2022.03.09
Игольчатый клапан с электроприводом и электронный регулятор давления воздуха
доля
БОЛЕЕ ДЕТАЛЬНО
Аннотация: Эта статья в основном знакомит с работой по локализованной замене. Заменяющим продуктом является электронный регулятор давления серии Emerson TESCOM ER5000 и его обратный клапан. Также ознакомьтесь с особенностями и недостатками игольчатого клапана с электроприводом KAOLU , предложив технический маршрут, описав показатели производительности, а также представив функциональное расширение и технологические инновации. Мы видим, что локализованные продукты-заменители имеют больше преимуществ, низкую стоимость, высокую производительность и гибкость использования.
1.Электронный регулятор давления Emerson серии ER5000 1.1. Устройство и принцип действия электронного регулятора давления
Новейший электронный регулятор давления TESCOM ER5000 от Emerson представляет собой многофункциональный встроенный электронный регулятор давления, который объединяет три компонента: датчик давления, ПИД-регулятор (пропорционально-интегрально-производный) и игольчатый клапан с электрическим приводом. Он интегрирован с игольчатым клапаном с электрическим приводом, образуя комплексный механизм управления. Электронный регулятор давления TESCOM ER5000 и его базовая конструкция показаны на Рисунке 1-1.
На рисунке 1-1 мы видим, что функция электронного регулятора давления ER5000 заключается в контроле давления на нижнем выпуске, снижении давления на впуске и доведении его до заданного давления, чтобы давление на нижнем выпуске всегда соответствовало заданному давлению. .
Электронный регулятор давления ER5000 на самом деле представляет собой электронный редукционный клапан, принцип его работы показан на рисунке 1-2.
Внешний источник воздуха подает давление на ER5000, и давление питания становится выходным давлением на выходе через открытый впускной клапан, и это выходное давление передается обратно в ПИД-регулятор через датчик давления. Если значение обратной связи ниже заданного значения давления, контроллер продолжает управлять впускным клапаном, открывая его до тех пор, пока значение обратной связи не станет равным заданному значению. Когда два вышеуказанных значения равны, впускной клапан закроется, а выпускное отверстие продолжит выдавать постоянное заданное давление. Если значение обратной связи выше заданного значения, контроллер активирует выпускной клапан, тем самым стравливая избыточное выходное давление до тех пор, пока сигнал обратной связи не станет равным заданному значению. Когда два вышеуказанных значения равны, выпускной клапан закроется, и выпускное отверстие также продолжит выдавать постоянное заданное давление.
Рисунок 1-2 Принципиальная схема электронного регулятора давления TESCOM ER500.
1.2. Типичные области применения
Контроллер давления ER5000 в основном имеет два прикладных направления: одно - для одной машины, а другое - для работы с другими специальными клапанами для регулирования и контроля давления в разных диапазонах. (1) Применение в одной машине: Из приведенной выше структуры и принципа видно, что электронный контроллер давления TESCOM ER5000 представляет собой очень типичный электронный редукционный клапан. В случае использования одной машины сам контроллер может снижать давление и точно контролировать источник газа с давлением ниже 8,2 бар и даже контролировать широкий вакуум. Кроме того, при использовании одной машины можно использовать два режима управления: внутреннюю и внешнюю обратную связь. Это показано на рисунках 1-3 и 1-4.
(2) Использование в сочетании: важным применением электронного регулятора давления ER5000 является использование его в качестве пилотного клапана в сочетании с другими регулирующими клапанами для регулирования более широкого диапазона давления. Приложения с более сильным сбросом давления показаны на Рисунке 1-5 и используются в сочетании с обратным клапаном на Рисунке 1-6.
1.3. Показатели эффективности
Поскольку электронный регулятор давления серии TESCOM ER5000 представляет собой объединение трех частей: датчика давления, ПИД-регулятора и двухходового клапана регулирования давления, технические показатели каждой части отражают общую производительность контроллера, а соответствующие технические показатели и функции перечислены. следующее:
(1) Принцип контроля давления: двойной электромагнитный клапан, трехходовой контроль давления.
(2) Тип среды: чистый сухой инертный газ или воздух приборного класса.
(3) Давление воздуха на впуске (абсолютное давление): минимум (давление вакуумного насоса), максимум 8,2 бар (820 кПа).
(4) Давление воздуха на выходе (абсолютное давление): минимум 0,07 бар (7 кПа), максимум 8,2 бар (820 кПа).
(5) Входной сигнал: USB, RS485, 4–20 мА, 1–5 В или 0–10 В.
(6) Сигнал обратной связи внешнего датчика: 4–20 мА, 1–5 В или 0–10 В.
(7) Точность измерения внутреннего датчика давления: ±0,10% (FSO), включая линейность ±0,05% (FSO) и гистерезис ±0,05% (FSO).
(8) Аналого-цифровое преобразование контроллера: 16 бит.
(9) Повторяемость контроллера: ±0,05% (FSO).
(10) Чувствительность разрешения контроллера: ±0,03% (FSO).
(11) Режим управления: ПИД (в сочетании со специальным программным обеспечением ERTune для отладки и оптимизации параметров ПИД).
(12) Режим управления: внутренняя обратная связь, внешняя обратная связь и двойной контур.
Мы сосредоточимся на трех режимах управления электронным регулятором давления ER5000, которые являются его технической особенностью:
(1) Режим внутренней обратной связи: в этом режиме используются только внутренние датчики. В режиме внутренней обратной связи используется внутренний датчик давления ER5000 для контроля абсолютного давления внутри контроллера в диапазоне 1–100 фунтов на квадратный дюйм/0,07–6,9 бар.
(2) Режим внешней обратной связи: в этом режиме используются только внешние датчики. В режиме внешней обратной связи для контроля давления в системе используется внешний датчик, предоставляемый пользователем, который устанавливается в трубопроводе и обеспечивает прямую обратную связь с ER5000.
(3) Режим двойного контура: в этом режиме используются как внутренние, так и внешние датчики по схеме «петля в петле». В режиме двойного контура один контур ПИД выполняется внутри другого контура ПИД. Внутренняя цепь использует внутренний датчик контроллера, а внешняя цепь использует внешний датчик.
