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Comment choisir les bonnes vannes de régulation de pression proportionnelle

Les concepteurs d’équipements trouvent que la technologie de commande proportionnelle est idéale lorsqu’une performance précise est requise dans les applications à pression ou débit variables. Souvent perçues comme plus compliquées que les autres électrovannes, elles fournissent des solutions fiables, économiques et compactes pour une réponse rapide et un contrôle cohérent.

Certaines applications typiques de valve proportionnelle incluent:

  • Tension de bandes / rouleaux (transformation, textiles, papier)
  • Découpe au laser
  • Test de fuite
  • Pulvérisation ou revêtement de fluide (peinture, colle, autre)
  • Médical (airbag, aspirateur, autre)
  • Soudage par points
  • Soufflage PET
  • Équilibrage et tension des pneus
  • Instrumentation analytique

Exigences d’application

Lors de la sélection d’une vanne proportionnelle, les fabricants d’équipement d’origine (OEM) doivent considérer quelle variable doit être contrôlée. Une soupape de commande de pression proportionnelle pneumatique peut non seulement contrôler la pression, mais elle peut également contrôler d’autres variables de processus, telles que le débit, la force, la vitesse de rotation, la position, la température ou le niveau.

Une fois que l’OEM a établi les variables qu’il doit contrôler, il souhaite déterminer d’autres critères d’application pour ses vannes, tels que:

  • Type de média, qui peut influencer la construction ou les matériaux requis
  • Pression d’entrée et pression de sortie maximale contrôlée
  • Plage de débit requise
  • Milieu et température ambiante
  • Autres facteurs environnementaux, tels que l’emplacement dangereux, les vibrations, le poids ou les restrictions d’espace
  • Consommation d’énergie, en particulier pour les applications mobiles
  • Action requise en cas de panne de courant

La question la plus critique à poser est de savoir si l’application est statique ou dynamique.

Statique vs Dynamique

Applications statiques nécessitent souvent que le point de consigne d’une pression souhaitée, contrôlée via l’ouverture et la fermeture de la vanne, reste fixe la plupart du temps. C’est le cas dans les systèmes de test d’étanchéité où la vanne applique une pression fixe à un composant afin de tester la solidité. Cette pression de consigne ne change que lorsqu’un composant différent doit être testé.

Applications dynamiques exiger que le point de consigne change fréquemment, provoquant l’ouverture et la fermeture continue de la vanne. Un exemple de cette situation est dans les tests de matériaux, où la pression de sortie de la soupape augmente régulièrement jusqu’à ce que le matériau testé tombe en panne. D’autres caractéristiques peuvent être fréquemment commandées par des changements de pression avec des cycles de service intensifs ou des charges mobiles avec une contre-pression qui nécessite un tir / réglage continu. Les applications dynamiques exigent généralement un type de valve proportionnelle plus robuste.

Types de vannes proportionnelles

Il existe cinq méthodes de fonctionnement de base utilisées dans la technologie des vannes proportionnelles.

Vannes piézoélectriques se déformer pour ouvrir ou fermer la vanne lorsque la tension est appliquée. Des opérateurs piézoélectriques sont incorporés lorsqu’une consommation électrique extrêmement faible est nécessaire.

Positionneurs pneumatiques agir en tant que pilotes pour permettre à l’air d’entrer ou de se dégager d’un diaphragme ou d’un cylindre pour ouvrir ou fermer une vanne beaucoup plus grande.

Vannes actionnées par moteur électrique utiliser un simple actionneur linéaire pour ouvrir et fermer la vanne. Les conceptions sont basées sur les besoins spécifiques de l’application et peuvent varier à la fois en dimension et en taille.

Cependant, les vannes les plus populaires sont solénoïdes pilotés par air pulsé et Electro-aimants proportionnels à action directe. Parce qu’ils se situent au milieu de la gamme de capacités et servent la plupart des applications, il est utile de faire des distinctions importantes entre les deux.

Solénoïdes pilotés par air pulsé

Des solénoïdes à air pulsé chargent et déchargent la pression d’air dans une chambre de commande pilote qui déplace une membrane et, à son tour, agit sur un piston pour ouvrir ou fermer la vanne. Cela peut être un processus lent qui dépend des taux de cycle de la vanne pilote. Grâce à l’ajustement progressif de la pression en fonction des temps de cycle de la vanne pilote, le résultat des variations de pression peut devenir trop important pour certaines applications où la précision est critique. Ces vannes offrent également des capacités de réglage minimales pour optimiser leurs performances.

