Соленоиды и линейные приводы для промышленной автоматизации

Соленоиды и линейные приводы - стандартные устройства для промышленного применения. По большей части они контролируют движение механизмов или систем, требующих автоматизации. Когда они используются главным контроллером с сигналом обратной связи, они обеспечивают точное управление движением.

Что такое соленоид?

Термин соленоид относится к устройству в промышленном секторе, для работы которого требуется магнитное поле. Он включает в себя проводящую катушку, через которую может проходить электрический ток. Когда электрический ток проходит через катушку, создается магнитное поле, и металлический поршень внутри катушки перемещается под действием магнитного поля.

Когда электрический ток выключен, магнитное поле становится равным нулю. Металлический поршень больше не находится под действием магнитного поля и может свободно перемещаться. Плунжер нагружен пружиной, которая втягивает плунжер в исходное положение при нулевом магнитном поле.

Что такое линейный привод?

Линейный привод - это устройство, которое создает линейное движение прикрепленного механического узла, обычно стержня. Линейное движение осуществляется встроенным двигателем, соединенным с линейным стержнем через шестерни разных размеров и передаточных чисел. Когда двигатель вращается, шестерни преобразуют вращательное движение в линейное движение.

В линейных приводах обычно используются щеточные или бесщеточные двигатели постоянного тока (DC) и источники питания постоянного тока, например 12 В или 24 В постоянного тока. Однако двигатели постоянного тока не требуются. Шаговые и асинхронные двигатели также могут перемещать линейные приводы в зависимости от нагрузки и применения. Направление движения привода можно легко изменить, поменяв местами клеммы источника питания.

Рисунок 1. Линейный привод. Изображение предоставлено Bola Systems

Линейные приводы содержат датчики как на минимальном, так и на максимальном концах, чтобы определять перемещение штока на обоих концах и, при необходимости, останавливать дальнейшее движение, чтобы предотвратить повреждение внутренних компонентов. Скорость линейного привода невысока, но он может передавать значительную мощность. По этой причине линейные приводы используются в приложениях, требующих движения против утяжеленных предметов. Некоторые линейные приводы также включают сигналы обратной связи, указывающие на предел их действия.

Линейный стержень не может переместиться в исходное положение при отсутствии тока. Вместо этого для перемещения стержня в исходное положение требуется постоянное напряжение противоположной полярности.

Сравнение соленоидов и линейных приводов

Давайте посмотрим на некоторые сходства и различия между соленоидами и линейными приводами.

Сходства

• Оба устройства могут активировать другой механический узел или систему или управлять ими.
• Оба устройства могут обеспечивать движение с силой, что делает их подходящими для приложений, требующих сильной и стабильной работы.
• Оба этих устройства производят поступательное движение металлического стержня.
• Они остаются активными, пока остается приложенное напряжение; активация прекращается, когда напряжение становится равным нулю.

Различия

Некоторые ключевые области, которые отличают соленоиды и исполнительные механизмы друг от друга, включают приложенное напряжение, направление движения и обратную связь.

Приложенное напряжение: Соленоидам требуется переменное напряжение (AC) для активации и движения, потому что они используют магнитное поле для работы, и только переменное напряжение может создавать магнитное поле. В линейных исполнительных механизмах обычно используются двигатели постоянного тока, которые не могут работать с переменным напряжением.

Направление движения: Соленоиды могут создавать движение только в одном направлении. Когда нет приложенного напряжения, сила прекращается, и механический плунжер остается в наличии, если он не нагружен пружиной, чтобы вернуть его в исходное положение.

Рисунок 2. Основное движение линейного привода. Изображение предоставлено Bcraig15

Линейные приводы могут двигаться как в прямом, так и в обратном направлении. Это достигается изменением полярности приложенного постоянного напряжения на клеммах привода. Это позволяет управлять присоединенным узлом в обоих направлениях. Положение линейного привода остается неизменным в текущем положении даже при отсутствии приложенного напряжения.

Отзыв: Соленоиды не позволяют отслеживать положение стержня, а также нельзя реализовать обратную связь по положению, потому что движение является одноступенчатым с максимальным положением. Вместо этого обратная связь от внешнего узла или механических систем обеспечивает состояние соленоидов и может контролировать соленоид.