1.4. Функции и возможности
Из приведенного выше введения можно резюмировать следующие функции и особенности электронного регулятора давления ER5000:
(1) Основная функция электронного регулятора давления ER5000 заключается в контроле давления газа (а не расхода), что позволяет обеспечить точный контроль давления в герметичных контейнерах и трубопроводах.
(2) Общая интегрированная конструкция включает в себя датчик давления, ПИД-регулятор и двухходовой клапан регулирования давления, что делает общую конструкцию небольшой, простой в установке и использовании параллельно с несколькими устройствами.
(3) Как типичный электронный регулятор давления, он может напрямую снижать давление источника воздуха максимум до 8,2 бар и точно контролировать его постоянное давление (воздухозаборник имеет положительное давление), а также может использоваться для контроля низкого давления (широкий вакуум, воздухозаборник — вакуум), а минимальное давление может достигать 0,07 бар (7 кПа).
(4) Электронный регулятор давления ER5000 можно использовать в качестве пилотного клапана для управления различными крупногабаритными редукционными клапанами и обратными клапанами. Выход контроллера соединен с пилотными портами других обратных клапанов для реализации регулирования и контроля давления в более широком диапазоне.
(5) Точность измерения датчика давления составляет ±0,1%, а 16-битное аналого-цифровое преобразование представляет собой технический показатель среднего и высокого класса, который может удовлетворить большинство применений.
(6) Режим цифрового ПИД-управления обеспечивает высокую скорость и точный контроль давления.
(7) Три режима управления: внутренняя обратная связь, внешняя обратная связь и двойной контур делают электронный регулятор давления ER5000 более гибким в использовании, а лучший режим управления можно выбрать в соответствии с фактическими требованиями использования.
1,5. Недостаточность регулятора давления
Хотя электронный регулятор давления ER5000 имеет множество функций и особенностей, упомянутых выше, он по-прежнему имеет следующие ограничения и недостатки при практическом применении.
(1) Электронный регулятор давления ER5000 объединяет три наиболее распространенных компонента в области контроля вакуумного давления; благодаря этому представляет собой интегрированную структуру, а не модульную конструкцию. Это ограничивает применение электронного регулятора давления ER5000. Например, электронный регулятор давления ER5000 включает в себя два электромагнитных клапана, но он может контролировать только давление газа, но не может контролировать поток газа, для которого требуется только один электромагнитный клапан.
(2) Электронный регулятор давления ER5000 больше ориентирован на контроль положительного давления, а также может работать с частичным контролем отрицательного давления. Это происходит главным образом из-за высокой скорости утечки используемого клапана, поэтому датчик (особенно внешний датчик) и ПИД-регулятор не используются для управления. Если скорость утечки газа из клапана внутри контроллера можно уменьшить, контроллер может полностью контролировать весь диапазон степени вакуума, расширяя текущую степень вакуума с 7 кПа примерно до 1 Па.
(3) При использовании различных редукционных клапанов большого диапазона давления и обратных клапанов использование более дорогого электронного регулятора давления ER5000 в качестве пилотного клапана имеет очень низкую себестоимость, и можно использовать игольчатый клапан с электрическим приводом.
(4) 16-битное аналого-цифровое преобразование электронного регулятора давления ER5000 представляет собой технический показатель среднего и высокого класса. Если используется внешний высокоточный датчик давления, требуется 24-битный аналого-цифровой преобразователь, что делает электронный регулятор давления ER5000 неспособным удовлетворить некоторые требования в случаях, когда требуется высокая точность измерения и управления.
(5) Операция на месте очень сложна. Хотя электронный регулятор давления ER5000 использует метод ПИД-регулирования, настройка параметров ПИД требует использования специального программного обеспечения. В самом контроллере отсутствует функция самонастройки параметров ПИД, и его необходимо подключить к компьютеру. (6) В электронном регуляторе давления ER5000 отсутствует функция отображения, поэтому его необходимо подключить к компьютеру и использовать вспомогательное программное обеспечение для отладки и отображения процесса и результатов управления. (7) Общая стоимость электронного регулятора давления ER5000 высока, а эксплуатация сложна, что предъявляет более высокие требования к операторам. В сочетании с вышеупомянутыми недостатками контроллера это делает электронный регулятор давления ER5000 нерентабельным, и, очевидно, его использование во многих случаях очень расточительно и расточительно.
2. Локализованный альтернативный технологический маршрут
Для локализованной замены электронного регулятора давления Emerson серии TESCOM ER5000 последнего поколения технический маршрут заключается в том, чтобы сначала реализовать функцию измерения и управления электронного регулятора давления ER5000 и создать экономичный бытовой электронный регулятор давления. Затем применяется технология модульной структуры, позволяющая разделить датчик вакуумного давления, ПИД-регулятор и электронный клапан на отдельные независимые модули. Каждый тип модуля состоит из ряда компонентов с разными техническими показателями. Благодаря сочетанию этих модулей с различными показателями производительности могут быть реализованы различные функции управления и требования к точности, а функции контроллера могут быть расширены для удовлетворения различных потребностей и обеспечения низкой стоимости и высокой производительности.
2.1. Для достижения функции электронного регулятора давления ER5000
(1) Локализованные продукты-заменители должны выполнять большинство функций электронного регулятора давления ER5000, то есть реализовывать функции снижения давления и контроля давления самого электронного регулятора давления ER5000.
(2) Локализованные продукты-заменители, такие как контроллер давления ER5000, могут действовать как пилотный клапан для снижения давления и управления газом в большом диапазоне и диапазоне высокого давления.
(3) Локализованные продукты-заменители имеют функцию ввода и отображения значений настроек и не требуют программного обеспечения и подключения к компьютеру для работы.
(4) Цена локализованных продуктов-заменителей низкая и экономически эффективна.
2.2. Модульная структура и расширение функций
(1) Модульная структура разделена на три модуля: датчик, ПИД-регулятор и электронный клапан.
