Соленоиды vs Линейные приводы: выбор правильного привода движения для промышленной автоматизации

Соленоиды и линейные приводы — стандартные устройства для промышленных приложений. В основном контролируют движение механизмов или систем, требующих автоматизации. С главным контроллером и сигналом обратной связи обеспечивают точное управляемое движение.

Что такое соленоид?

Соленоид в промышленности — устройство, требующее магнитного поля для работы. Содержит проводящую катушку, через которую проходит ток. При прохождении тока возникает магнитное поле, металлический сердечник (плунжер) внутри катушки движется под силой поля.

Когда ток выключен — поле нулевое. Плунжер свободен. Нагружен пружиной, которая возвращает его в исходную позицию при нулевом поле.

Что такое линейный привод?

Линейный привод создаёт линейное движение подключённого механизма, обычно штока. Движение выполняется встроенным мотором, соединённым со штоком через шестерёнки разного размера и передаточного числа. При вращении мотора шестерёнки преобразуют вращение в линейное движение.

Линейные приводы обычно используют DC-моторы (кисточные или бесколлекторные) и DC-питание (12 или 24 В). Но DC не обязателен — шаговые и асинхронные моторы тоже могут, в зависимости от нагрузки и приложения. Направление легко меняется переполюсовкой питания.

Рисунок 1. Линейный привод. Источник: Bola Systems

Линейные приводы имеют датчики на обоих концах хода для обнаружения позиции штока на пределах и остановки движения для защиты внутренних компонентов. Скорость невысокая, но выдают значительную силу. Поэтому применяют где нужно движение под нагрузкой. Некоторые модели имеют сигналы обратной связи о предельных позициях.

Шток не возвращается в исходную позицию при отсутствии тока. Нужен DC с обратной полярностью для возврата.

Сравнение соленоидов и линейных приводов

Сходства

• Оба активируют/контролируют другой механизм или систему.
• Оба дают движение с силой — подходят для задач, требующих силовой стабильной работы.
• Выход обоих — линейное движение металлического стержня.
• Остаются активными пока есть напряжение; деактивируются при нулевом напряжении.

Различия

Ключевые отличия: приложенное напряжение, направление движения, обратная связь.

Приложенное напряжение: Соленоиды требуют AC-напряжение — только переменный ток создаёт магнитное поле. Линейные приводы обычно на DC-моторах, не работают с AC.

Направление движения: Соленоид — только в одну сторону. Без напряжения сила прекращается, плунжер остаётся на месте, если не загружен пружиной для возврата.

Рисунок 2. Базовое движение линейного привода. Источник: Bcraig15

Линейный привод движется вперёд и назад. Меняя полярность DC на клеммах. Позиция фиксируется текущей, даже без напряжения.

Обратная связь: Соленоиды не позволяют отслеживать позицию стержня, нет позиционной обратной связи — движение одностадийное с макс. позицией. Статус мониторят через внешнюю сборку/механику.

Линейные приводы дают прямую обратную связь о движении по мин/макс предельным позициям. Все движение можно отслеживать внешними сенсорами и цепями управления. Продвинутые версии имеют встроенную позиционную обратную связь без внешних компонентов.

Промышленные применения соленоидов и линейных приводов

Соленоиды

Клапаны: Соленоиды + клапаны = соленоидные клапаны. Распространены в промышленности с жидкостями (вода, пар). Включают/выключают клапаны — эффективное переключение потока без людей.

Рисунок 3. Соленоидные клапаны в промышленном холодильнике. Источник: Danfoss

Области: пищевая/напиточная, фарма, HVAC, коммунальное хозяйство.

Контакторы и реле: Катушка соленоида используется в контакторах и реле — в электрических/электронных схемах. Катушка подключена к контактам, движется замыкая/размыкая контакт. Энергизация/де-энергизация внешним питанием (обычно от главного контроллера или ПЛК).

Для нормально открытых (NO) контактов: при энергизации контакты замыкаются, подавая питание на клеммы. При де-энергизации — размыкаются. Для нормально закрытых (NC) — наоборот.

Замковые механизмы: Катушки соленоидов как замки в производстве. При энергизации — замок активируется, при де-энергизации — деактивируется. Обеспечивают безопасность продукта или людей. Во время работы станка замок блокирует доступ к движущимся/опасным частям.

Пример: пасс-боксы в фарме — замок запрещает открытие двери на время и одновременное открытие двух сторон.

Линейные приводы

HVAC: Неотъемлемая часть компонентов HVAC (AHU — воздухообменники), где регулировка требует изменения параметров: скорость вентилятора, подача холодной воды. В AHU линейные приводы открывают/закрывают воздушные заслонки для контроля потока в зоне подачи.

Упаковочные машины: Заменяют пневматические ходовые системы. Выполняют вставку, упаковку в коробки. Идеальны — работают с силой, справляются с нагруженными предметами. Ход варьируется под габариты упаковки — без переналадки, разные размеры. Плюс — лёгкая чистка и ТО.

Развитие ПЛК и систем автоматизации позволило производителям станков предлагать стоимостно-эффективные и эффективные машины, способствуя успеху всех отраслей. Но автоматизации недостаточно. Нужны механические компоненты, действующие по требованиям процесса, совместимые с автоматизацией, коммуницирующие соответственно.

Соленоиды и линейные приводы — два из многих таких компонентов. Используются в разнообразных отраслях для выдачи параметров процесса с современной автоматизацией. Позволили производителям мигрировать на эффективные системы, заменяя менее энергоэффективные и производительные компоненты.