압전 밸브의 구조 원리와 지능형 밸브 포지셔너에서의 응용

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지능형 밸브 포지셔너의 공압 구성요소는 일반적으로 전기-공압 변환기와 공압 증폭기로 구성됩니다.전기-가스 변환기는 주로 두 가지 유형의 기술을 사용합니다.：비대칭 구조의 결정을 갖는 압전 효과 소재를 기반으로 하는 압전 밸브 기술은 일반적으로 디지털 신호(전기 펄스)를 수용하여 2위치 공압 출력을 생성합니다.；전자기 원리와 공압 노즐/배플 메커니즘을 기반으로 하는 I/P 컨버터 기술은 일반적으로 아날로그 전기 신호를 받아 연속 동작 공압 출력을 생성합니다.독일 지멘스의 SIPARTPS SP2와 미국 NelesMetso의 ND9000의 지능형 밸브 포지셔너는 압전 밸브 구조의 전기 공압식 컨버터를 사용한다.；미국 Fisher의 DVC6000, 독일의 SAM-SON373X, 일본 Azbil의 SVP3000 등의 밸브 포지셔너는 노즐 배플 구조의 전기 공압식 컨버터를 사용합니다.전기 공압식 컨버터의 이 두 가지 구조는 전 세계 지능형 포지셔너의 현재 주류를 대표합니다.압전 밸브는 압전 재료의 압전 효과를 사용하여 밸브 동작을 실현하는 새로운 유형의 제어 밸브입니다. 높은 정밀도, 빠른 응답, 낮은 전력 소비, 긴 수명, 컴팩트한 구조 등의 장점을 가지고 있습니다. 이 기사에서는 일반적으로 사용되는 여러 압전 밸브의 구조와 작동 과정뿐만 아니라 압전 밸브가 있는 지능형 밸브 포지셔너의 공압 구조를 소개합니다. Siemens의 SIPART SP2 지능형 밸브 포지셔너를 예로 들어 압전 밸브 기술을 사용하는 지능형 밸브 포지셔너의 작동 원리를 설명합니다. 1. 압전 밸브 구조 및 작동 원리yunrun.com.cn/tech/2210.html 압전 밸브는 역압전 효과의 원리를 기반으로 작동합니다. 에너지 절약, 저전력(구동 전류는 10MA에 불과), 정밀 소형화, 고속 응답 및 우수한 내구성이라는 놀라운 특성을 가지고 있습니다. 밸브 포지셔너를 완전히 디지털화하는 것도 쉽습니다.현재 지능형 밸브 포지셔너의 공압 부품 중 대부분의 압전 밸브 부품은 독일 회사인 Hoerbiger에서 주로 P9 시리즈 압전 밸브 디스크와 P20 시리즈 압전 밸브 부품을 사용하여 생산됩니다. Siemens의 PS2에 사용되는 압전 밸브 부품도 Hoerbiger에서 맞춤 제작됩니다.HOERBIGER의 압전 밸브를 예로 들어 그 구조와 작동 원리를 소개하겠습니다. ①직동식 압전 밸브의 원리는 전기장의 작용에 따라 압전 재료의 변형을 이용하여 공압 밸브의 공기 흡입구를 열고 닫는 것입니다.소형 직동식 역방향 밸브의 구조는 그림 1에 나와 있습니다.: http://yunrun.com.cn/upload/201810/16/201810160037223794.png 그림 1 직동 압전 밸브의 구조와 작동 원리. 압전밸브 중앙의 굴곡진 부분은 압전재료로 만들어진 압전편이다.압전 시트의 구조는 매우 얇은 탄성 금속 시트의 양면에 압전 결정이 접착된 구조입니다. 압전 시트의 두 작업면에 진공 코팅을 통해 두 개의 전극이 형성됩니다. 전기장의 작용에 따른 압전 시트의 변형은 마이크로 공기 회로의 2위치 스위치 정류를 실현하는 데 사용됩니다. 압전 결정에 전원이 공급되지 않으면 압축 공기의 입력 구멍 1이 닫히고 출력 구멍 2가 환기 구멍 3에 연결되며 출력 공기 압력은 대기압이며 이는 밸브 닫힘과 같습니다.；압전 결정체에 전류가 흐르면 상부 결정체는 수축하고 하부 결정체는 늘어납니다. 상향 기계적 변형은 수십 마이크로미터입니다. 