(2) Модуль ПИД-регулятора является основным устройством всех модулей, которое определяет точность измерения и управления, типы датчиков и электронных клапанов, которые могут использоваться вместе, метод управления и режим управления. Модуль ПИД-регулятора будет использовать 24-битный аналого-цифровой преобразователь для повышения точности измерения и управления, а также объединить два независимых канала управления. Он может контролировать 2 давления вакуума или 1 давление вакуума и 1 температуру одновременно. Также к нему можно подключить различные датчики вакуумного давления и температуры. Комбинация двух каналов может выполнять двунаправленное управление в прямом и обратном направлении для соответствия режимам управления вакуумным давлением вверх и вниз по потоку. Он может иметь функцию автоматического переключения с двумя датчиками для охвата широкого диапазона измерений и управления. ПИД-регулятор с функцией настройки программы может вводить несколько кривых процесса управления. Можно вводить и сохранять несколько групп параметров ПИД, регулировка параметров ПИД имеет функцию самонастройки, а контроллер имеет цветной ЖК-экран для отображения всех параметров процесса и результатов.
3. Локализованные альтернативные продукты
Согласно вышеупомянутому альтернативному техническому маршруту локализации, KAOLU разработала соответствующую продукцию - игольчатый клапан с электроприводом.
3.1. Цифровой регулятор давления
Регуляторы давления с цифровым дисплеем местного производства бывают типа с положительным давлением и вакуумного типа. Принцип регулирования давления и базовая конструкция такие же, как у электронного регулятора давления серии Emerson TESCOM ER5000, как показано на Рисунке 3-1.
Пожалуйста, посетитеhttps://www.genndih.com/ru/proportional-pressure-regulator.htm
Локальный электронный регулятор давления также представляет собой интегрированную конструкцию, состоящую из трех частей: датчика давления, контроллера и двухходового клапана регулирования давления. Соответствующие технические индикаторы и функции перечислены ниже:
(1) Принцип контроля давления: двойной электромагнитный клапан, трехходовой контроль давления.
(2) Тип среды: чистый сухой инертный газ или воздух приборного класса.
(3) Давление воздуха на впуске (абсолютное давление): минимум (давление вакуумного насоса), максимум 50 бар (5 МПа).
(4) Давление воздуха на выходе (абсолютное давление): минимум 0,21 бар (21 кПа), максимум 30 бар (3 М Па).
(5) Входной сигнал: 4–20 мА, 0–5 В или 0–10 В.
(6) Сигнал обратной связи внешнего датчика: 4–20 мА, 0–5 В или 0–10 В.
(7) Точность измерения внутреннего датчика давления: ±1,0% (FSO), включая линейность ±0,5% (FSO) и гистерезис ±0,5% (FSO).
(8) Аналого-цифровое преобразование контроллера: 12 бит.
(9) Повторяемость контроллера: ±0,5% (FSO).
(10) Чувствительность разрешения контроллера: ±0,2% (FSO).
(11) Метод управления: встроенное автоматическое ПИД-регулирование без ручного вмешательства.
(12) Режим управления: внутренняя обратная связь и внешняя обратная связь. Видно, что некоторые технические показатели локализованного контроллера давления были уменьшены, такие как 12-битное аналого-цифровое преобразование и точность измерения ± 1,0%, но было расширено использование диапазона давления, а также были добавлены функции отображения и ввода. . Регулятор давления можно использовать независимо, без внешнего компьютера и отладки программного обеспечения, что снижает сложность эксплуатации, повышает низкую стоимость, высокую производительность и может в основном соответствовать требованиям применения в большинстве областей.
3.2. Обратный клапан (тип высокого давления и вакуумный тип)
Новые модули обратных клапанов местного производства подразделяются на обратные клапаны высокого давления и вакуумные клапаны. Оба клапана обратного давления используют вышеупомянутый контроллер давления с цифровым дисплеем в качестве пилотного клапана для управления, но новый клапан обратного давления не подходит для традиционных клапанов обратного давления, таких как Emerson TESCOM. Значительному усовершенствованию подвергся клапан давления. Традиционный обратный клапан имеет седло клапана, закрепленное на корпусе клапана, а седло клапана плотно прилегает к сердечнику клапана для достижения эффекта уплотнения. Он обеспечивает базовый контроль давления для большинства простых процессов. В этой конструкции пружина или другое средство обеспечивает заданную нагрузочную силу, которая уплотняет плунжер клапана относительно седла клапана. Когда сила давления трубопровода, действующая на катушку, равна силе нагрузки, обратный клапан работает нормально при заданном состоянии давления; Когда давление на впускном конце клапана увеличивается, сила, действующая на золотник, превышает заданную силу нагрузки, сердечник клапана и седло клапана разделяются, сбрасывая избыточное давление на впускном конце до тех пор, пока заданное давление не будет восстановлено. В традиционной конструкции обратного клапана, когда мгновенный расход сильно меняется или давление на входе часто колеблется, точность управляющего давления низкая. Причины следующие:
(1) Поскольку в большинстве традиционных обратных клапанов с управляющим давлением, превышающим 20 бар, в качестве механизма нагрузки на золотник используется поршень. Уплотнительное кольцо в поршне увеличивает трение, из-за чего золотник застревает.
(2) Впускные и выпускные каналы традиционных обратных клапанов в основном представляют собой одиночные каналы с фиксированной площадью поперечного сечения. Когда скорость потока на входе клапана быстро увеличивается или уменьшается, значение CV (пропускная способность) клапана не изменяется, это приводит к сильным колебаниям давления на входе. (3) Сердечник клапана и седло клапана традиционного обратного клапана из-за необходимости уплотнения испытывают напряжение или трение при установке и частом открытии и закрытии. Это приведет к тому, что они будут изнашиваться и поглощать друг друга, разрушать первоначальную форму и непредсказуемо изменять значение CV. Новый тип обратного клапана представляет собой конструкцию крышки и корпуса клапана, соединенных сверху вниз, как показано на Рисунке 3-2. Между крышкой клапана и корпусом клапана установлена диафрагма. В верхней части крышки клапана имеется пилотное воздушное отверстие. Пилотное воздушное отверстие соединено с подвижным пазом, открытым в нижней части крышки клапана для волнообразного перемещения середины диафрагмы через канал источника воздуха, открытый внутри крышки клапана, образуя верхнее и нижнее соединение. На боковой стенке корпуса клапана расположены соответственно противоположно впускное и выпускное отверстия для среды, впускное отверстие для среды соединено с множеством впускных отверстий, открытых на верхней поверхности корпуса клапана, а выпускное отверстие для среды соединено с множеством выпускных отверстий. открыт на верхней поверхности корпуса клапана. Выдающиеся особенности нового обратного клапана заключаются в том, что все его действие осуществляется без трения. Кроме того, он не вызывает задержки давления, имеет высокую стабильность входного давления и большую пропускную способность.
