– czyli o tym, jak ułatwić zadanie sterowanie zaworem proporcjonalnym wprost ze sterownika.
Systemy pneumatyczne i hydrauliczne na dobre zagościły w takich obszarach, jak przemysł, maszyny czy transport. Dlatego jasnym jest, że od rozwiązań tworzących system oczekuje się funkcjonalności i niezawodności. Na niezawodność składa się bez wątpienia jakość komponentów pneumatycznych/hydraulicznych, ale także sposób ich sterowania.
W systemach pneumatycznych i hydraulicznych spotyka się aplikacje, w których wymaga się kontrolowanej zmiany ciśnienia lub przepływu w trakcie trwania procesu albo przechodzenia od jednego do drugiego procesu. Wówczas powszechnie stosowane są zawory proporcjonalne. Pełnią one funkcję sterowanych regulatorów. Zapewniają na swoim wyjściu ciśnienie lub przepływ proporcjonalny do sygnału sterującego. Funkcjonalność taka chętnie jest wykorzystywana np. przy sterowaniu ruchem siłowników, napędów hydraulicznych, napełnianiu, testach szczelności, etc.
Z jednej strony mamy pneumatykę lub hydraulikę, z drugiej koniczność sterowania.
Podejście, forma
W rozwiązaniu WAGO sterowanie zaworem proporcjonalnym skojarzone jest z odpowiednią kartą I/O – modułem 750-632 modularnego systemu sterownikowego WAGO. Jest on dwukanałowym driverem PWM, 24 V DC dla elektromagnesów zaworów proporcjonalnych. Moduł ma zabudowane dodatkowo dwa wejścia cyfrowe, które obsługiwane są na poziomie logiki samego modułu.
Zależnie od jego konfiguracji wejścia te umożliwiają bezpośrednią obsługę krańcówek lub ręczne sterowanie zaworu za pomocą funkcji jog. W typowym układzie sterowania moduł podpięty jest do jednostki CPU lub interfejsu sieciowego (MODBUS, PROFINET, …) i pozwala na łatwą realizację algorytmów sterowania automatycznego.
Sterownik lub interfejs sieciowy umożliwiają obsługę do 20 takich kart, co oznacza możliwość bezpośredniego sterowanie z PLC nawet do 40 zaworów jednocewkowych. To wszystko przy małej zajętości miejsca w szafie automatyki – szerokość jednego modułu to tylko 12 mm.
Widok modułu, opis zacisków, przykład połączeń
Maksymalny prąd modułu może zostać ustawiany na etapie konfiguracji w zakresie od 0 do 1,5 A (dla modułu skonfigurowanego do pracy dwukanałowej) lub od 0 do 2,0 A (dla modułu skonfigurowanego do pracy jednokanałowej). Zakres dostępnych prądów oraz dopuszczalny zakres parametrów cewek zaworów (indukcyjność od 1 do 600 mH oraz rezystancja cewki większa od 8 Ω) daje możliwość dopasowania modułu do szerokiej gamy zaworów proporcjonalnych.
Warto wspomnieć, że moduł ma wbudowane zabezpieczenie przeciwzwarciowe i termiczne przeciążeniowe, co zwiększa komfort pracy przy uruchamianiu i ogranicza konsekwencje ewentualnych pomyłek.
