Actuadores en sistemas de automatización de fundición
Los actuadores en los sistemas de control de procesos automáticos están diseñados para afectar directamente el objeto controlado o sus controles.
Requisitos
Las unidades deben cumplir con los siguientes requisitos:
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tener características estáticas tan lineales como sea posible;
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tener poder suficiente para poner en movimiento el objeto de control o sus órganos en todos los modos de operación;
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tener el desempeño requerido;
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asegurar la regulación más sencilla y económica del valor de la producción;
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tener poca potencia de dirección.
Características al trabajar en fundiciones
Los sistemas de automatización para procesos de fundición se caracterizan por la presencia de dos modos de control: remoto y automático.
Para unidades en sistemas de control remoto, los principales indicadores son la energía, además, se requieren características operativas, estructurales y económicas.
Para accionamientos en sistemas de control automático, lo más importante son sus propiedades estáticas y dinámicas, que afectan la estabilidad y calidad de la regulación. Estas características de la elección de actuadores en sistemas de automatización para procesos de fundición deben ser tenidas en cuenta en su diseño.
Los principales parámetros energéticos de los accionamientos (control remoto) son el par nominal (la fuerza desarrollada en el control nominal) y el par de arranque (la fuerza desarrollada en el momento del encendido bajo la acción de la señal de control nominal).
La relación entre el par de arranque y el momento de inercia reducido del accionamiento determina su inercia, es decir, el tiempo desde el inicio del movimiento hasta la velocidad nominal de movimiento del elemento de salida en estado estable. Para reducir el tiempo de aceleración, el par de arranque no debe exceder de 2 a 2,5 del par nominal.
En los sistemas de control posicional donde la acción de control tiene dos puntos de ajuste, los actuadores deben brindar la capacidad de cambiar la acción de control desde el valor máximo.
En sistemas con reguladores de velocidad constante, la acción de control sobre el objeto está determinada por el tiempo de movimiento del cuerpo regulador, cuya velocidad de permutación depende de los datos técnicos de los actuadores.
En los sistemas de control proporcional, la acción de control sobre el objeto es proporcional a la desviación del parámetro del valor establecido, y el factor de proporcionalidad depende del diseño del actuador, los dispositivos de frenado y después de viaje tras viaje.
En varios sistemas de control automático para procesos de fundición, los actuadores están cubiertos por retroalimentación sobre la posición del regulador. Se realiza una evaluación avanzada de las propiedades estáticas y dinámicas de los accionamientos considerando su precisión y velocidad.
Al diseñar actuadores, es necesario establecer la velocidad de movimiento de su dispositivo de salida a la carga nominal y una señal de control correspondiente a la velocidad nominal de movimiento del dispositivo de salida.
En los sistemas de automatización de fundición se utiliza una amplia variedad de actuadores. Por diseño, se dividen en electromecánicos, electromagnéticos, hidráulicos, neumáticos y combinados.
Accionamientos electromecánicos
Los accionamientos electromecánicos se utilizan para controlar varios cuerpos de trabajo de parada y regulación de los sistemas de automatización. Los kits pueden incluir un motor eléctrico, caja de cambios, interruptores de límite, embrague limitador de par y sensor de retroalimentación.
Los accionamientos electromecánicos incluyen dispositivos para girar baldes para el vertido automático, apertura y cierre de tolvas para dosificadores de pesaje en sistemas de mezcla y mezclado, fundiciones de carga, etc.
En estos procesos de fundición, los accionamientos electromecánicos proporcionan:
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arranque remoto o automático del accionamiento eléctrico utilizando los botones de arranque "Cerrar" y "Abrir";
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detener el accionamiento eléctrico en cualquier posición intermedia mediante botones o contactos de finales de carrera;
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apagado de emergencia en caso de sobrecargas críticas;
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señalización luminosa a distancia de las posiciones finales del cuerpo de trabajo (elevador, fondo de la tolva, cuchara de colada, etc.);
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bloqueo eléctrico por otros mecanismos.
Accionamientos electromagnéticos
Los accionamientos electromagnéticos son una combinación de un electroimán con un dispositivo mecánico movido por él. Imparten movimiento de avance al impulso del órgano controlado.
