Proč průmyslové stroje používají místo elektriky pneumatické?

Proč průmyslové stroje používají pneumatiku místo elektriky?

 

Pneumatická řešení mají oproti elektrickým speciální výhody, pokud jde o hustotu výkonu, spolehlivost, hygienu, odolnost proti výbuchu a odolnost proti vlhkosti. V některých specifických průmyslových situacích budou pneumatická řešení levnější, spolehlivější nebo bezpečnější než elektrická.

 

Pokud se však odstraní výše uvedené speciální požadavky, jako je velikost a hmotnost, odolnost proti hrubému používání, nevýbušnost a odolnost proti vlhkosti, bude elektrický pohon výhodnější v obecných průmyslových scénářích:

 

① Ovládání je velmi pohodlné (plyn je stlačitelný, pneumatický je příliš měkký a obtížně se ovládá; hydraulický tlak je v pořádku);

 

② Dráty jsou pohodlnější a úspornější než trubky a není třeba uvažovat o těsnění;

 

③ Řídicí systém je obecně jednodušší a má výhody z hlediska nákladů. Například vícekanálové elektricky poháněné spínací akční členy mohou být přímo řízeny PLC, zatímco pneumatická energie musí nejprve použít PLC k ovládání více elektromagnetických ventilů (tj. ventilových ostrovů) a poté elektromagnetické ventily ovládají akční členy, čímž vznikne jeden další. úroveň kontroly. Systém je složitý a nákladný.

 

 

 

V mnoha průmyslových projektech, na kterých jsem se podílel, jsou výhody pneumatiky následující:

 

1. Vysoká hustota výkonu, lehký a kompaktní.

 

Při stejné hmotnosti a velikosti systému je výkon, který mohou pneumatické a hydraulické systémy přenášet, obecně větší než výkon elektrických systémů. Je to hlavně proto, že kapalinové pohony, jako jsou válce a hydraulické válce, mají jednoduchou konstrukci a většinou zatížení s přímým pohonem. Motory stejného výkonu však mají velké množství magnetů a měděných drátů a je třeba počítat s odvodem tepla. Obecně musí být mezi motorem a zátěží dodatečný prostor. Objem a hmotnost reduktoru jsou obecně větší než pohon plyn-kapalina o stejném výkonu.

 

2. Jednoduché, spolehlivé a odolné.

 

Hlavní důvod je uveden v 1. Obecně je převodový mechanismus pneumatických systémů jednodušší než u elektrických systémů. Kromě toho, že je kompaktní a lehký, jak je uvedeno v bodě 1, přináší také další výhodu: méně potenciálních poruchových bodů a vyšší spolehlivost systému.

 

Kromě toho má přenos kapalin také vrozenou dovednost: ochranu proti přetížení. Pneumatické nástroje obecně nástroje nepoškodí, ale elektrické šroubováky a elektrické vrtačky spálí motor, pokud jsou delší dobu zablokovány; pneumatická a hydraulická ovládací zařízení jsou také velmi odolná proti mechanickým nárazům, jako je náhlá náhlá brzda. Nebo pokud do něčeho narazíte, ovládací systém je zřídka poškozen, ale elektrický pohonný systém poháněný motorem a reduktorem velmi pravděpodobně poškodí ozubená kola.

 

Funkce ochrany proti přetížení systému přenosu kapaliny vychází ze dvou aspektů: 1. Kapalina je přirozeně pružná a elastická a systém má přirozené tlumicí schopnosti; 2. Kapalinový okruh je obecně navržen s komponentami na ochranu kapalin, jako jsou přetlakové ventily, které automaticky přijmou ochrannou akci, aby automaticky upnuly ​​maximální výkon systému.

 

Vrozená schopnost ochrany proti přetížení dále zlepšuje spolehlivost systému. To je hlavní důvod, proč jsou pneumatická a hydraulická zařízení obecně pevnější a odolnější než elektrická zařízení.

 

 

 

 

3. Zdraví je především v oblasti potravinářství a medicíny.

 

Motory obecně nesplňují zdravotní a bezpečnostní požadavky na potravinářské a farmaceutické výrobky: různé izolační barvy, lepidla a slitiny vzácných zemin. Nechybí ani různá podpůrná elektrická zařízení, vodiče, elektronické ovladače, konektory; podpora mechanických převodových zařízení, reduktorů a převodových součástí. Kromě různých materiálů používaných v elektrických spotřebičích, které zapáchají jedovatě, nesplňují normy bezpečnosti potravin a léků ani různá mazací tuky, těsnění a lepidla používaná ve strojních zařízeních.