Les vannes à pilotage pneumatique sont conçues et fabriquées intégrant des composants portables, tels que des diaphragmes roulants et des électrovannes pilotes à solénoïde pulsé qui déplacent le piston pour réguler la pression. Ces composants ajoutent de la complexité et augmentent la variabilité des performances d’une vanne à l’autre et peuvent également s’user, entraînant une dégradation des performances et une consommation d’air excessive.

Dans l’ensemble, cela signifie que les vannes à pilotage pneumatique sont moins adaptées à une utilisation avec des applications qui ont des exigences exigeantes et / ou des points de consigne en constante évolution – produisant des taux de cyclage de solénoïdes lourds qui usent rapidement les composants et ils sont généralement moins sensibles aux problèmes de qualité de l’air.

Pour les applications avec un point de consigne statique, cependant, ils sont la meilleure option pour le coût et la consommation d’énergie.

Solénoïdes proportionnels à action directe

Les applications plus dynamiques sont mieux adaptées lors de l’utilisation d’électrovannes à bobine proportionnelle à action directe, qui agissent directement sur les pistons ou les bobines pour ajuster les positions d’ouverture ou de fermeture de la vanne en fonction d’une tension variable à travers la bobine.

Les solénoïdes proportionnels à action directe offrent des avantages que les vannes à pilotage pneumatique n’ont pas. Par exemple, ils s’adaptent à un éventail d’applications beaucoup plus large et offrent une construction plus simple avec moins de pièces mécaniques, des principes de fonctionnement plus simples et des capacités de performance plus fiables. Les vannes à action directe durent plus longtemps dans les opérations dynamiques où les vannes sont actionnées plus souvent. Leur construction robuste réduit le risque de défaillance des composants portables et ils sont généralement moins sensibles aux problèmes de qualité de l’air.

Les autres avantages techniques incluent la possibilité de réduire le dépassement, qui est la tendance d’une vanne à accélérer vers un point de consigne et à la dépasser, pour ensuite avoir à revenir en arrière vers le point de consigne, éventuellement à nouveau en dépassement. Il s’agit d’un phénomène courant dans les systèmes réglés pour des temps de réponse courts. Les oscillations prennent généralement moins de temps à s’installer dans les conceptions de bobine proportionnelle à action directe car la vanne déplace directement le piston en faisant varier le courant vers la bobine.

Les conceptions de bobines proportionnelles à action directe offrent généralement une résolution plus fine du contrôle de la pression. Cela peut être critique dans des applications telles que le polissage, qui nécessite de petites variations de pression pour éviter d’endommager les pièces. Les vannes à action directe font varier avec précision le courant de la bobine pour effectuer des réglages de pression très contrôlés.

Dans l’ensemble, la conception à action directe possède une vitesse, une réactivité et une résolution supérieures, ce qui la rend supérieure aux conceptions pilotées par air pour un certain nombre d’applications (voir le tableau ci-dessous).

Réglage des paramètres numériques

Les soupapes de pression proportionnelles n’offrent généralement qu’une poignée de réglages pour une variété d’applications. Ces paramètres peuvent être ajustés mais nécessitent souvent une série de réglages physiques chronophages en usine. Passer de longues consultations de va-et-vient entre le client et le fabricant pour faire correspondre la vanne à l’application, ou pour essayer d’ajuster un potentiomètre manuel sur le terrain, manque de précision. En conséquence, de nombreux OEM envisagent des électrovannes à action directe dotées d’une technologie de vanne plus récente. Cette technologie propose un logiciel de réglage numérique.

Un logiciel en ligne est disponible pour vérifier et ajuster facilement les paramètres de vos vannes proportionnelles.Un logiciel en ligne est disponible pour vérifier et ajuster facilement les paramètres de vos vannes proportionnelles.

Le logiciel de réglage des paramètres, incorporant un oscilloscope numérique, permet des réglages rapides et faciles. Les avantages comprennent un contrôle de la pression de haute précision, une rationalisation des temps de développement, un ajustement de la vanne pour l’application in situ et une sauvegarde des paramètres et un envoi par e-mail au support technique. Pour les OEM, cela permet de prérégler les paramètres de la vanne en usine, ce qui fournit les meilleures performances du produit pour les applications appropriées. Alors que les applications dynamiques sont les meilleurs candidats pour le réglage de logiciels, les applications avec contrôle de pression ultra stable telles que les systèmes de test de fuite peuvent également bénéficier grandement.

Le logiciel de réglage des paramètres place le contrôle entre les mains des utilisateurs et leur donne la possibilité de modifier presque tous les paramètres, y compris la bande morte, le type de signal analogique et le niveau de coupure. Au début de la phase de prototype de l’assemblage OEM, les ingénieurs de conception peuvent immédiatement voir les effets de leurs modifications.

