové spojky a extendery. Moduly zdieľajú tú istú zbernicu EtherCAT E-bus, takže lokálne aj distribuované I/O vyzerajú pre program rovnako.

Moduly sa jednoducho radia na lištu vedľa riadiacej jednotky. Jeden PAC120 riadi až 20 hydraulických osí — dve na každý modul PACHC. Cez extender PACIO dokáže PAC120 ovládať aj ďalšie zariadenia EtherCAT, napríklad čerpadlo poháňané meničom Parker alebo ventily s EtherCAT, takže čerpadlo aj osi bežia z jednej riadiacej jednotky.

Softvér, ktorý skracuje uvedenie do prevádzky

Programuje sa v jednom prostredí pre logiku, I/O, vizualizáciu aj pohyb. Parker dodáva knižnicu pohybových funkcií a bezplatné aplikačné šablóny — synchronizácia 2 osí, synchronizácia 4 osí, prepínanie riadenia poloha/sila a tabuľka záznamov — takže typické lisovacie a polohovacie úlohy netreba písať od nuly. Všetky parametre zariadenia sa bezpečne ukladajú do flash pamäte. Pre stroje riadené PLC Siemens publikuje Parker popis zariadenia GSDML a funkčné bloky pre TIA Portal, takže PAC120 zapadne do existujúcej architektúry S7 ako zariadenie PROFINET. Rovnako dobre môže PAC120 pracovať ako samostatný riadiaci systém stroja.

Čo regulátor osí prinesie stroju

• kratšie časy cyklu vďaka rýchlemu a presnému riadeniu polohy namiesto koncových spínačov a pomalých dojazdových rýchlostí
• vyššia presnosť a opakovateľnosť procesu — poloha, sila aj tlak v uzavretej regulačnej slučke
• menej zmätkov, pretože sila a poloha sa v každom cykle presne zopakujú
• nižšia spotreba energie a jednoduché prepojenie s inými systémami cez PROFINET, EtherNet/IP, EtherCAT, Modbus TCP a OPC UA

Typické aplikácie

• hydraulické lisy — lisovanie s riadením polohy a držanie s riadením sily s prepínaním
• tlakové liacie a vstrekovacie stroje
• obrábacie stroje, upínacie a posuvové osi
• synchronizované valce — 2 alebo 4 hydraulické osi v synchrónnom pohybe
• hydraulické agregáty s akumulátormi, kde má čerpadlo bežať len vtedy, keď je olej potrebný

Ktorý produkt na akú úlohu

Ceny, dokumentácia a pomoc s výberom

Všetky tu spomenuté produkty nájdete v našom obchode s cenníkovými cenami, technickými údajmi a kompletnou dokumentáciou Parker — katalógy, návody na obsluhu, vyhlásenia o zhode, makrá EPLAN a tam, kde ich Parker zverejňuje, aj 3D dáta — na záložke Dokumentácia pri produkte. Neviete si rady, ktorá kombinácia sa hodí pre váš stroj? Pošlite nám krátky popis úlohy a pomôžeme vám vybrať pohon, riadiaci systém aj moduly.

Produkty v tomto článku

• Frekvenčné meniče Parker AC30V — pohony čerpadiel s aplikáciou na riadenie hydrauliky
• Riadiace systémy Parker PAC120 — hydraulické (PAC120-P…) a pohybové (PAC120-M…) verzie
• Elektrohydraulický riadiaci modul Parker PACHC — 1–2 hydraulické osi na modul
• Systém vzdialených I/O Parker PACIO — zbernicové spojky, extendery, digitálne, analógové, teplotné a čítačové moduly
• Riadiace systémy pohybu Parker PAC340 — pre väčšie stroje s elektrickými a hydraulickými osami