Линейные приводы могут обеспечивать прямую обратную связь о своем движении в зависимости от их минимального и максимального предельного положения. Все движение также можно отслеживать с помощью внешних датчиков и цепей управления. Расширенные версии могут также иметь встроенные функции обратной связи по положению без использования внешних компонентов или цепей.

Промышленное применение соленоидов и линейных приводов

Давайте посмотрим на некоторые области промышленного применения соленоидов и линейных приводов.

Соленоиды

Клапаны: Соленоиды могут использоваться в сочетании с клапанами, называемыми соленоидными клапанами. Электромагнитные клапаны широко используются в промышленных приложениях, где используются жидкости, такие как вода и пар. Они включают и выключают клапаны и обеспечивают эффективный способ переключения подачи жидкости без участия человека.

Рисунок 3. Электромагнитные клапаны используются для промышленного охлаждения. Изображение предоставлено Данфосс

Общие области применения электромагнитных клапанов включают оборудование для пищевой, фармацевтической, климатической и коммунальной промышленности.

Контакторы и реле: Катушка соленоида также обычно используется в контакторах и реле, которые также используются при разработке электрических и электронных схем. Катушка соленоида подключена к контактам и может двигаться, замыкая или размыкая контакт. Катушка запитывается и отключается от внешнего источника напряжения питания, которое обычно исходит от главного контроллера или программируемого логического контроллера (ПЛК).

В случае нормально разомкнутых (NO) контактов контакты замыкаются при подаче напряжения на катушку, подводя напряжение источника к клеммным контактам. Точно так же, когда катушки обесточены, контакты размыкаются, отключая напряжение источника от клеммы источника. В случае нормально замкнутых (NC) контактов происходит обратное.

Механизм блокировки: Электромагнитные катушки также могут использоваться в качестве запорного механизма в обрабатывающей промышленности. Катушка соленоида активирует блокировку при подаче напряжения и отключает блокировку при обесточивании. Механизмы блокировки могут использоваться в различных частях машины для обеспечения безопасности продукта или человека. Когда машина работает, блокировка срабатывает и ограничивает доступ к движущимся или опасным частям.

Например, в проходных ящиках, используемых в фармацевтической промышленности, запорный механизм ограничивает открытие двери на определенный период и предотвращает одновременное открытие с обеих сторон.

Линейные приводы

Давайте посмотрим на некоторые области применения прямоходных приводов.

HVAC: Линейные приводы являются неотъемлемой частью компонентов HVAC, таких как вентиляционные установки (AHU), поскольку регулирование компонентов HVAC требует изменения различных параметров, таких как скорость вентилятора и подача охлажденной воды. Например, в AHU линейные приводы открывают и закрывают воздушные заслонки для управления потоком воздуха в зоне подачи.

Упаковочные машины: Линейные приводы используются в упаковочных машинах и начинают заменять пневматические системы хода. Они выполняют множество функций, включая прошивку и бокс.

Линейные приводы лучше всего подходят для упаковочных операций, поскольку они могут выполнять функции с усилием, позволяя им обрабатывать утяжеленные предметы. Длина их хода может варьироваться в зависимости от требований к упаковке, что позволяет использовать предметы различных размеров и размеров без замены. Это помогает пользователям машины сократить время переналадки и повысить производительность. Среди других преимуществ - простота очистки и обслуживания.

Разработка ПЛК и систем автоматизации позволила производителям оборудования предлагать рентабельные и эффективные машины, способствуя общему успеху во всех отраслях промышленности. Однако одних систем автоматизации недостаточно. Для этого требуются механические компоненты, которые могут действовать в соответствии с требованиями процесса, совместимы с системой автоматизации и могут соответствующим образом обмениваться данными.

Соленоиды и линейные приводы - два из многих таких механических компонентов. Они используются в различных отраслях промышленности для обеспечения параметров процесса с помощью новейшей системы автоматизации. Они позволили производителям перейти на более эффективные системы, заменив менее энергоэффективные и производительные компоненты.