Клапанные клеммы: важный компонент промышленной автоматизации

В современную эпоху промышленность постоянно развивается, и процесс промышленной автоматизации постоянно движется в направлении повышения эффективности, точности и надежности. В этих автоматизированных системах используется пневматическая технология, которая приводит в действие все, включая роботизированные захваты и упаковочное оборудование. В промышленности эти системы проектируются как интеллектуальные, компактные и высокоинтегрированные, что делает традиционную проводку и трубопроводы для каждой отдельной пневматической системы пережитком прошлого. Именно здесь клапанный терминал становится идеальным решением для промышленности, предлагая централизованную систему пневматического управления, обеспечивающую значительное повышение надежности и эффективности автоматизированных производственных линий.

Если вы инженер или системный интегратор, эта статья предоставит вам все необходимые базовые знания о механике, архитектуре, преимуществах и применении клапанных терминалов для оптимизации пневматических систем управления в отрасли.

Введение в устройство клапанных терминалов

В промышленной автоматизации многие отрасли используют пневматические клапаны для повышения эффективности процесса. Вместо индивидуальной проводки и трубопроводов для множества распределительных клапанов производители разработали гораздо более надежное и эффективное решение, известное как клапанные терминалы. Основная цель использования этих клапанных терминалов в промышленности — обеспечить интеграцию множества клапанов в единый, компактный и хорошо организованный блок.

Клапанный терминал предназначен для обеспечения централизованного управления несколькими пневматическими приводами, такими как цилиндры, поворотные приводы и захваты, с помощью одного устройства. Для обеспечения эффективного централизованного управления эти клапанные терминалы объединяют пневматическое распределение и электрический интерфейс управления, например, сигналы связи для программируемого логического контроллера (ПЛК), а сжатый воздух от компрессора направляется в необходимый пневматический канал для выполнения требуемой функции.

До внедрения этих клапанных терминалов пневматические системы требовали разветвленной индивидуальной проводки и линий подачи воздуха для управления работой клапанов, что затрудняло и усложняло процесс поиска и устранения неисправностей. С появлением клапанных терминалов сложная проводка и неорганизованные полиуретановые трубки были заменены централизованной системой, которая намного чище, организованнее и проще в плане связи и управления.

Как работают клеммы клапанов

В этом разделе статьи мы рассмотрим принцип работы клапанных терминалов, обеспечивающих эффективную пневматическую систему управления, упрощающую процесс подачи воздуха и обработки сигналов.

Пневматический путь

За каждым открытием или закрытием пневматического клапана необходим поток воздуха. Для работы клапанного терминала имеется главный вход, через который сжатый воздух поступает в систему, а затем разделяется на точно спроектированные каналы, направляющие воздух к нужному клапану. Таким образом, когда электрический сигнал подается на определенный соленоид, внутренний золотник или клапан перемещается в соответствующий рабочий порт, который соединен с пневматическим приводом, заставляющим его выдвигаться, втягиваться или вращаться.

После завершения приводом необходимого хода воздух должен быть откачан. В процессе отвода воздух возвращается в рабочий канал и обратно в клапанный терминал. Для минимизации шума, создаваемого отработанным воздухом, вместо прямого отвода через клапан, отработанный воздух удаляется через общий внутренний отводной канал, в котором установлен централизованный глушитель, что помогает значительно снизить уровень шума пола.

Конфигурации клапанов

Клапанные терминалы считаются очень универсальными, поскольку существует несколько типов конструкций клапанов, различающихся в зависимости от механических потребностей.

• Клапаны 5/2: Эти клапаны используются для управления цилиндрами двухстороннего действия.

• Клапаны 3/2: Они устанавливаются на цилиндры одностороннего действия для выполнения функции сброса давления.

• Клапаны 5/3: Эти клапаны хорошо подходят для поддержания центрального положения, например, при закрытии, открытии, выпуске воздуха или создании давления, или для поддержания промежуточного положения, необходимого для остановки или удержания нагрузки.

Компоненты клапанных клемм

Для корректной работы клапанных терминалов необходимы ключевые компоненты и архитектура, функционирующая как единая система, обеспечивающая заданную эффективность и производительность.

Основание коллектора (подпластина)

Подложка — это место крепления всех компонентов. Эти опорные плиты обычно изготавливаются из очень прочного и легкого металла, такого как анодированный алюминий или высококачественный конструкционный пластик, обеспечивая структурную поддержку клапанов. Кроме того, внутренние каналы предназначены для направления воздуха на подачу и отвод, распределяя воздух к необходимым клапанам без необходимости прокладки отдельных трубопроводов для подачи воздуха.

Пневматические электромагнитные клапаны

Пневматические электромагнитные клапаны — это подвижные части, расположенные на верхней части основания. При получении электронных сигналов эти электромагнитные клапаны могут мгновенно открываться или закрываться, пропуская воздух. Главное преимущество этих современных клапанов заключается в том, что они потребляют крайне мало энергии и могут эффективно работать в течение нескольких циклов, обеспечивая более длительный срок службы. Эти системы позволяют пользователям комбинировать их с клапанами разных размеров для выполнения различных функций и удовлетворения различных требований к расходу.