환기 구멍 3이 닫히고 압축 공기가 구멍 1에서 구멍 2로 흐르고 공기압 신호가 출력됩니다. 이는 밸브 열림에 해당합니다.압전 부품의 곡률은 입력 전압과 관련이 있으며 응답 시간은 2ms 미만이며 2위치 스위치 동작의 히스테리시스 전압은 약 4V입니다.압전 밸브는 비례 출력형으로도 제작할 수 있지만 상하 방향의 히스테리시스 루프가 크기 때문에(작동 전압의 차이는 약 2V) 지능형 밸브 포지셔너의 공압 부품에는 거의 사용되지 않습니다. ②전력 증폭 압전 밸브 직접 작동하는 압전 밸브는 전기 신호를 공압 신호로 제어 변환합니다. 그러나 밸브 포지셔너에서는 조절 밸브의 액추에이터를 구동하기 위해 공압 신호를 증폭해야 합니다. 공압 신호 증폭 문제를 해결하기 위해 제조업체는 전력 증폭 압전 밸브를 개발했습니다.P20 시리즈 압전 밸브의 내부 구조와 작동 원리는 그림 2에 나와 있습니다.： http://yunrun.com.cn/upload/201810/16/201810160050443785.png 그림 2 직동 압전 밸브 P20의 구조 및 작동 원리는 P9 직동 압전 밸브 플레이트, 공압 증폭기(공기 챔버, 다이어프램 및 밸브 코어로 구성), 미세 감압기, 필터 및 기타 구성 요소로 구성됩니다.공기 회로 구조는 2위치 3방향 솔레노이드 밸브와 유사하며 공기 공급원 포트, 공기 흡입구(액추에이터에 연결됨) 및 배기 포트(대기와 연결됨)가 있습니다.작동 전압은 24VDC, 응답 시간은 20ms 미만, 공기 소스 압력은 120-800kPa, 최대 공기량은 7.8Nm3/h입니다.그림 2에서 왼쪽은 전원을 껐을 때의 가스 경로 상태를 나타내고, 오른쪽은 전원을 켰을 때의 가스 경로 상태를 나타냅니다.압전 밸브에 전원이 공급되면 압전 시트는 감압 및 필터링된 공기 공급원을 직동 압전 밸브의 출력 공기 구멍에 연결하는 역할을 합니다. 공기 신호는 공압 증폭기의 다이어프램에 작용하여 메인 밸브를 열어서 공기 소스 신호가 메인 밸브의 스풀을 통해 공기 흡입구 2에 연결되고 액츄에이터로 출력되어 밸브가 작동하고 동시에 배기 포트가 닫힙니다.압전 밸브의 전원이 꺼지면 압전 시트가 공기 입력 구멍을 밀봉하는 역할을 하며 동시에 출력 공기 구멍과 배기 구멍이 연결됩니다. 공압 증폭기의 공기실에 있는 가스는 배기 구멍을 통해 배출됩니다. 공압 증폭기 다이어프램은 메인 밸브 스프링의 작용에 따라 재설정됩니다. 메인 밸브 코어가 닫혀 있습니다. P20의 공기 흡입구와 배출구가 연결되어 있습니다. 액츄에이터 내부의 가스는 배기구를 통해 배출됩니다. 공기 손실로 인해 스프링의 작용으로 밸브가 반대 방향으로 움직입니다. 전력 증폭 압전 밸브는 직동형 압전 밸브와 공압 신호 증폭기를 결합한 것과 구조적으로 동일합니다. 전기 신호를 공압 신호로 제어 변환하는 동시에 공압 신호의 전력 증폭도 실현하여 지능형 밸브 포지셔너의 설계 및 제조를 용이하게 합니다. 따라서 전력 증폭 압전 밸브는 지능형 밸브 포지셔너의 공압 제어에도 널리 사용됩니다. 2. 압전 밸브를 갖춘 지능형 밸브 포지셔너 ① 지능형 포지셔너의 공기 경로 구조는 압전 밸브 구조를 채택합니다. 공기 경로 구조는 일반적으로 그림 3과 같이 2개의 전력 증폭 압전 밸브 부품(PV1, PV2)과 2개의 단방향 밸브(RV1, RV2)로 구성됩니다. http://yunrun.com.cn/upload/201810/16/201810160102257019.png 그림 3 압전 밸브를 갖춘 지능형 밸브 포지셔너의 공압 회로 구조. 공압 구성요소는 세 가지 공압 논리 상태를 가질 수 있습니다.： 에이. 