 

Kvůli omezením materiálové vědy je pro stávající elektromechanické systémy ze své podstaty obtížné dosáhnout bezpečnosti potravin nebo dokonce farmaceutické kvality, pokud mají splňovat požadavky na výkon: Toxické materiály je obtížné obejít. Pokud to musíte udělat, můžete se spolehnout pouze na utěsnění: utěsněte všechna zařízení, která nemohou být vyrobena z bezpečných materiálů, a na nechráněné části použijte materiály vhodné pro potraviny a léky.

 

Tento typ výrobních linek však běží nepřetržitě a řada výrobních linek běží nepřetržitě i 24 hodin. Vydrží tato těsnění tak intenzivní používání a zároveň splňují bezpečnost potravin a léčiv? Například hřídelová ucpávka motoru s desítkami tisíc otáček musí mít nejen dobrý výkon, být vysoce spolehlivá a musí vydržet nepřetržitý provoz 24x7, ale materiály použité v celém systému těsnění musí být také potravinářské a drogový stupeň. Je velmi obtížné splnit požadavky na kvalitu potravin a léčiv, a i když toho lze dosáhnout, je to stále velmi drahé.

 

Pneumatické strojeobecně používá nerezovou ocel nebo hliníkovou slitinu, několik těsnících kroužků a několik plastových trubek. Nevyžaduje se mnoho druhů materiálů a neberou se v úvahu elektrické požadavky, jako je izolace a magnetismus. Mechanické požadavky na těsnění v důsledku přerušovaného působení nejsou tak velké. Je to drsné, pokud jde o materiály, a pro celý systém je snazší splnit požadavky na bezpečnost a ochranu zdraví pro potraviny a léčiva. V současnosti je to nejvyspělejší řešení.

 

Navíc se nespálí přetížením, což také eliminuje obrovské zdravotní a bezpečnostní riziko. Samotný materiál splňuje zdravotní a bezpečnostní normy. I když se něco rozbije, do výrobku spadne struska nebo unikne plyn, je velká pravděpodobnost, že kvůli kontaminaci nedojde k nehodám s kvalitou a bezpečností. Tomu se říká jiskrová bezpečnost. Proto je snazší a levnější dosáhnout bezpečnosti potravinářské a farmaceutické kvality s pneumatickými systémy než s elektrickými systémy, takže pneumatické komponenty jsou široce používány ve výrobních linkách těchto dvou průmyslových odvětví.

 

 

4. Explozi odolné.

 

Mnoho elektrických zařízení má teoreticky možnost jiskření během používání, jako je zapojování, odpojování a povolování konektorů, různé cívky budou generovat protielektromotorickou sílu a kondenzátory na deskách plošných spojů mohou náhle explodovat. Bylo by velmi nebezpečné, kdyby k požáru došlo v hořlavém a výbušném prostředí, jako je ropná rafinérie nebo uhelný důl. Elektrická zařízení používaná při takových příležitostech mají proto technickou úroveň zvanou „úroveň ochrany proti výbuchu“. Elektrické zařízení, které splňuje požadavky této úrovně, musí být speciálně navrženo tak, aby bylo zajištěno, že každý elektrický článek nebude jiskřit, nebo aby bylo zajištěno, že i když je utěsněno a izolováno, zapalování je také izolováno od výbušného prostředí. K vytvoření těchto návrhů a absolvování těchto úrovní zkušební certifikace je zapotřebí mnoho pracovních sil a materiálních zdrojů. Elektrická zařízení s úrovní ochrany proti výbuchu jsou proto obecně mnohem dražší než běžná elektrická zařízení se stejnými specifikacemi a mohou být dokonce několikanásobně horší.