3.3. Двусторонний высокоточный ПИД-регулятор
Для модуля ПИД-управления, чтобы удовлетворить широкий спектр требований к контролю вакуумного давления, KAOLU выпустила ПИД-регуляторы серии VPC2021, которые могут измерять, отображать и контролировать вакуум, давление и температуру. Используя 24-битный сбор данных и технологию ПИД-управления с искусственным интеллектом, его можно подключать к различным типам датчиков вакуума, давления и температуры, а также управлять различными типами электрических игольчатых клапанов, электрических клапанов, нагревателей и других исполнительных структур. Он также может обеспечить высокоточный вакуум. Фиксированное и программное управление такими параметрами, как давление и температура, представляет собой высокопроизводительный и экономичный контроллер, который заменяет зарубежные контроллеры высокого класса.
Как показано на рисунке 3-3, ПИД-регулятор серии VPC2021 имеет двустороннюю независимую функцию измерения и управления, которая может одновременно измерять, отображать и управлять параметрами на разных каналах. Если два канала подключены к датчикам одного типа, но разных диапазонов, как показано на рисунке 3-4, можно добиться автоматического переключения между двумя датчиками в соответствии с тестовым значением, охватывая таким образом широкий диапазон измерений и управления.
Основные технические показатели двухканального высокоточного ПИД-регулятора серии VPC2021 следующие:
(1) Точность измерения: ±0,05% полной шкалы (24-битный аналого-цифровой преобразователь).
(2) Входной сигнал: может быть подключен ко многим датчикам вакуумного давления, 32 типа входного сигнала (напряжение, ток, термопара, термосопротивление).
(3) Выход управления: 4 типа выхода управления (аналоговый сигнал, твердотельное реле, реле, SCR), которые можно подключить ко многим электрическим регулирующим клапанам.
(4) Алгоритм управления: ПИД-регулирование и самонастройка (можно сохранить и вызвать 20 групп ПИД-параметров).
(5) Режим управления: управление с фиксированной точкой и программное управление, может поддерживать до 9 кривых управления, каждая из которых может быть установлена с помощью 24 программных кривых.
(6) Канал: двухканальный, двухканальный датчик переключается автоматически.
(7) Режим связи: связь RS 485 и Ethernet.
(8) Источник питания: переменный ток (86–260 В) или постоянный ток 24 В.
(9) Размеры: 96×96×136,5 мм (размер обрезки 92×92 мм)
3.4. Высокоскоростной электрический клапан регулирования расхода
Для электронного модуля клапана, чтобы обеспечить высокоскоростное регулирование потока различных размеров, KAOLU выпустила две серии электронных клапанов: одна серия — электрический игольчатый клапан для небольшого регулирования расхода, а другая серия — электрический шаровой клапан и дроссельный клапан. клапан для регулирования большого расхода. Самая большая особенность этих двух серий электронных клапанов заключается в том, что они могут управляться электроникой и имеют быстрое время закрытия в течение 1 секунды, что является очень редким быстрым электронным клапаном на Тайване. Как показано на рисунке 3-5, электрический игольчатый клапан серии FC сочетает в себе преимущества точности и повторяемости шагового двигателя с линейностью и разрешением игольчатого клапана, что приводит к гистерезису менее 2%, линейности 2% и регулируемому расходу. Управление с повторяемостью 1% и разрешением 0,2% представляет собой модернизированный продукт широко используемого электромагнитного пропорционального клапана. В сочетании с электронным регулятором вакуумного давления QKL-B3V от KAOLU он может сформировать быструю и точную систему управления вакуумным давлением с замкнутым контуром.
Пожалуйста, посетитеhttps://www.genndih.com/ru/proportional-flow-control-valve.htm
Основные технические показатели и характеристики электрического игольчатого клапана серии FC следующие:
(1) Область дросселирования с несколькими спецификациями: от диаметра малого расхода 0,9 мм (газ 0 ~ 50 л/мин) до диаметра высокого расхода 4,10 мм (газ от 0 до 660 л / мин) игольчатый клапан. Он может соответствовать различным приложениям. потребности.
(2) Высокая линейность: линейность менее 2% упрощает справочную таблицу или согласование аппаратного и программного обеспечения внешнего управления, а также упрощает взаимосвязь между вводом команды и выходом потока.
(3) Высокая повторяемость: каждый раз достигая одинакового расхода 0,1%, электрический игольчатый клапан серии FC может обеспечить долговременную стабильную стабильность.
(4) Широкий диапазон давления: при вакууме 5 или 7 бар, в зависимости от размера отверстия, среда на входе может охватывать широкий диапазон давлений. Жесткость и мощность двигателя гарантируют, что клапан открывается по одной и той же входной команде, независимо от давления.
(5) Низкий гистерезис: Гистерезис менее 2% упрощает интеграцию и программирование, обеспечивая постоянный расход при увеличении и уменьшении до заданного значения.
(6) Высокое разрешение: разрешение 0,2% позволяет электрическому игольчатому клапану серии FC выполнять минимальную регулировку расхода в соответствии с небольшими изменениями команды регулировки, обеспечивая превосходную управляемость.
(7) Быстрый отклик: общее время перемещения составляет менее 1 секунды, что позволяет обеспечить своевременное и быстрое регулирование и контроль потока.
(8) Рабочее напряжение: 24 В постоянного тока.
(9) Входной сигнал: 4–20 мА, 0–5 В и 0–10 В. Как показано на рисунке 3-6, электрический шаровой кран серии NCBV состоит из высокоскоростного электрического привода и высококачественного V-образного шарового крана, который является модернизированным продуктом широко используемого в настоящее время тихоходного электрического шарового крана. В сочетании с электронным регулятором вакуумного давления серии QKL-B3V компании KAOLU он может сформировать быструю и точную систему управления вакуумным давлением с замкнутым контуром.
4. Вывод
Подводя итог, можно сказать, что благодаря разработке серии локализованных альтернативных продуктов он может практически полностью заменить электронный контроллер давления Emerson серии TESCOM ER5000 последнего поколения и его обратный клапан, а также значительно улучшить низкую стоимость и высокую производительность. Важно отметить, что на основе локализованного замещения была разработана более гибкая и простая в использовании модульная структура, осуществлено расширение функций и технологические инновации отдельных модульных изделий, а также новый тип обратного клапана и высокоэффективный Были разработаны скоростной электрический клапан регулирования расхода. ПИД-регулятор обладает более мощными функциями и точностью измерения, а вся серия локализованных альтернативных продуктов имеет более высокую производительность, низкую стоимость и высокую производительность.
1.Электронный регулятор давления Emerson серии ER5000 1.1. Устройство и принцип действия электронного регулятора давления
Новейший электронный регулятор давления TESCOM ER5000 от Emerson представляет собой многофункциональный встроенный электронный регулятор давления, который объединяет три компонента: датчик давления, ПИД-регулятор (пропорционально-интегрально-производный) и игольчатый клапан с электрическим приводом. Он интегрирован с игольчатым клапаном с электрическим приводом, образуя комплексный механизм управления. Электронный регулятор давления TESCOM ER5000 и его базовая конструкция показаны на Рисунке 1-1.
На рисунке 1-1 мы видим, что функция электронного регулятора давления ER5000 заключается в контроле давления на нижнем выпуске, снижении давления на впуске и доведении его до заданного давления, чтобы давление на нижнем выпуске всегда соответствовало заданному давлению. .
Электронный регулятор давления ER5000 на самом деле представляет собой электронный редукционный клапан, принцип его работы показан на рисунке 1-2.
Внешний источник воздуха подает давление на ER5000, и давление питания становится выходным давлением на выходе через открытый впускной клапан, и это выходное давление передается обратно в ПИД-регулятор через датчик давления. Если значение обратной связи ниже заданного значения давления, контроллер продолжает управлять впускным клапаном, открывая его до тех пор, пока значение обратной связи не станет равным заданному значению. Когда два вышеуказанных значения равны, впускной клапан закроется, а выпускное отверстие продолжит выдавать постоянное заданное давление. Если значение обратной связи выше заданного значения, контроллер активирует выпускной клапан, тем самым стравливая избыточное выходное давление до тех пор, пока сигнал обратной связи не станет равным заданному значению. Когда два вышеуказанных значения равны, выпускной клапан закроется, и выпускное отверстие также продолжит выдавать постоянное заданное давление.
Рисунок 1-2 Принципиальная схема электронного регулятора давления TESCOM ER500.
1.2. Типичные области применения
Контроллер давления ER5000 в основном имеет два прикладных направления: одно - для одной машины, а другое - для работы с другими специальными клапанами для регулирования и контроля давления в разных диапазонах. (1) Применение в одной машине: Из приведенной выше структуры и принципа видно, что электронный контроллер давления TESCOM ER5000 представляет собой очень типичный электронный редукционный клапан. В случае использования одной машины сам контроллер может снижать давление и точно контролировать источник газа с давлением ниже 8,2 бар и даже контролировать широкий вакуум. Кроме того, при использовании одной машины можно использовать два режима управления: внутреннюю и внешнюю обратную связь. Это показано на рисунках 1-3 и 1-4.
(2) Использование в сочетании: важным применением электронного регулятора давления ER5000 является использование его в качестве пилотного клапана в сочетании с другими регулирующими клапанами для регулирования более широкого диапазона давления. Приложения с более сильным сбросом давления показаны на Рисунке 1-5 и используются в сочетании с обратным клапаном на Рисунке 1-6.
1.3. Показатели эффективности
Поскольку электронный регулятор давления серии TESCOM ER5000 представляет собой объединение трех частей: датчика давления, ПИД-регулятора и двухходового клапана регулирования давления, технические показатели каждой части отражают общую производительность контроллера, а соответствующие технические показатели и функции перечислены. следующее:
(1) Принцип контроля давления: двойной электромагнитный клапан, трехходовой контроль давления.
(2) Тип среды: чистый сухой инертный газ или воздух приборного класса.
(3) Давление воздуха на впуске (абсолютное давление): минимум (давление вакуумного насоса), максимум 8,2 бар (820 кПа).
(4) Давление воздуха на выходе (абсолютное давление): минимум 0,07 бар (7 кПа), максимум 8,2 бар (820 кПа).
(5) Входной сигнал: USB, RS485, 4–20 мА, 1–5 В или 0–10 В.
(6) Сигнал обратной связи внешнего датчика: 4–20 мА, 1–5 В или 0–10 В.
(7) Точность измерения внутреннего датчика давления: ±0,10% (FSO), включая линейность ±0,05% (FSO) и гистерезис ±0,05% (FSO).
(8) Аналого-цифровое преобразование контроллера: 16 бит.
(9) Повторяемость контроллера: ±0,05% (FSO).
(10) Чувствительность разрешения контроллера: ±0,03% (FSO).
(11) Режим управления: ПИД (в сочетании со специальным программным обеспечением ERTune для отладки и оптимизации параметров ПИД).
(12) Режим управления: внутренняя обратная связь, внешняя обратная связь и двойной контур.
Мы сосредоточимся на трех режимах управления электронным регулятором давления ER5000, которые являются его технической особенностью:
(1) Режим внутренней обратной связи: в этом режиме используются только внутренние датчики. В режиме внутренней обратной связи используется внутренний датчик давления ER5000 для контроля абсолютного давления внутри контроллера в диапазоне 1–100 фунтов на квадратный дюйм/0,07–6,9 бар.
(2) Режим внешней обратной связи: в этом режиме используются только внешние датчики. В режиме внешней обратной связи для контроля давления в системе используется внешний датчик, предоставляемый пользователем, который устанавливается в трубопроводе и обеспечивает прямую обратную связь с ER5000.
(3) Режим двойного контура: в этом режиме используются как внутренние, так и внешние датчики по схеме «петля в петле». В режиме двойного контура один контур ПИД выполняется внутри другого контура ПИД. Внутренняя цепь использует внутренний датчик контроллера, а внешняя цепь использует внешний датчик.
1.4. Функции и возможности
Из приведенного выше введения можно резюмировать следующие функции и особенности электронного регулятора давления ER5000:
(1) Основная функция электронного регулятора давления ER5000 заключается в контроле давления газа (а не расхода), что позволяет обеспечить точный контроль давления в герметичных контейнерах и трубопроводах.
(2) Общая интегрированная конструкция включает в себя датчик давления, ПИД-регулятор и двухходовой клапан регулирования давления, что делает общую конструкцию небольшой, простой в установке и использовании параллельно с несколькими устройствами.
