Керування гідравлікою з Parker: приводи насосів, позиціювання та енергозбереження

Гідравліка й досі переміщує найважчі вантажі в промисловості — преси, машини для лиття під тиском і термопластавтомати, верстати, випробувальні стенди. Змінилося керування навколо неї. Насос, що цілий день працює на повних обертах, і циліндр, який позиціюють кінцевими вимикачами, марнують енергію, час і матеріал. Із сучасною електронікою та сама гідросистема позиціює з точністю до часток міліметра, точно утримує тиск і споживає лише ту потужність, яка справді потрібна процесу. У цій статті показано, як Parker розв’язує це на двох рівнях — на насосі та на осі — і які продукти з нашого асортименту для цього потрібні.

Два місця, де гідравліка стає розумнішою

Кожна гідравлічна машина має джерело потужності (насос із двигуном) і споживачі (циліндри та гідромотори, якими керують клапани). Електронне керування окупається в обох місцях:

• На насосі перетворювач частоти задає швидкість обертання насоса так, щоб він подавав саме ту витрату або тиск, які потрібні машині в цю мить, — замість насоса з постійною швидкістю, надлишок оливи якого дроселюється й перетворюється на тепло.
• На осі контролер замикає контур регулювання положення, зусилля або тиску кожного циліндра й сотні разів на секунду керує пропорційним клапаном або сервоклапаном.

Насос: змінна швидкість із Parker AC30V

Перетворювач частоти Parker AC30V може виконувати спеціалізований застосунок керування гідравлікою (застосунок Parker RA502134U003, прошивка 1.4.1 або новіша). Тоді перетворювач — це вже не лише регулятор швидкості двигуна, а контролер самої гідростанції. Витрату задають у L/min, тиск — у kPa, а робочий об’єм насоса — у літрах на оберт; швидкість привод обчислює сам. Типові гідравлічні схеми охоплюють чотири режими керування:

• Керування гідроакумулятором — підтримує гідроакумулятор зарядженим між нижньою та верхньою межами тиску, які надходять або від двох реле тиску, або від датчика тиску. Коли тиск падає, привод збільшує витрату (регульована Q-компенсація із затримкою, рампою та максимумом).
• Керування VFPC (змінна витрата з компенсацією тиску) — для насосів із механічним регулятором тиску: привод відстежує датчик витрати й підтримує регульований запас витрати, тож насос обертається лише настільки швидко, наскільки потрібно.
• Керування «Q» — керування витратою в розімкненому контурі: привод перераховує задану витрату у швидкість насоса за робочим об’ємом на оберт. Датчик витрати не потрібен.
• Керування «P» — регулювання тиску в замкненому контурі з PID-регулятором, уставкою тиску та датчиком тиску, з компенсацією статичних втрат насоса та його механічного й об’ємного ККД.

Застосунок дбає і про саму гідростанцію: входи рівня й температури оливи зупиняють привод після регульованої затримки, до чотирьох смуг пропуску частот тримають насос подалі від механічного резонансу, а дисплей показує швидкість насоса, навантаження, витрату, тиск, стан гідравліки та спожиту енергію в kWh. Аналогові виходи передають системі керування машиною задану швидкість і навантаження насоса; реле сигналізують «працює» та «немає аварії».

Звідки береться економія енергії

Насос із постійною швидкістю подає повну витрату навіть тоді, коли машина чекає, утримує положення або потребує лише частки витрати. Надлишок повертається в бак через запобіжний або дросельний клапан і перетворюється на тепло — яке потім доводиться знову відводити охолодженням. Привод насоса зі змінною швидкістю знижує оберти саме в ці фази: під час утримання та простою насос обертається повільно або зупиняється, під час швидкого ходу — прискорюється. Машина отримує ту саму гідравлічну продуктивність за меншого споживання електроенергії та меншого нагрівання оливи. Обсяг економії залежить від робочого циклу машини: що довші паузи та фази часткового навантаження, то більший ефект.

