Привод — один из важных компонентов системы автоматического управления. По сигналу от контроллера он регулирует величину управляемого объекта, чтобы регулируемая величина достигла или поддерживалась на заданном значении или в заданном диапазоне. Иными словами, контроллер отвечает за «оценку», а привод — за «действие»: как бы ни была хороша стратегия управления, в конечном счёте она реализуется на арматуре через привод.
По виду энергии приводы делятся на пневматические, гидравлические и электрические. Ни один из трёх не является безусловно лучшим — важно лишь, подходит ли он условиям эксплуатации. В этой статье разобраны особенности, ограничения и области применения трёх типов, а также приведён порядок выбора.
1. Сначала определим: какую роль привод играет в системе
Привод принимает сигнал управления и выдаёт линейное перемещение или угловое перемещение, чтобы приводить в действие управляемые объекты, такие как арматура и заслонки. Пригодность привода оценивают в основном по четырём пунктам: достаточно ли выходное усилие (момент), быстра ли реакция срабатывания, стабильна ли длительная работа, удобны ли обслуживание и запасные части.
При разной форме энергии ответы на эти четыре пункта разные — в этом и состоит коренная причина того, «почему на одном трубопроводе часть арматуры пневматическая, а часть электрическая».
2. Пневматический привод: простая конструкция, надёжная работа, пожаробезопасность и взрывозащита
Пневматический привод использует сжатый воздух в качестве источника энергии и обладает преимуществами простой конструкции, надёжной и плавной работы, большого выходного усилия, удобного обслуживания, пожаробезопасности и взрывозащиты, поэтому широко применяется в производственных процессах, таких как химия, целлюлозно-бумажная промышленность, нефтепереработка.
У него есть и два легко упускаемых преимущества:
-
Может применяться вместе с пассивными приборами, напрямую комплектоваться в традиционных пневматических приборных системах без дополнительной доработки.
-
Даже при использовании электрических приборов или компьютерного управления можно продолжать применять пневматические приводы — через электропневматический преобразователь или электропневматический позиционер электрический сигнал преобразуется в стандартный пневматический сигнал 20–100kPa, и пневматическим приводом по-прежнему можно управлять. То есть «компьютерное управление» и «пневматический привод» не противоречат друг другу: достаточно поставить между ними преобразователь.
Ограничения: необходим надёжный источник сжатого воздуха; при наличии в воздухе воды, масла и примесей частота отказов заметно возрастает; трубопроводы и арматура (фильтр, редукционный клапан, электромагнитный клапан) требуют сопутствующих вложений.
3. Электрический привод: удобное энергоснабжение, быстрая передача сигнала
Отличительное преимущество электрического привода — удобное энергоснабжение: достаточно наличия электричества на месте, не нужно прокладывать пневматические трубопроводы; вместе с тем сигнал передаётся быстро, соединение с системой управления прямое, что удобно для дистанционного, точного управления и сбора данных о процессе.
Ограничения: сложная конструкция и плохая взрывозащита. Сложная конструкция означает множество электрических и механических компонентов, увеличение числа точек отказов и сложности обслуживания; плохая взрывозащита ограничивает её применение во взрывоопасных зонах — в таких местах приходится выбирать взрывозащищённое изделие или переходить на пневматическое решение. Кроме того, быстродействие электрического привода ограничено двигателем и редуктором, и оно не обязательно выигрышно в условиях, требующих частых и быстрых срабатываний.
4. Гидравлический привод: большое выходное усилие, но редко применяется на производстве
Гидравлический привод применяется редко в производственных процессах, таких как химия и нефтепереработка; его особенность — большое выходное усилие. В качестве рабочей среды используется гидравлическое масло, передача плавная, жёсткость высокая, и он выигрышен только в особых случаях, требующих очень большой тяги.
Ограничения: требуется гидростанция и масляные линии, система сложна и занимает место; существует риск утечки масла, а в высокотемпературных условиях нужно учитывать и контроль температуры масла; обслуживание предъявляет высокие требования к чистоте масла. Поэтому в обычном управлении процессами его, как правило, не выбирают.