상태 1：PV1의 전원이 켜져 있음, PV2의 전원이 켜져 있음, RV1이 켜져 있음, RV2가 꺼져 있음；포지셔너는 제어 밸브의 공압 액추에이터의 멤브레인 챔버에 공기압 신호를 출력하고 조절 밸브의 밸브 스템이 한 방향으로 움직입니다. 비. 상태 2：PV1의 전원이 꺼진 상태, PV2의 전원이 켜진 상태, RV1이 꺼진 상태, RV2가 꺼진 상태；포지셔너의 공기 경로는 닫힌 상태로 공압 액추에이터로 이어지는 공기 압력을 밀봉합니다. 포지셔너와 조절 밸브의 전체 공기 경로는 유지된 상태이며, 조절 밸브의 밸브 위치는 변하지 않습니다. 기음. 상태 3：PV1의 전원이 꺼진 상태, PV2의 전원이 꺼진 상태, RV1이 꺼진 상태, RV2가 켜진 상태；포지셔너의 공기 경로가 배기 상태입니다. 공압식 액츄에이터의 멤브레인 챔버는 압전 밸브 공기 통로를 통해 대기와 연결되어 액츄에이터 멤브레인 챔버 내의 가스를 배출합니다. 조절 밸브의 밸브 스템은 반대 방향으로 움직입니다(상태 1과 비교).지능형 밸브 포지셔너는 위의 세 가지 가스 경로 상태를 통해 조절 밸브의 가스 경로 조정을 실현한 다음 조절 밸브 동작을 제어합니다. ②지능형 밸브 포지셔너의 작동 원리 기존 포지셔너와 비교하여 지능형 밸브 포지셔너의 제어 원리는 기본적으로 동일합니다. 둘 다 입력 신호를 위치 피드백과 비교한 다음 출력 압력 신호를 조정합니다.그러나 스마트 포지셔너는 액추에이터의 기존 포지셔너와 완전히 다릅니다. 즉, 작업 방법이 다릅니다.：지능형 밸브 포지셔너는 마이크로 프로세서를 코어로 사용하고 새로운 유형의 전기 공압 변환 장치를 채택합니다. Siemens SIPARTPS2 시리즈 지능형 전기 밸브 포지셔너는 마이크로프로세서를 기반으로 하며 새로운 압전 밸브를 사용하여 기존 포지셔너의 노즐 및 배플 압력 조절 시스템을 대체하여 출력 압력을 조정 및 제어함으로써 밸브 위치의 정확한 위치 지정을 달성합니다.SIPART PS2 시리즈 포지셔너의 구조는 주로 압전 밸브 장치 구성 요소, 압전 구동 회로 장치, 마이크로 프로세서 장치, 액정 디스플레이 조작 패널, 밸브 위치 센서, 입력 회로 및 기타 부품을 포함합니다. SIPART PS2 작동 방식：밸브 스템 위치 센서는 밸브의 실제 열림 신호를 감지하고 이를 A/D 변환을 통해 디지털 신호로 변환합니다. CPU 내부의 포지셔너에 의해 외부에서 설정(입력)된 디지털 신호와 비교하여 둘 사이의 편차 값을 계산합니다. 편차 값이 위치 정확도를 초과하면 CPU는 제어 신호를 출력하여 두 개의 압전 밸브를 활성화합니다.외부 설정 신호가 밸브 위치 피드백보다 크면 압전 밸브 V1이 열리고 출력 공기 공급원 압력 P1이 증가하며 액츄에이터 멤브레인 챔버의 압력이 증가하고 밸브 개방도가 증가하며 밸브 위치 피드백 신호와 입력 신호 사이의 편차가 감소합니다.；외부 설정 신호가 밸브 위치 피드백 신호보다 작은 경우 압전 밸브 V2가 열리고 배기 구멍을 통해 공기가 배출되어 출력 공기 공급원 압력 P1이 감소합니다. 액츄에이터 다이어프램 챔버의 압력이 감소하여 밸브 개방도가 감소하고 둘 사이의 편차가 감소합니다. SIPART PS2 스마트 로케이터의 특징：출력 압력 조정은 빠르고 정확한 PID 펄스 폭 변조(PWM) 기술을 채택합니다.；높은 제어 정확도를 보장하기 위해 새로운 압전 밸브 장치 채택；포지셔너는 공기를 거의 소비하지 않습니다. 압전 밸브 기술을 사용하는 지능형 포지셔너는 높은 제어 정확도, 빠른 조정 속도 및 낮은 공기 소비량이라는 장점을 가지고 있습니다. 이는 지능형 포지셔너의 미래 개발 방향을 나타냅니다. 시간이 흐르고 기술이 발전함에 따라 압전 밸브는 더욱 널리 사용될 것입니다.