Proportionaali pneumatiikka

Mitä on pneumatiikka ja proportionaali ohjaus?

Ilman välityksellä tapahtuva tehonsiirto eli pneumatiikka on tärkeä osa nykyaikaista koneautomaatiota. Ilman tätä tehonsiirron muotoa ei nykyaikaiset vaatimukset täyttäviä koneita, laitteita, tuotantolinjoja ja tehtaita pystyttäisi toteuttamaan. Paineilmalla käytetään usein työkalua tai toimilaitetta, mutta pelkästään sen paineistettua olomuotoa tai virtausnopeutta voidaan käyttää hyväksi esimerkiksi alipainetekniikassa. Paineilman käyttö soveltuu parhaiten laitteisiin joiden liikerata tapahtuu äärilaidasta toiseen. Pneumatiikan teoriassa keskitytään muun muassa paineeseen ja virtauksiin putkistoissa, laitteissa ja venttiileissä.

Proportionaali ohjaus puolestaan tarkoittaa että prosessiin syötettävä data on suoraan suhteessa syntyvään tai ulostulevaan tuotokseen. Prosessiin panos on linkitetty siihen mitä prosessista muodostuu. Prosessin panokseen kuuluu sekä tietty tavoitearvo että prosessin reaaliaikainen mittaaminen kohti tavoitearvoa. Tavoitearvo on prosessin haluttu lopputulos mikä puolestaan voi olla tietty paikka, paine tai voimataso. Proportionaalisessa ohjauksessa prosessin tulos voi olla mikä tahansa arvo tietyllä rajatulla välillä tarkoittaen, että ulostulevaa ilmaa voidaan säätää haluttuun asemaan koko liikealueella. Esimerkiksi sylinteri voidaan asemoida mihin paikkaan tahansa välillä täysin kiinni ja täysin auki. Toinen hyvä esimerkki on painetankin paineistuksen säätäminen. Painetankin painetta voidaan säätää mille tahansa välillä tyhjiö tai täysin paineistettu. Proportionaalinen ohjaus on kustannustehokas tapa luoda systeemeitä jotka ovat äärimmäisen joustavia ja dynaamisia. Tämä tarkoittaa myös että proportionaali ohjausta on helppo muokata ja yksinkertainen käyttää.

Ensimmäiset prosessin ohjausjärjestelmät olivat pneumaattisia, joissa käytettiin proportionaalista pneumaattista signaalia. Signaalia käytettiin prosessin muuttujien ja ohjausventtiilin kommunikointiin. Jatkuva proportionaalinen ohjaus vastustaa päällä/pois -päältä tapahtuvaa ohjausmallia. Kotitalouksissa käytetään esimerkiksi proportionaalista ohjausta termostaateissa ja vesihanoissa. Proportionaalista ohjausta käytetään myös auton vakionopeudensäätimessä, joka seuraa auton kiihtyvyyttä, jotta auto säilyttää säädetyn nopeuden. Proportionaalinen ohjaus mahdollistaa jatkuvan tarkan ja määritellyn ohjauksen määrätyllä alueella ennemmin kuin että, tarvitsisi etsiä ja arvailla tarkkaa paikkaa, kuten päällä/pois -päältä ohjauksessa.

PID ohjaus

Proportionaalinen verrannollinen integroituva (proportional-integral-derivative, PID) ohjaus on kiertävä palautejärjestelmä jota käytetään teollisuuden kontrollijärjestelmänä. PID ohjaus on yleisimmin käytössä säätöpiirien ohjauksessa ja kontrollissa. Kontrollijärjestelmän tavoitteena on minimoida virhearvoja mitatun prosessin ja halutun tavoitearvon välillä muuttamalla prosessin panoksia. Parhaimman käsityksen prosessin toiminnasta saa kun käyttää PID:tä osana prosessia. PID suunnittelu on tekninen, mutta silti yksinkertainen prosessi.

Proportionaaliventtiilit

Proportionaaliventtiilit toimivat:

-         suuntaventtiileinä

-         paineventtiileinä

-         virtaventtiileinä

Proportionaaliventtiilien ohjaustapa poikkeaa kuitenkin merkittävästi muista venttiileistä, sillä niissä voidaan käyttää jatkuvaa portaatonta ohjausta. Kun venttiilejä voidaan ohjata portaattomasti, myös toimilaitteiden asemaa, nopeutta sekä voimaa tai momenttia voidaan ohjata portaattomasti.

Proportionaaliventtiilit voivat olla täysin kiinni, täysin auki tai missä tahansa näiden välillä. Venttiileitä voidaan ohjata manuaalisesti tai automaattisesti.

Manuaalisesti ohjattavia venttiileitä ovat esimerkiksi hanat. Manuaalisesti ohjattavaa hanaa joudutaan kääntämään useampaan kertaan. Kauko-ohjattua tai automaattista proportionaaliventtiiliä voidaan muokata siten, että siihen liitetään moottori joka mahdollistaa ja ohjaa venttiilin aukeamisen ja sulkeutumisen. Moottoreina käytetään ruuvimekanismia, kameraa tai hydrauliikkaa. Teollisuudenprosesseissa voidaan käyttää askelmoottoreita tai servomoottoreita hallitsemaan pieniä venttiileitä. Moni teollisuuden venttiili käyttää lineaarista paineilmaventtiilimoottoria tai muuntajaa joka muuttaa elektroniikan pneumaattiseksi.

Solenoidiventtiilit

Solenoidiventtiilit ovat elektro-pneumaattisia. Solenoidiin syötetään sähkötietoa ja solenoidi muuttaa tiedon pneumaattiseksi. Solenoidiventtiilit toimivat elektronisen ohjauksen ja pneumaattisen voiman välikappaleena.

Solenoidiventtiileiden malleja ovat:

-         suoratoiminen

-         esiohjattu

-         proportionaalinen

Kuvia

Kuva 1. Proportionaali virtauksensäätöventtiili

Kuva 2. Suuntaproportionaaliventtiili

Kuva 3. Solenoidiventtiili