 

Dokud je plyn v pneumatickém zařízení řádně vyčištěn, hořlavý plyn se nemíchá a nedochází k přímé srážce kovů, neexistuje v podstatě žádná možnost jisker. Totéž platí pro hydraulické zařízení. Proto v situacích s požadavky na ochranu proti výbuchu, použití plynu nebo hydraulického tlaku jako pohonu a umístění čerpadel, solenoidových ventilů a dalšího elektrického vybavení, které pohání pohony, do vzdálené čerpací místnosti izolované od výbušného prostředí, může zabránit použití drahého výbuchu. -odolné vybavení. elektrické zařízení, čímž se dosáhne cíle snížení systémových nákladů.

 

A co víc, pro některé speciální aplikace na míru nemusí být hotové elektrické zařízení v nevýbušném provedení dostupné. V tomto případě může být pohon plyn-kapalina jedinou možností.

 

 

5. Vodotěsné a odolné proti vlhkosti.

 

Elektrická zařízení používaná v prostředí průmyslové automatizace jsou obecně neoddělitelná od nízkonapěťového stejnosměrného proudu. Jako je řízení solenoidových ventilů, řízení relé, řízení malých motorů, nemluvě o samotném mikrokontroléru. U stejnosměrné elektřiny je však velký problém: je náchylná k elektrochemické korozi.

 

Stejnosměrné obvody vystavené vlhkému prostředí jsou k této situaci náchylné: vlhkost kondenzuje na vodičích a vytváří místní roztoky a vodiče tvoří elektrochemickou korozi poháněnou stejnosměrným napětím. Například, ačkoliv je hnací proud na solenoidovém ventilu PWM vlna, pokud jej filtrujete dolní propustí, zjistíte, že má velkou stejnosměrnou složku. V oblasti průmyslového řízení kromě silového obvodu není na jiných obvodech mnoho striktních stejnosměrných proudů. Většina z nich jsou signály tvaru vlny, jako je PWM. Tyto průběhy, zejména průběhy silového obvodu, však obsahují velkou stejnosměrnou složku, takže budou ovlivněny vlhkostí. V prostředí dochází k elektrochemické korozi. Nejpravděpodobnějším místem výskytu tohoto typu elektrochemické koroze jsou různé spoje vodičů. Při zapojování stejnosměrných obvodů by se proto mělo co nejvíce používat svařování. Přímé omotávání kovových drátů dohromady je velmi nespolehlivé. Buď po pár dnech zreziví a rozbije se, nebo po chvíli způsobí špatný kontakt. Naopak čistý střídavý obvod má silnou odolnost proti korozi.

 

Pneumatická a hydraulická zařízení tento problém samozřejmě nemají. V zásadě je přirozeně odolný proti vlhkosti:

 

① Není nabitý, neexistuje žádný problém s elektrochemickou korozí elektrického pohonu a není třeba brát v úvahu vodivost. Všechny kovové materiály mohou být nerezové nebo hliníkové slitiny odolné proti korozi;

 

② Vnitřní prostředí je naplněno pracovním médiem (stlačeným vzduchem, hydraulickým olejem) a je pod přetlakem a okruh pracovní kapaliny je propojen se sušícím a odvlhčovacím zařízením (jako je sušička), takže interiér domu nebude být ovlivněn vlhkostí z vnějšího prostředí. Ovlivnil. Proto je mnoho ovládacích mechanismů automatických mycích linek hydraulických, protože voda je všude. Potravinářský průmysl je podobný, ale aby nedocházelo ke kontaminaci způsobené hydraulickými médii, používá se pneumatika.

 

Neznamená to, že by z elektrického zařízení nebylo možné vyrobit zařízení odolné proti vlhkosti, ale za utěsnění se platí: vodotěsné zařízení je rozhodně mnohem dražší než zařízení, které není vodotěsné. Ve spojení s výše uvedenými výhodami (jako je hygiena) může být pneumatika nákladově výhodná ve specifických aplikačních scénářích (jako jsou některé dílny na zpracování potravin s vysokou vlhkostí).

 

Elektronické ovládání je zkrátka hlavním trendem. Řešení na trhu jsou bohatá a vyspělá a v budoucnu se stanou vyspělejšími a levnějšími. Pneumatický systém má komparativní výhody pouze v některých případech se zvláštními požadavky. Proto, dokud neexistují žádné zvláštní požadavky, jako je hygiena potravin, odolnost proti nárazu, nevýbušnost a odolnost proti vlhkosti, měl by být elektrický systém stále upřednostňován při navrhování systému.