Los actuadores electromagnéticos se utilizan para controlar válvulas, compuertas, válvulas y carretes en sistemas de automatización para regular el suministro de chorros de cúpula, calefacción, suministro de oxígeno en el proceso de fabricación de acero, en sistemas que utilizan dispositivos electrohidráulicos o electroneumáticos, en el que el solenoide mueve la válvula de control, etc.
La desventaja de las electroválvulas y las válvulas es que, con una conmutación casi instantánea, pueden producirse golpes de ariete.
Accionamientos hidráulicos
Los actuadores hidráulicos se utilizan ampliamente en líneas y sistemas de fundición automática debido al hecho de que permiten acciones significativas a corto plazo de 5 a 7 veces las sobrecargas, tienen grandes momentos de salida (fuerzas) en tamaños pequeños y pueden proporcionar aceleraciones angulares superiores a 20 000 rad. / s.
Los accionamientos hidráulicos de pistón más utilizados, donde se utilizan como fluido de trabajo aceites de petróleo, fluidos sintéticos, mezcla de alcohol y glicerina, etc.
En los sistemas de fundición, los accionamientos de pistón más utilizados son de acción simple y doble.
Las desventajas de los accionamientos hidráulicos incluyen su gran masa, un consumo de energía significativo para el control y dificultades para eliminar accidentes.
Para corregir algunas de las principales deficiencias, la selección del método y la ley de frenado y el cálculo de los parámetros de diseño de los dispositivos de frenado de los cilindros hidráulicos utilizados en la fundición son de particular importancia.
La elección de ciertos cilindros hidráulicos y dispositivos de freno está determinada por la forma en que funcionan. A bajas velocidades, está permitido utilizar cilindros hidráulicos de accionamiento sin dispositivos de frenado con frenado de las partes móviles de estructuras o equipos contra el limitador. Cuando la velocidad de trabajo aumenta a 80 mm/s, es necesario utilizar dispositivos de frenado.
Accionamientos neumáticos
Accionamientos neumáticos construcción de la misma manera que hidráulica. Sus diferencias radican en las propiedades del medio de trabajo (gas y líquido).La compresibilidad del gas tiene un efecto negativo en el funcionamiento del sistema, especialmente bajo cargas y aceleraciones significativas.
Los accionamientos neumáticos se dividen en pistón y diafragma. Los actuadores de pistón neumáticos son comunes en la fundición debido a su simplicidad y bajo costo.
Al mismo tiempo, el ambiente agresivo en los procesos de fundición obliga a los diseñadores a desarrollar cilindros neumáticos especiales para máquinas de fundición automáticas. Estos cilindros neumáticos se fabrican con un diseño cerrado en el que sus vástagos no entran en contacto con el medio ambiente.
Utilizan cilindros unidireccionales conectados por una sola cremallera a un engranaje en el eje de salida. La manivela convierte la rotación del eje en movimiento lineal y, aunque la doble conversión da como resultado una pérdida de potencia, estos mecanismos son duraderos.
Actuadores combinados
Los nuevos dispositivos de Festo le permiten resolver tareas con simples movimientos motorizados e intercambiar datos de forma inteligente desde un controlador a un PLC a través de IO-Link. Esta serie de accionamientos eléctricos combina la simplicidad de la neumática con las ventajas de la automatización eléctrica.
Los accionamientos eléctricos de la serie Simplified Motion son soluciones de movimiento con motorización y control integrados para tareas sencillas. Le permiten operar y poner en marcha sin software, según el principio "plug and play".
Los parámetros para la velocidad de avance y retorno, la fuerza de accionamiento, el ajuste de la posición final, la amortiguación y el control manual se pueden configurar directamente en el accionamiento mediante botones físicos.
Elección
Al elegir actuadores para sistemas de automatización de fundición, tenga en cuenta su velocidad, eficiencia y funcionamiento silencioso. Cada una de estas métricas, en un grado u otro, puede ser importante para resolver un problema de automatización en particular.
Sin embargo, hay un criterio principal que debe preferirse en el diseño o la selección de cualquier actuador: la alta confiabilidad.
En este sentido, se recomienda utilizar más ampliamente, siempre que sea posible, accionamientos electromagnéticos y electromecánicos con esquemas cinemáticos simples.
En los casos en que se utilicen accionamientos hidráulicos o neumáticos, se debe prestar atención a la fiabilidad de los dispositivos de sellado ya la reducción de la masa de las partes móviles.
Ver también: Medios técnicos de medida y control en fundición.