Электрические интерфейсы управления и связи

Электрические сигналы играют важную роль в современной эпохе Индустрии 4.0, где автоматизация все чаще становится необходимостью при открытии и закрытии клапанов путем получения команд от главного контроллера, регулирующего поток воздуха. К таким стандартным соединениям относятся:

• Многоконтактные разъемы: В качестве примера можно привести 25-контактные разъемы D-SUB, которые обеспечивают подключение всех соленоидов к одному разъему.

• Полевая шина и промышленный Ethernet: эти узлы оснащены современными терминалами, такими как PROFINET, EtherNet/IP или EtherCAT, обеспечивающими подключение к системам управления для оператора в заводской сети.

• Интеграция IO-Link: Благодаря интеграции IO оператор может удаленно изменять конфигурацию клапана, получать данные о неисправности детали и обеспечивать интеграцию с заводской сетью.

Преимущества использования клапанных клемм

Использование клапанных терминалов предоставляет множество преимуществ с точки зрения организации работы и автоматизации в промышленности. Некоторые из этих преимуществ перечислены ниже:

• Оптимизация пространства: Благодаря централизованной пневматической системе клапанов, управляемой с помощью клемм клапанов, значительно уменьшается пространство, занимаемое пневматической системой управления, что делает конструкцию машины гораздо более компактной.

• Сокращение времени монтажа и прокладки проводов: Прокладка проводов для нескольких отдельных соленоидов может занимать больше времени по сравнению с прокладкой проводов для одного многоконтактного разъема или кабеля Ethernet, что сокращает общее время сборки и трудозатраты.

• Улучшенная диагностика и техническое обслуживание: интеллектуальные клапанные терминалы с интеграцией ввода-вывода помогают устранять любые неполадки, возникающие на производственной линии, без физического присутствия на объекте, что сокращает время простоя в промышленности.

• Энергоэффективность: Благодаря централизованному клапану, расположенному значительно ближе к приводу, уменьшается длина трубок, а также снижается мертвый объем воздуха, что означает меньшие затраты энергии на нагнетание и сжатие воздуха.

Области применения клапанных клемм

В терминалах клапанов существует множество применений в отраслях промышленности, где обычно широко используются пневматические клапаны. Некоторые из этих применений перечислены ниже:

Автомобильное производство и сборка

В автомобильной промышленности и на сборочных линиях работа автоматизирована и обычно выполняется с помощью промышленных зажимов, роботизированных захватов и поворотных столов. Для одновременного управления всеми этими устройствами используются клапанные терминалы, поскольку они обладают высокой виброустойчивостью и обеспечивают надежную связь, что делает их идеальным выбором для автомобильной промышленности.

Упаковка и паллетирование

Для упаковочных машин требуется способность работать на высоких скоростях и иметь хорошо синхронизированные движения, чтобы обеспечить легкое складывание коробок, наполнение контейнеров и запечатывание упаковок. Именно здесь клапанные терминалы становятся отличным решением, предлагая очень низкое время отклика и компактную конструкцию, идеально подходящую для упаковочных работ.

Сборка электроники

Для сборки электроники важны два момента: экономия места и точность. Компактные и легкие клеммы для электронных компонентов идеально подходят, поскольку их можно устанавливать непосредственно на подвижные роботизированные манипуляторы, что не только экономит место, но и обеспечивает точность.

Как подобрать подходящую клемму клапана

Что касается клапанных клемм, существует множество вариантов на выбор. Правильный выбор может как обеспечить успех, так и привести к провалу вашего инженерного проекта.

Требования к размерам и расходу

Пневматические клапаны работают за счет потока воздуха. Клеммы клапана, подающие к нему воздух, должны обеспечивать необходимый расход воздуха. Обычно он измеряется в CFM или л/мин. Крайне важно обеспечить соответствие подаваемого расхода техническим характеристикам привода пневматического клапана. Для расчета этого расхода:

Qreq = Qtotalfs (1+ms)

Здесь:

• Qreq (требуемый расход): указывает размер клапана, который вам необходим, обычно измеряется в CFM или л/мин.

• Qtotal (Общий расход воздуха): Максимальное количество воздуха, которое система потребляет при условии одновременного срабатывания всех цилиндров. Общее значение можно рассчитать, сложив показатели расхода воздуха отдельными цилиндрами.

• fs (коэффициент одновременности): это коэффициент, определяющий, сколько цилиндров срабатывают одновременно.

• мс (запас прочности): обычно от 0,2 до 0,3, определяющий запас по перепаду давления, чтобы избежать использования клапанов недостаточного размера.

Архитектура электрических соединений и управления

Этот фактор определит, как ваш терминал сможет взаимодействовать с ПЛК. Если вам нужно управлять только простыми машинами, достаточно многополюсного подключения 24 В постоянного тока. Однако, если требования отрасли основаны на автоматизации на основе данных, лучше выбрать клапанный терминал со встроенной связью IO-Link или Fieldbus, что значительно упростит процесс обслуживания и поиска неисправностей и минимизирует трудоемкую проводку для отдельных соленоидов.

Экологические рейтинги

Для клемм клапанов класс защиты от воздействия окружающей среды может варьироваться, но выбор подходящего варианта должен основываться на оценке условий эксплуатации. Для клеммы, используемой в защитном шкафу внутри помещения, достаточно класса защиты IP40. Однако, если клемма непосредственно крепится к раме оборудования и подвергается воздействию пыли, охлаждающей жидкости или очистке, рекомендуется выбирать корпуса с более высоким классом защиты IP65, IP67 или даже IP69K, чтобы обеспечить защиту чувствительной внутренней электроники.

Вопросы безопасности и соответствия нормативным требованиям для систем клапанных терминалов.

В любой отрасли безопасность операторов и оборудования должна быть первостепенной задачей. Для обеспечения соблюдения этих стандартов безопасности следует учитывать следующие факторы:

• Безопасный отвод воздуха и снижение уровня шума: При работе с пневматическими клапанами основной проблемой является высокий уровень шума, производимый при отводе воздуха. Поэтому при выборе клапанного терминала убедитесь, что на выпускных патрубках используются высококачественные глушители, чтобы защитить работников от повреждения слуха.

• Зоны давления и безопасное отключение крутящего момента (STO): Некоторые из современных пневматических терминалов имеют несколько изолированных зон давления. Эти зоны помогают отводить воздух от опасных исполнительных механизмов, таких как тяжелые прессы или зажимы, и поддерживать давление воздуха в зажимном устройстве, предотвращая выход деталей из строя.

• Отраслевые сертификаты: Убедитесь, что компоненты одобрены и имеют известные отраслевые сертификаты, такие как CE, UKCA, UL и ISO, чтобы обеспечить стабильное качество производства.

Заключение

Практически во всех отраслях промышленности, где используется автоматизация, включая роботизированные манипуляторы, захваты и зажимы, применяются пневматические клапаны . Ни одна отрасль не хочет сталкиваться с трудоемкой и дорогостоящей проводкой и установкой этих автономных электромагнитных клапанов. Клапанный терминал решает все эти проблемы, обеспечивая централизованную систему управления всеми этими клапанами с централизованным электрическим соединением, что значительно упрощает поиск и устранение неисправностей и процесс установки. Клапанные терминалы становятся все более необходимыми для любой отрасли, стремящейся к автоматизации или улучшению своих автоматизированных процессов. Поэтому, если вы инженер, подрядчик, руководитель завода или владелец предприятия, стремящийся повысить уровень автоматизации, убедитесь, что вы соблюдаете протоколы безопасности и выбираете правильный клапанный терминал в соответствии с вашими производственными задачами, следуя приведенным выше рекомендациям, чтобы обеспечить выполнение требований вашей отрасли.

Как и выбор правильного клапанного терминала, выбор правильного производителя имеет не меньшее значение. Поэтому, если вы хотите модернизировать свою пневматическую систему, мы рекомендуем Titan Automation . Обладая более чем 26-летним опытом работы в отрасли и экспортируя продукцию в 60 стран, компания заслужила репутацию поставщика комплексных, быстрых и экономически эффективных пневматических решений, необходимых для развития ваших автоматизированных систем в будущем.

Часто задаваемые вопросы

В1: В чем основное различие между клеммой клапана и автономным электромагнитным клапаном?

Автономный электромагнитный клапан может использоваться только для управления одним исполнительным механизмом, что требует отдельной системы подачи воздуха, отвода воздуха и проводки. С другой стороны, клемма клапана может использоваться для одновременного управления несколькими электромагнитными клапанами на одной опорной плите, используя общую систему подачи воздуха, общий отвод воздуха и централизованное электрическое соединение, что упрощает процесс управления и поиска неисправностей в системе.

В2: Можно ли использовать клапаны разных размеров или с разными функциями на одном клеммном разъеме?

Да, многие из клемм клапанов позволяют интегрировать клапаны различных размеров от 10 мм до 14 мм и с различными функциями, включая 3/2-ходовые, 5/2-ходовые и 5/3-ходовые, все на одном коллекторном основании.

В3: Какое стандартное рабочее напряжение для клемм промышленных клапанов?

Обычно используемые клеммы промышленных клапанов работают от постоянного тока напряжением 24 В, что является стандартным рабочим напряжением для систем промышленной автоматизации, ПЛК и цепей безопасности.

Вопрос 4: Подходят ли клапанные клеммы для работы в суровых производственных условиях?

Это зависит от типа защиты, предлагаемого производителем. Если вы планируете использовать клеммы клапанов в суровых условиях, выбирайте клеммы с классом защиты IP65 или IP67. Клеммы с такими классами защиты имеют корпус, защищающий их от пыли и струй воды под низким давлением, что позволяет устанавливать их непосредственно на оборудование, а не в отдельный шкаф управления.