Вісь: позиціювання в замкненому контурі з PAC120 і PACHC

Для самих циліндрів Parker пропонує модульну систему, яка встановлюється клацанням на 35 mm DIN-рейку в шафі керування:

• PAC120 — Parker Automation Controller для гідравліки. Компактний контролер із CODESYS V3.5 (IEC 61131-3), EtherCAT master реального часу, вебвізуалізацією та OPC UA, що працює під Linux RT на процесорі i.MX6 1 GHz. До контролера лінії чи комірки він підключається як PROFINET IO/IRT slave (PAC120-PWP01), адаптер EtherNet/IP (PAC120-PWE01) або EtherCAT slave (PAC120-PWT01); інтерфейс CAN вбудований.
• PACHC — електрогідравлічний модуль керування: плата, яка перетворює PAC120 на регулятор гідравлічних осей. Кожен PACHC-460-01 керує 1–2 гідравлічними осями за положенням, зусиллям або тиском, зокрема з перемиканням між регулюванням положення та зусилля, із циклом регулятора 250 µs. Має 4 аналогові входи (0–10 V, опційно 0/4–20 mA, 12 біт) для датчиків тиску й зусилля, 4 аналогові виходи (±10 V, опційно 0/4–20 mA, 16 біт) для клапанів і цифровий зворотний зв’язок за положенням для SSI, EnDat 2.1 та інкрементальних енкодерів (RS422, 5/24 V).
• PACIO — система віддаленого вводу/виводу для решти машини: цифрові й аналогові входи та виходи, температурні (Pt/Ni) і лічильні модулі, шинні каплери та розширювачі. Модулі використовують ту саму шину EtherCAT E-bus, тож локальні й розподілені I/O виглядають для програми однаково.

Модулі просто встановлюють у ряд на рейці поруч із контролером. Один PAC120 керує до 20 гідравлічних осей — по дві на кожен модуль PACHC. Через модуль-розширювач PACIO контролер PAC120 може керувати й іншими пристроями EtherCAT, наприклад насосом із приводом Parker або клапанами EtherCAT, тож насос і осі працюють від одного контролера.

Програмне забезпечення, що скорочує введення в експлуатацію

Програмування відбувається в одному середовищі для логіки, I/O, візуалізації та руху. Parker постачає бібліотеку функцій руху й безкоштовні шаблони застосунків — синхронізація 2 осей, синхронізація 4 осей, керування з перемиканням положення/зусилля та таблиця записів, — тож типові задачі пресування й позиціювання не потрібно писати з нуля. Усі параметри пристрою надійно зберігаються у flash-пам’яті. Для машин під керуванням PLC Siemens Parker публікує опис пристрою GSDML і функціональні блоки для TIA Portal, тож PAC120 вбудовується в наявну архітектуру S7 як пристрій PROFINET. Так само PAC120 може працювати як самостійний контролер машини.

Що регулятор осей дає машині

• коротші цикли завдяки швидкому й точному регулюванню положення замість кінцевих вимикачів і повільних підходів
• вища точність і повторюваність процесу — положення, зусилля й тиск у замкненому контурі регулювання
• менше браку, бо зусилля й положення точно відтворюються в кожному циклі
• нижче енергоспоживання та просте підключення до інших систем через PROFINET, EtherNet/IP, EtherCAT, Modbus TCP і OPC UA

Типові застосування

• гідравлічні преси — пресування з регулюванням положення та утримання з регулюванням зусилля з перемиканням
• машини для лиття під тиском і термопластавтомати
• верстати, затискні осі та осі подачі
• синхронізовані циліндри — 2 або 4 гідравлічні осі в синхронному русі
• гідростанції з гідроакумуляторами, де насос має працювати лише тоді, коли потрібна олива

Який продукт для якого завдання

Ціни, документація та допомога з вибором

Усі згадані тут продукти є в нашому магазині з прайсовими цінами, технічними даними та повною документацією Parker — каталогами, посібниками з експлуатації, деклараціями відповідності, макросами EPLAN і, де Parker їх публікує, 3D-даними — на вкладці «Документація» продукту. Не впевнені, яка комбінація підходить для вашої машини? Надішліть нам короткий опис завдання, і ми допоможемо підібрати привод, контролер і модулі.

Продукти в цій статті

• Перетворювачі частоти Parker AC30V — приводи насосів із застосунком керування гідравлікою
• Контролери автоматизації Parker PAC120 — гідравлічні (PAC120-P…) та motion-версії (PAC120-M…)
• Електрогідравлічний модуль керування Parker PACHC — 1–2 гідравлічні осі на модуль
• Система віддаленого вводу/виводу Parker PACIO — шинні каплери, розширювачі, цифрові, аналогові, температурні та лічильні модулі
• Контролери руху Parker PAC340 — для більших машин з електричними та гідравлічними осями