Typowe układy połączeń
Za pomocą modułu możemy zrealizować następujące warianty sterowania zaworu proporcjonalnego:
| TRYB PRACY DWUKANAŁOWY (prąd do 1,6 A) | TRYB PRACY JEDNOKANAŁOWY (prąd do 2,0 A) |
| dwa zawory z jedną cewką (sprężyna powrotna, sterowanie unipolarne) |
jeden zawór z jedną cewką (sprężyna powrotna, sterowanie unipolarne) |
 |
 |
| dwa zawory z jedną cewką (sterowanie bipolarne) |
jeden zawór z jedną cewką (sterowanie bipolarne) |
 |
 |
| jeden zawór z dwoma cewkami (sterowanie unipolarne) |
|
 |
Precyzyjne sterowanie, kompensacja niedoskonałości zaworów
Konfiguracja modułu
Precyzyjne sterowania to konieczność zmierzenia się z niekorzystnymi zjawiskami, które towarzyszą cechom fizycznym zaworu. Kompensację tych niedoskonałości w kontekście sterowania ułatwia oprogramowanie diagnostyczne do WAGO-I/O-CHECK. Oprogramowanie pozwala zobrazować węzeł sterownikowy – wykrywa podłączone do jednostki PLC lub interfejsu sieciowego moduły I/O, pozwala podejrzeć stany wejść/wyjść, wysterować wyjścia, a także skonfigurować bardziej zaawansowane moduły I/O, jak np. moduł sterowania zaworem proporcjonalnym.
Jak to wygląda, co możemy ustawić/dostroić?
Widok ogólny WAGO-I/O-CHECK – okno parametryzacji modułu sterowania zaworem proporcjonalnym
Określenie nominalnego prądu dla cewki zaworu, minimalnego i maksymalnego zakresu otwarcia zaworu, kompensacji strefy martwej zaworu
Linearyzacja charakterystyki zaworu
Ograniczenie wpływu tarcia statycznego i histerezy elektromagnesu zaworu – poprawa dynamiki sterowania przez załączenie dodatkowego przebiegu o zdefiniowanej częstotliwości i amplitudzie, powodującego mikrooscylacje układu skojarzonego z elektromagnesem zaworu.
Konfiguracja ustawień ramp, której efektem jest ograniczenie udarów mechanicznych wywołanych gwałtowną zmianą stopnia otwarcia/zamknięcia zaworu
Warte obejrzenia – parametryzacja, sterowanie
Parametryzacja modułu sterowania zaworami proporcjonalnymi (750-632) w WAGO-I/O-CHECK i sterowanie z poziomu programu PLC w CODESYS.
Programowanie
To, że driver jest kartą I/O sterownika PLC upraszcza proces konfiguracji, programowania i uruchamiania całego układu sterownia pneumatycznego/hydraulicznego. W obrazie procesu sterownika lub interfejsu sieciowego mamy dostępną wprost przestrzeń adresową z rejestrami odpowiedzialnymi za konfigurację modułu i wysterowanie zaworu. Rejestry możemy bezpośrednio nadpisywać i w ten sposób kontrolować pracę układu. W przypadku użycia sterownika PLC WAGO zadanie to można jeszcze dodatkowo uprościć wykorzystując w programie sterownika gotowe bloki funkcyjne opracowane specjalnie dla modułu 750-632. Są one zorganizowane w bibliotekę WagoAppSolenoid, która jest dostępna w oprogramowaniu narzędziowym e!COCKPT. Oprócz bloków do konfiguracji i sterowania znajdziemy tam również wzorce wizualizacyjne. Mogą one zostać wykorzystane do tworzenia wizualizacji (interfejsu HMI) opartej o strony WWW, udostępniane wprost przez webserwer sterownika.
Przykład bloku funkcyjnego z biblioteki WagoAppSolenoid
Przydatne linki
Certyfikaty dopuszczenia morskie
Moduły sterowania zaworami proporcjonalnymi 750-652 wspomagają budowę instalacji i maszyn na lądzie i na morzu. Dostępne są uznania morskie następujących towarzystw klasyfikacyjnych: PRS, DNV-GL, RINA, ABS. Dopuszczenie do stosowania rozwiązania na morzu, funkcje modułu oraz skalowalność całego systemu WAGO I/O sprawiły, że do tej pory na statkach moduł udowodnił swą przydatność w hydraulicznym sterowaniu ramp, grodzi, układów wciągarek czy żurawi.
Mariusz Pacan, WAGO.PL