(3) Как типичный электронный регулятор давления, он может напрямую снижать давление источника воздуха максимум до 8,2 бар и точно контролировать его постоянное давление (воздухозаборник имеет положительное давление), а также может использоваться для контроля низкого давления (широкий вакуум, воздухозаборник — вакуум), а минимальное давление может достигать 0,07 бар (7 кПа).
(4) Электронный регулятор давления ER5000 можно использовать в качестве пилотного клапана для управления различными крупногабаритными редукционными клапанами и обратными клапанами. Выход контроллера соединен с пилотными портами других обратных клапанов для реализации регулирования и контроля давления в более широком диапазоне.
(5) Точность измерения датчика давления составляет ±0,1%, а 16-битное аналого-цифровое преобразование представляет собой технический показатель среднего и высокого класса, который может удовлетворить большинство применений.
(6) Режим цифрового ПИД-управления обеспечивает высокую скорость и точный контроль давления.
(7) Три режима управления: внутренняя обратная связь, внешняя обратная связь и двойной контур делают электронный регулятор давления ER5000 более гибким в использовании, а лучший режим управления можно выбрать в соответствии с фактическими требованиями использования.
1,5. Недостаточность регулятора давления
Хотя электронный регулятор давления ER5000 имеет множество функций и особенностей, упомянутых выше, он по-прежнему имеет следующие ограничения и недостатки при практическом применении.
(1) Электронный регулятор давления ER5000 объединяет три наиболее распространенных компонента в области контроля вакуумного давления; благодаря этому представляет собой интегрированную структуру, а не модульную конструкцию. Это ограничивает применение электронного регулятора давления ER5000. Например, электронный регулятор давления ER5000 включает в себя два электромагнитных клапана, но он может контролировать только давление газа, но не может контролировать поток газа, для которого требуется только один электромагнитный клапан.
(2) Электронный регулятор давления ER5000 больше ориентирован на контроль положительного давления, а также может работать с частичным контролем отрицательного давления. Это происходит главным образом из-за высокой скорости утечки используемого клапана, поэтому датчик (особенно внешний датчик) и ПИД-регулятор не используются для управления. Если скорость утечки газа из клапана внутри контроллера можно уменьшить, контроллер может полностью контролировать весь диапазон степени вакуума, расширяя текущую степень вакуума с 7 кПа примерно до 1 Па.
(3) При использовании различных редукционных клапанов большого диапазона давления и обратных клапанов использование более дорогого электронного регулятора давления ER5000 в качестве пилотного клапана имеет очень низкую себестоимость, и можно использовать игольчатый клапан с электрическим приводом.
(4) 16-битное аналого-цифровое преобразование электронного регулятора давления ER5000 представляет собой технический показатель среднего и высокого класса. Если используется внешний высокоточный датчик давления, требуется 24-битный аналого-цифровой преобразователь, что делает электронный регулятор давления ER5000 неспособным удовлетворить некоторые требования в случаях, когда требуется высокая точность измерения и управления.
(5) Операция на месте очень сложна. Хотя электронный регулятор давления ER5000 использует метод ПИД-регулирования, настройка параметров ПИД требует использования специального программного обеспечения. В самом контроллере отсутствует функция самонастройки параметров ПИД, и его необходимо подключить к компьютеру. (6) В электронном регуляторе давления ER5000 отсутствует функция отображения, поэтому его необходимо подключить к компьютеру и использовать вспомогательное программное обеспечение для отладки и отображения процесса и результатов управления. (7) Общая стоимость электронного регулятора давления ER5000 высока, а эксплуатация сложна, что предъявляет более высокие требования к операторам. В сочетании с вышеупомянутыми недостатками контроллера это делает электронный регулятор давления ER5000 нерентабельным, и, очевидно, его использование во многих случаях очень расточительно и расточительно.
2. Локализованный альтернативный технологический маршрут
Для локализованной замены электронного регулятора давления Emerson серии TESCOM ER5000 последнего поколения технический маршрут заключается в том, чтобы сначала реализовать функцию измерения и управления электронного регулятора давления ER5000 и создать экономичный бытовой электронный регулятор давления. Затем применяется технология модульной структуры, позволяющая разделить датчик вакуумного давления, ПИД-регулятор и электронный клапан на отдельные независимые модули. Каждый тип модуля состоит из ряда компонентов с разными техническими показателями. Благодаря сочетанию этих модулей с различными показателями производительности могут быть реализованы различные функции управления и требования к точности, а функции контроллера могут быть расширены для удовлетворения различных потребностей и обеспечения низкой стоимости и высокой производительности.
2.1. Для достижения функции электронного регулятора давления ER5000
(1) Локализованные продукты-заменители должны выполнять большинство функций электронного регулятора давления ER5000, то есть реализовывать функции снижения давления и контроля давления самого электронного регулятора давления ER5000.
(2) Локализованные продукты-заменители, такие как контроллер давления ER5000, могут действовать как пилотный клапан для снижения давления и управления газом в большом диапазоне и диапазоне высокого давления.
(3) Локализованные продукты-заменители имеют функцию ввода и отображения значений настроек и не требуют программного обеспечения и подключения к компьютеру для работы.
(4) Цена локализованных продуктов-заменителей низкая и экономически эффективна.
2.2. Модульная структура и расширение функций
(1) Модульная структура разделена на три модуля: датчик, ПИД-регулятор и электронный клапан.
(2) Модуль ПИД-регулятора является основным устройством всех модулей, которое определяет точность измерения и управления, типы датчиков и электронных клапанов, которые могут использоваться вместе, метод управления и режим управления. Модуль ПИД-регулятора будет использовать 24-битный аналого-цифровой преобразователь для повышения точности измерения и управления, а также объединить два независимых канала управления. Он может контролировать 2 давления вакуума или 1 давление вакуума и 1 температуру одновременно. Также к нему можно подключить различные датчики вакуумного давления и температуры. Комбинация двух каналов может выполнять двунаправленное управление в прямом и обратном направлении для соответствия режимам управления вакуумным давлением вверх и вниз по потоку. Он может иметь функцию автоматического переключения с двумя датчиками для охвата широкого диапазона измерений и управления. ПИД-регулятор с функцией настройки программы может вводить несколько кривых процесса управления. Можно вводить и сохранять несколько групп параметров ПИД, регулировка параметров ПИД имеет функцию самонастройки, а контроллер имеет цветной ЖК-экран для отображения всех параметров процесса и результатов.