5. Три типа приводов на одном взгляде
| Тип | Энергия | Основные преимущества | Основные ограничения | Типичные области применения |
|---|---|---|---|---|
| Пневматический | Сжатый воздух | Простая конструкция, надёжная и плавная работа, большое выходное усилие, удобное обслуживание, пожаробезопасность и взрывозащита | Нужен надёжный источник воздуха; при несоответствующем качестве воздуха частота отказов растёт | Управление процессами в химии, целлюлозно-бумажной и нефтеперерабатывающей промышленности, взрывоопасные зоны |
| Электрический | Электропитание | Удобное энергоснабжение, быстрая передача сигнала, удобство дистанционного точного управления | Сложная конструкция, плохая взрывозащита | Места с электропитанием и невысокими требованиями к взрывозащите |
| Гидравлический | Гидравлическое масло | Большое выходное усилие, плавная передача, высокая жёсткость | Нужны гидростанция и масляные линии, сложная система, риск утечек | Особые случаи с большой тягой; в химии и нефтепереработке применяется редко |
6. Как выбрать: подбор по 4 критериям
Первый критерий: требования к взрывозащите и безопасности. Во взрывоопасных зонах приоритет — пневматическому (пожаробезопасность и взрывозащита); электрический требует взрывозащищённого исполнения, что повышает и стоимость, и требования к обслуживанию.
Второй критерий: потребность в выходном усилии (моменте). При обычной потребности в моменте подойдут и пневматический, и электрический; гидравлический рассматривают только при необходимости очень большой тяги.
Третий критерий: способ сигнала управления. Если система построена на электрических приборах или компьютерном управлении, а хочется использовать пневматический привод, его комплектуют электропневматическим преобразователем или электропневматическим позиционером, преобразуя электрический сигнал в стандартный пневматический сигнал 20–100kPa; в противном случае выбирают привод, соответствующий типу сигнала системы.
Четвёртый критерий: местные условия и возможности обслуживания. Где есть стабильный источник воздуха и персонал, знакомый с пневматикой, пневматический привод наиболее беспроблемен; где есть только электропитание, хочется меньше трубопроводов и нужна быстрая передача сигнала — выбирают электрический; если нет ни того, ни другого, не стоит переходить на гидравлику только ради «большого выходного усилия».
7. 5 распространённых ошибок
Ошибка первая: считать, что электрический непременно прогрессивнее пневматического. Во взрывоопасных зонах на первом месте взрывозащита, и пневматический часто более уместен. Правильно: сначала смотреть на условия эксплуатации, потом говорить о типе.
Ошибка вторая: смотреть только на сам привод, а не на комплектацию. Выбрали пневматический, но пренебрегли качеством воздуха и блоком подготовки воздуха — частота отказов всё равно высока. Правильно: учитывать осушку, фильтрацию и редуцирование воздуха вместе.
Ошибка третья: при компьютерном управлении якобы обязательно переходить на электрический привод. На самом деле, добавив электропневматический преобразователь или электропневматический позиционер, пневматическим приводом тоже можно управлять с компьютера. Правильно: по возможности сохранять существующий привод, снижая затраты на модернизацию.
Ошибка четвёртая: при необходимости большой тяги выбирать гидравлику. В химии и нефтепереработке гидравлический привод применяется редко, и в большинстве условий выходного усилия пневматического уже достаточно. Правильно: считать по фактической потребности в моменте, не завышая типоразмер.
Ошибка пятая: считать, что запасные части и методы обслуживания у всех трёх типов одинаковы. Быстроизнашивающиеся детали и навыки обслуживания у трёх типов совершенно разные. Правильно: при подборе одновременно учитывать поставку запасных частей и возможности обслуживания.
8. Итог по трём типам приводов
Пневматический привод использует в качестве источника энергии сжатый воздух и обладает простой конструкцией, надёжной и плавной работой, большим выходным усилием, удобным обслуживанием, пожаробезопасностью и взрывозащитой; широко применяется в химии, целлюлозно-бумажной и нефтеперерабатывающей промышленности, может работать с пассивными приборами, а также принимать стандартный пневматический сигнал 20–100kPa через электропневматический преобразователь или позиционер. Электрический привод отличается удобным энергоснабжением и быстрой передачей сигнала, но сложной конструкцией и плохой взрывозащитой. Гидравлический привод обладает большим выходным усилием и применяется в производственных процессах, таких как химия и нефтепереработка, редко.
Порядок выбора можно запомнить одной фразой: сначала взрывозащита и безопасность, затем потребность в моменте, потом соответствие способу сигнала, и наконец сравнение местных условий и возможностей обслуживания.
Заключение
Три типа приводов соответствуют трём видам энергии и трём границам применения: пневматический выигрывает в надёжности и взрывозащите, электрический — в удобстве и передаче сигнала, гидравлический — в выходном усилии. Если ставить потребности условий эксплуатации впереди, а бренд и цену позади, выбранный привод окажется и удобным в работе, и простым в обслуживании. Если вам нужны рекомендации по подбору пневматического привода или решения по электропневматическому преобразованию и позиционерам, обращайтесь к нашей сервисной команде.
Zhejiang Huaershi Auto-control Instrument Valve Co., Ltd.
С 1989 года · Более 30 лет занимаемся пневматическими приводами и пневматической арматурой
Сайт: