KEM Konstruktion 10.2019

FLUIDTECHNIK PNEUMATIK

FLUIDTECHNIK PNEUMATIK Servopneumatischer Baukasten von Camozzi Master und Slave regeln alles Der Open Frame Controller namens Modular Proportional Regulator von Camozzi bietet aufgrund seiner proportional pneumatischen Regelung interessante Lösungsmöglichkeiten für eine Vielzahl von Industrie-4.0-Anwendungen. Der servopneumatische Baukasten ist eine Plattform zur Regelung des Drucks, Volumenstroms und der Position im geschlossenen Regelkreis. Hansgeorg Kolvenbach, Head of Application Center, Camozzi Automation GmbH, Aachen Durch den neuen Modular Proportional Regulator wird die Steuerung komplexer Anwendungen wie das Mischen von mehreren Gasen oder die Steuerung verschiedener Drücke an mehreren Punkten der Maschine einfacher Bild: Camozzi Die Pneumatik mit der ihr eigenen Komplexität aufgrund der Kompressibilität des Mediums wird häufig noch als rein schaltende Technologie angesehen, obwohl mittlerweile leistungsfähige und sehr präzise proportionalpneumatische Komponenten preisgünstig verfügbar sind. Daher bieten sich mittels proportionalpneumatischer Regelungen interessante Lösungsmöglichkeiten für eine Vielzahl von Anwendungsfeldern, beginnend in der klassischen Industrieautomation bis hin zu hochpräzisen medizinischen Geräten. Alle diese Anwendungen lassen sich auf die Regelung einer von drei Grundgrößen zurückführen: Druck-, Volumenstrom- oder Positionsregelung. Die unterschiedlichen Zielgrößen verlangen unterschiedliche Regelstrategien: • Druckregelungen können als 2– oder 3-Wege Regler ausgeführt sein, je nach den anwendungsspezifischen Gegebenheiten bezüglich der Entlüftung des druckgeregelten Volumens. Der „Systematik der hydraulischen Widerstandsschaltungen“ (BAC01) folgend, die selbstverständlich auch auf pneumatische Schaltungen angewandt werden kann, handelt es sich hierbei um eine Ein- oder Zweikantensteuerung. In beiden Fällen arbeitet das Regelventil meist nahe dem Öffnungspunkt, um geringste Mengen Fluid zuoder abzuführen und den Druck im Lastvolumen somit zu regeln. Im Gegensatz zur Hydraulik, in der eine symmetrische, antiparallele Ansteuerung der beiden Steuerkanten unproblematisch ist, sind die Steuerkanten in der Pneumatik sinnvollerweise zu trennen, um der Unsymmetrie aufgrund unterschiedlicher Druckabfälle beim Be- und Entlüften Rechnung zu tragen. Weiterhin sollten in der Pneumatik Sitzventile verwendet werden, da ein metallisch dichtendes Kolbenschieberelement im Gegensatz zur Hydraulik zu hohe Leckagen und ein abgedichteter Kolben zu hohe Reibung aufweist. • Volumenstromregelungen sind 2-Wege-Regelungen, bei denen das Regelventil dem geforderten Volumenstrom gemäß eine Position zwischen 0 und 100% seines Arbeitshubes einnehmen und diese halten bzw. gegenüber Eingangs- oder Lastdruckschwankungen leicht variieren muss. Eine einzelne Steuerkante reagiert hier im Zusammenspiel mit dem gemessenen Massenstrom, der unter Einbeziehung der Dichte des zu regelnden Mediums in einen Volumenstrom umgerechnet werden kann. • Positionsregelungen von Linearzylindern sind in der Pneumatik die kritischsten Regelungen, da sie die Eigenschaften eines Volumenstromreglers während des Verfahrens mit denen eines Druckreglers beim Positionieren verknüpfen müssen. Sowohl die Kolben- als auch Stangenseite des Zylinders müssen über eine 3-Wege Funktion mittels Zweikantensteuerung beeinflussbar sein. Hierbei sollten idealerweise alle 4 Steuerkanten unabhängig voneinander steuerbar sein, damit der Bewegungsvorgang in jeder Situation ideal kontrollierbar ist (SCH01). Weiterhin bietet dies die Möglichkeit, die Öffnungshübe der Einzelkanten elektronisch an das Flächenverhältnis des Zylinders anzupassen und so- 138 K|E|M Konstruktion 10 2019

30. Internationale Fachmesse der industriellen Automation Nürnberg, 26. – 28.11.2019 sps-messe.de Bild: Camozzi Das Mastermodul enthält neben dem 2/2-Wege-Proportionalventil alle für eine 2-Wege-Regelung notwendigen weiteren Elemente Das Slavemodul ist pneumatisch seriell oder parallel an das Mastermodul ansteckbar und erlaubt eine 3/3-Wege-Funktion oder eine Boosterfunktion des Masters Bild: Camozzi mit einen spiegelsymmetrischen Kraftverlauf zu erzielen (SCH02). Ist die Anwendung dynamisch weniger anspruchsvoll, kann auf einer Seite des Zylinders ein mechanischer 3-Wege Druckregler als fixes Element zur Erzeugung einer „Federkraft“ genutzt werden. Mittels dieser „single-ended“ Positionierung sind für die meisten Anwendungsfälle genügend genaue Positionierungen von ca. 1/100 des Zylinderhubes erzielbar. Allerdings steht in dieser Betriebsart nicht die volle Kraft des Zylinders zur Verfügung. Benötigt man diese bzw. reicht die Dynamik nicht aus, muss die „double-ended“ Variante, also eine vollständig proportionale Vierkantensteuerung, gewählt werden. Bringing Automation to Life Funktionsweise des Controllers Es zeigt sich, dass zur Abdeckung aller genannten Funktionen unterschiedlichste Forderungen an die Ventilstellelemente, an die Abhängigkeiten der einzelnen Steuerkanten untereinander und somit an die Ansteueralgorithmen gestellt werden. Der Modular Proportional Regulator von Camozzi ist ein Lösungsansatz in Form eines Baukastensystems, der Drücke von –1 bis 10 bar und Volumenströme von 0 bis 150 l/min anwendungsspezifisch regeln und die Regelung der Grundgrößen Druck-, Volumenstrom und Position kombinieren kann. Als Basis-Steuerelement einer Einzelkante dienen direktgesteuerte MODULARE STEUERUNG PLUS • Durchflusssteuerung mittels Drucksensoren: Wird nur der Master genutzt, kann ein Zwei-Wege-Volumenstromregler in geschlossenem Kreislauf hergestellt werden. Die Verwendung der Master-Slave Kombination ermöglicht die Realisierung eines 3-Wege-Stromventils mit gleichen Eigenschaften. • Druckregelung mittels Drucksensoren: Die Nutzung der Master- Slave-Kombination ermöglicht eine Druckregelung. • Positionsregelung in geschlossenem Kreislauf für Pneumatikzylinder: Die Nutzung der Master-Slave-Kombination ermöglicht die Positionsregelung durch Einlesen des Positions-Istwertes. Praxisnah. Zukunftsweisend. Persönlich. Finden Sie praxisnahe Lösungen für Ihren spezifischen Arbeitsbereich sowie Lösungsansätze für die Herausforderungen von morgen. Registrieren Sie sich jetzt! Ihr 30 % Rabattcode: SPS19BESV11 sps-messe.de/eintrittskarten K|E|M Konstruktion 10 2019 139