Par exemple, ils peuvent affiner rapidement et facilement la pression reçue par un cylindre pour obtenir une force spécifique. Si nécessaire, ils peuvent effectuer ces modifications en temps réel par téléphone tout en recevant les conseils d’experts des spécialistes du support technique du fabricant. Ces fonctionnalités augmentent la vitesse de mise sur le marché en permettant à un OEM de modifier la vanne proportionnelle selon les besoins lors des révisions de conception.

Obtenir le bon ajustement

L’analyse des besoins des applications, des problèmes de contrôle et du niveau de numérisation sont tous des éléments clés pour prendre la bonne décision. Une fois qu’un OEM est sur le point de prendre une décision, il discutera avec son fournisseur pour déterminer si lui aussi est la bonne personne.

Valves proportionnelles aux capacités avancées

Actuellement, les conceptions les plus avancées se tournent vers l’Internet des objets industriel (IIoT) pour optimiser les performances et la durée de vie d’une soupape de pression proportionnelle. Les vannes Sentronic d’Aventics peuvent être appliquées à une large gamme d’applications de machines spécialisées, tandis que les services d’ingénierie de l’entreprise peuvent aider à personnaliser les produits ou les collecteurs. Cela garantit un ajustement approprié, une rentabilité et l’inclusion de toutes les fonctionnalités nécessaires à une application.

La vanne de régulation de pression proportionnelle SentronicPlus (série 614) est disponible avec les communications IO-Link intégrées.La vanne de régulation de pression proportionnelle SentronicPlus (série 614) est disponible avec les communications IO-Link intégrées.

La série de vannes Sentronic est disponible en plusieurs versions. Les modèles à action directe et solénoïde Sentronic Plus à action directe et à solénoïde Sentronic LP sont disponibles avec la communication IO-Link. La communication IO-Link prend en charge la future mise en œuvre des applications Industrie 4.0 et IIoT qui contribueront à une fiabilité, une disponibilité et une rentabilité accrues de l’usine. IO-Link est de plus en plus appliqué à une gamme d’applications d’automatisation, fournissant une interface de communication numérique économique pour les capteurs, actionneurs et contrôleurs.

Pour réduire le temps de maintenance et la complexité, le module IO-Link permet aux vannes Sentronic de s’identifier et de se configurer automatiquement lors du remplacement des composants, éliminant ainsi le besoin de configuration via un ordinateur portable. L’ajout de la technologie IO-Link permet de modifier les paramètres de l’appareil directement avec l’automate sans utiliser de logiciel d’acquisition de données.

Emerson Figure4

Le logiciel d'acquisition de données (DaS) peut adapter les paramètres de la vanne proportionnelle à une application spécifique, simplifiant la configuration et l'installation.Le logiciel d’acquisition de données (DaS) peut adapter les paramètres de la vanne proportionnelle à une application spécifique, simplifiant la configuration et l’installation.

Cependant, l’ensemble du portefeuille Sentronic peut être personnalisé pour une grande variété d’applications à l’aide d’un logiciel d’acquisition de données inclus qui permet d’accéder à la boucle de contrôle PID des vannes. Ce logiciel comprend une fonction d’oscilloscope qui représente les performances PID des vannes et les variables PID directement dans l’application, un outil précieux lors de la conception du prototype. Les ingénieurs de conception peuvent obtenir une confirmation visuelle du contrôle de la pression lorsque les conceptions de la machine sont modifiées. En plus des paramètres PID, d’autres variables et fonctionnalités (telles que la bande morte, les rampes personnalisées et les sorties numériques) peuvent toutes être ajustées selon les besoins de l’application.

L'oscilloscope numérique, l'une des fonctionnalités disponibles dans le logiciel d'acquisition de données, permet de visualiser les performances de la vanne et de comprendre les impacts potentiels dans l'application.L’oscilloscope numérique, l’une des fonctionnalités disponibles dans le logiciel d’acquisition de données, permet de visualiser les performances de la vanne et de comprendre les impacts potentiels dans l’application.

La série de vannes Sentronic d’Aventics peut être configurée pour une commande à double boucle (en cascade), ce qui signifie que plusieurs composants de rétroaction peuvent être incorporés. Chaque boucle de rétroaction serait impliquée dans la surveillance d’une variable différente, comme la pression, le débit, la force, la vitesse ou la température. Le seul composant supplémentaire nécessaire serait le capteur qui fournit la rétroaction.

Tom Voth est directeur du marketing produit, Sécurité des machines pneumatiques et vannes proportionnelles électroniques, Emerson Automation Solutions.

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