3. Локализованные альтернативные продукты
Согласно вышеупомянутому альтернативному техническому маршруту локализации, KAOLU разработала соответствующую продукцию - игольчатый клапан с электроприводом.
3.1. Цифровой регулятор давления
Регуляторы давления с цифровым дисплеем местного производства бывают типа с положительным давлением и вакуумного типа. Принцип регулирования давления и базовая конструкция такие же, как у электронного регулятора давления серии Emerson TESCOM ER5000, как показано на Рисунке 3-1.
Пожалуйста, посетитеhttps://www.genndih.com/ru/proportional-pressure-regulator.htm
Локальный электронный регулятор давления также представляет собой интегрированную конструкцию, состоящую из трех частей: датчика давления, контроллера и двухходового клапана регулирования давления. Соответствующие технические индикаторы и функции перечислены ниже:
(1) Принцип контроля давления: двойной электромагнитный клапан, трехходовой контроль давления.
(2) Тип среды: чистый сухой инертный газ или воздух приборного класса.
(3) Давление воздуха на впуске (абсолютное давление): минимум (давление вакуумного насоса), максимум 50 бар (5 МПа).
(4) Давление воздуха на выходе (абсолютное давление): минимум 0,21 бар (21 кПа), максимум 30 бар (3 М Па).
(5) Входной сигнал: 4–20 мА, 0–5 В или 0–10 В.
(6) Сигнал обратной связи внешнего датчика: 4–20 мА, 0–5 В или 0–10 В.
(7) Точность измерения внутреннего датчика давления: ±1,0% (FSO), включая линейность ±0,5% (FSO) и гистерезис ±0,5% (FSO).
(8) Аналого-цифровое преобразование контроллера: 12 бит.
(9) Повторяемость контроллера: ±0,5% (FSO).
(10) Чувствительность разрешения контроллера: ±0,2% (FSO).
(11) Метод управления: встроенное автоматическое ПИД-регулирование без ручного вмешательства.
(12) Режим управления: внутренняя обратная связь и внешняя обратная связь. Видно, что некоторые технические показатели локализованного контроллера давления были уменьшены, такие как 12-битное аналого-цифровое преобразование и точность измерения ± 1,0%, но было расширено использование диапазона давления, а также были добавлены функции отображения и ввода. . Регулятор давления можно использовать независимо, без внешнего компьютера и отладки программного обеспечения, что снижает сложность эксплуатации, повышает низкую стоимость, высокую производительность и может в основном соответствовать требованиям применения в большинстве областей.
3.2. Обратный клапан (тип высокого давления и вакуумный тип)
Новые модули обратных клапанов местного производства подразделяются на обратные клапаны высокого давления и вакуумные клапаны. Оба клапана обратного давления используют вышеупомянутый контроллер давления с цифровым дисплеем в качестве пилотного клапана для управления, но новый клапан обратного давления не подходит для традиционных клапанов обратного давления, таких как Emerson TESCOM. Значительному усовершенствованию подвергся клапан давления. Традиционный обратный клапан имеет седло клапана, закрепленное на корпусе клапана, а седло клапана плотно прилегает к сердечнику клапана для достижения эффекта уплотнения. Он обеспечивает базовый контроль давления для большинства простых процессов. В этой конструкции пружина или другое средство обеспечивает заданную нагрузочную силу, которая уплотняет плунжер клапана относительно седла клапана. Когда сила давления трубопровода, действующая на катушку, равна силе нагрузки, обратный клапан работает нормально при заданном состоянии давления; Когда давление на впускном конце клапана увеличивается, сила, действующая на золотник, превышает заданную силу нагрузки, сердечник клапана и седло клапана разделяются, сбрасывая избыточное давление на впускном конце до тех пор, пока заданное давление не будет восстановлено. В традиционной конструкции обратного клапана, когда мгновенный расход сильно меняется или давление на входе часто колеблется, точность управляющего давления низкая. Причины следующие:
(1) Поскольку в большинстве традиционных обратных клапанов с управляющим давлением, превышающим 20 бар, в качестве механизма нагрузки на золотник используется поршень. Уплотнительное кольцо в поршне увеличивает трение, из-за чего золотник застревает.
(2) Впускные и выпускные каналы традиционных обратных клапанов в основном представляют собой одиночные каналы с фиксированной площадью поперечного сечения. Когда скорость потока на входе клапана быстро увеличивается или уменьшается, значение CV (пропускная способность) клапана не изменяется, это приводит к сильным колебаниям давления на входе. (3) Сердечник клапана и седло клапана традиционного обратного клапана из-за необходимости уплотнения испытывают напряжение или трение при установке и частом открытии и закрытии. Это приведет к тому, что они будут изнашиваться и поглощать друг друга, разрушать первоначальную форму и непредсказуемо изменять значение CV. Новый тип обратного клапана представляет собой конструкцию крышки и корпуса клапана, соединенных сверху вниз, как показано на Рисунке 3-2. Между крышкой клапана и корпусом клапана установлена диафрагма. В верхней части крышки клапана имеется пилотное воздушное отверстие. Пилотное воздушное отверстие соединено с подвижным пазом, открытым в нижней части крышки клапана для волнообразного перемещения середины диафрагмы через канал источника воздуха, открытый внутри крышки клапана, образуя верхнее и нижнее соединение. На боковой стенке корпуса клапана расположены соответственно противоположно впускное и выпускное отверстия для среды, впускное отверстие для среды соединено с множеством впускных отверстий, открытых на верхней поверхности корпуса клапана, а выпускное отверстие для среды соединено с множеством выпускных отверстий. открыт на верхней поверхности корпуса клапана. Выдающиеся особенности нового обратного клапана заключаются в том, что все его действие осуществляется без трения. Кроме того, он не вызывает задержки давления, имеет высокую стабильность входного давления и большую пропускную способность.
3.3. Двусторонний высокоточный ПИД-регулятор
Для модуля ПИД-управления, чтобы удовлетворить широкий спектр требований к контролю вакуумного давления, KAOLU выпустила ПИД-регуляторы серии VPC2021, которые могут измерять, отображать и контролировать вакуум, давление и температуру. Используя 24-битный сбор данных и технологию ПИД-управления с искусственным интеллектом, его можно подключать к различным типам датчиков вакуума, давления и температуры, а также управлять различными типами электрических игольчатых клапанов, электрических клапанов, нагревателей и других исполнительных структур. Он также может обеспечить высокоточный вакуум. Фиксированное и программное управление такими параметрами, как давление и температура, представляет собой высокопроизводительный и экономичный контроллер, который заменяет зарубежные контроллеры высокого класса.
Как показано на рисунке 3-3, ПИД-регулятор серии VPC2021 имеет двустороннюю независимую функцию измерения и управления, которая может одновременно измерять, отображать и управлять параметрами на разных каналах. Если два канала подключены к датчикам одного типа, но разных диапазонов, как показано на рисунке 3-4, можно добиться автоматического переключения между двумя датчиками в соответствии с тестовым значением, охватывая таким образом широкий диапазон измерений и управления.
Основные технические показатели двухканального высокоточного ПИД-регулятора серии VPC2021 следующие:
(1) Точность измерения: ±0,05% полной шкалы (24-битный аналого-цифровой преобразователь).
(2) Входной сигнал: может быть подключен ко многим датчикам вакуумного давления, 32 типа входного сигнала (напряжение, ток, термопара, термосопротивление).
(3) Выход управления: 4 типа выхода управления (аналоговый сигнал, твердотельное реле, реле, SCR), которые можно подключить ко многим электрическим регулирующим клапанам.
(4) Алгоритм управления: ПИД-регулирование и самонастройка (можно сохранить и вызвать 20 групп ПИД-параметров).
(5) Режим управления: управление с фиксированной точкой и программное управление, может поддерживать до 9 кривых управления, каждая из которых может быть установлена с помощью 24 программных кривых.
(6) Канал: двухканальный, двухканальный датчик переключается автоматически.
(7) Режим связи: связь RS 485 и Ethernet.
(8) Источник питания: переменный ток (86–260 В) или постоянный ток 24 В.
(9) Размеры: 96×96×136,5 мм (размер обрезки 92×92 мм)
3.4. Высокоскоростной электрический клапан регулирования расхода
Для электронного модуля клапана, чтобы обеспечить высокоскоростное регулирование потока различных размеров, KAOLU выпустила две серии электронных клапанов: одна серия — электрический игольчатый клапан для небольшого регулирования расхода, а другая серия — электрический шаровой клапан и дроссельный клапан. клапан для регулирования большого расхода. Самая большая особенность этих двух серий электронных клапанов заключается в том, что они могут управляться электроникой и имеют быстрое время закрытия в течение 1 секунды, что является очень редким быстрым электронным клапаном на Тайване. Как показано на рисунке 3-5, электрический игольчатый клапан серии FC сочетает в себе преимущества точности и повторяемости шагового двигателя с линейностью и разрешением игольчатого клапана, что приводит к гистерезису менее 2%, линейности 2% и регулируемому расходу. Управление с повторяемостью 1% и разрешением 0,2% представляет собой модернизированный продукт широко используемого электромагнитного пропорционального клапана. В сочетании с электронным регулятором вакуумного давления QKL-B3V от KAOLU он может сформировать быструю и точную систему управления вакуумным давлением с замкнутым контуром.
Пожалуйста, посетитеhttps://www.genndih.com/ru/proportional-flow-control-valve.htm
Основные технические показатели и характеристики электрического игольчатого клапана серии FC следующие:
(1) Область дросселирования с несколькими спецификациями: от диаметра малого расхода 0,9 мм (газ 0 ~ 50 л/мин) до диаметра высокого расхода 4,10 мм (газ от 0 до 660 л / мин) игольчатый клапан. Он может соответствовать различным приложениям. потребности.
(2) Высокая линейность: линейность менее 2% упрощает справочную таблицу или согласование аппаратного и программного обеспечения внешнего управления, а также упрощает взаимосвязь между вводом команды и выходом потока.
(3) Высокая повторяемость: каждый раз достигая одинакового расхода 0,1%, электрический игольчатый клапан серии FC может обеспечить долговременную стабильную стабильность.
(4) Широкий диапазон давления: при вакууме 5 или 7 бар, в зависимости от размера отверстия, среда на входе может охватывать широкий диапазон давлений. Жесткость и мощность двигателя гарантируют, что клапан открывается по одной и той же входной команде, независимо от давления.
(5) Низкий гистерезис: Гистерезис менее 2% упрощает интеграцию и программирование, обеспечивая постоянный расход при увеличении и уменьшении до заданного значения.
(6) Высокое разрешение: разрешение 0,2% позволяет электрическому игольчатому клапану серии FC выполнять минимальную регулировку расхода в соответствии с небольшими изменениями команды регулировки, обеспечивая превосходную управляемость.
(7) Быстрый отклик: общее время перемещения составляет менее 1 секунды, что позволяет обеспечить своевременное и быстрое регулирование и контроль потока.
(8) Рабочее напряжение: 24 В постоянного тока.
(9) Входной сигнал: 4–20 мА, 0–5 В и 0–10 В. Как показано на рисунке 3-6, электрический шаровой кран серии NCBV состоит из высокоскоростного электрического привода и высококачественного V-образного шарового крана, который является модернизированным продуктом широко используемого в настоящее время тихоходного электрического шарового крана. В сочетании с электронным регулятором вакуумного давления серии QKL-B3V компании KAOLU он может сформировать быструю и точную систему управления вакуумным давлением с замкнутым контуром.
4. Вывод
Подводя итог, можно сказать, что благодаря разработке серии локализованных альтернативных продуктов он может практически полностью заменить электронный контроллер давления Emerson серии TESCOM ER5000 последнего поколения и его обратный клапан, а также значительно улучшить низкую стоимость и высокую производительность. Важно отметить, что на основе локализованного замещения была разработана более гибкая и простая в использовании модульная структура, осуществлено расширение функций и технологические инновации отдельных модульных изделий, а также новый тип обратного клапана и высокоэффективный Были разработаны скоростной электрический клапан регулирования расхода. ПИД-регулятор обладает более мощными функциями и точностью измерения, а вся серия локализованных альтернативных продуктов имеет более высокую производительность, низкую стоимость и высокую производительность.