Positionneurs numériques pour actionneurs hydrauliques

Les actionneurs pneumatiques et hydrauliques actionnent régulièrement des entraînements de registre, des vannes de débit, des commandes de vide et d'autres dispositifs dans d'innombrables applications de processus. Cependant, il peut y avoir un écart de performance important entre les positionneurs en boucle ouverte conventionnels et les positionneurs numériques en boucle fermée utilisés dans de telles tâches. Le problème, a expliqué Ed Steutermann, président de KyTronics, Prospect, Ky., Est que les contrôleurs en boucle ouverte appliquent une seule commande. Sans l'avantage de la rétroaction, l'utilisateur ne peut que supposer des résultats précis, car rien ne garantit que l'effort de contrôle a l'effet souhaité.

En revanche, les commandes en boucle fermée garantissent que des informations précises circulent en continu dans une boucle de rétroaction du capteur de processus vers le transmetteur, le contrôleur et l'actionneur, et inversement. Avec ces positionneurs, cette séquence "mesurer-décider-actionner" commence au moment où une variable contrôlée change et ne s'arrête pas tant que la condition de processus souhaitée n'est pas remplie, a déclaré Steutermann.

Les positionneurs numériques en boucle fermée KyTronics contrôlent les actionneurs rotatifs ou linéaires pneumatiques et hydrauliques, tels que les vérins ou les opérateurs à membrane. (Ils peuvent également être utilisés avec des actionneurs électromécaniques.)

Dans les applications pneumatiques, par exemple, ils utilisent des électrovannes externes à basse tension pour contrôler le flux d'air vers l'actionneur. Cela élimine les cames, ressorts, clapets et orifices qui causent des problèmes de maintenance dans les positionneurs électropneumatiques conventionnels. Un module électronique compare le contrôleur et les signaux de position et, en cas de désadaptation, ouvre l'électrovanne pour fournir le débit et déplacer rapidement l'actionneur vers la position de consigne. Il en résulte des performances fiables car l'arbre de l'actionneur se déplace toujours vers la même position en réponse au même signal, et non vers une position d'équilibrage des forces comme dans les positionneurs conventionnels. Ainsi, les positionneurs KyTronics ne sont pas affectés par des conditions défavorables telles que la «friction» dans l'actionneur ou la variation de la pression d'air.

Les positionneurs en boucle ouverte, d'autre part, sont essentiellement des contrôleurs proportionnels où une vanne à tiroir s'ouvre proportionnellement à un changement de signal. Le mouvement de l'actionneur ne commence pas tant que suffisamment d'air ne pénètre pas dans l'actionneur pour atteindre la force de rupture. Cela peut entraîner des retards notables, une accélération du signal du contrôleur, un dépassement et une oscillation, qui peuvent tous nuire aux performances du système.

La capacité d'atteindre et de verrouiller rapidement à la position spécifiée présente également un avantage dans les applications hydrauliques. En effet, le positionneur empêche le mouvement de l'arbre de l'actionneur malgré les changements dynamiques (généralement la pression) dus au fluide qui coule dans le système. D'un autre côté, les positionneurs conventionnels peuvent laisser la position de la vanne s'écarter de celle prévue en réponse à des forces externes.

Un élément clé de rétroaction est le capteur. Un codeur magnétique sans contact fixé à l'arbre de l'actionneur fournit un signal de position numérique précis pour contrôler le fonctionnement en boucle fermée, a déclaré Steutermann. L'appareil utilise des capteurs à effet Hall discrets dans un réseau sur une carte de codeur. Un bras de balayage magnétique répond au mouvement de l'arbre et se déplace sur la matrice pour générer un signal binaire unique pour chaque incrément de mouvement. Les capteurs sont pratiquement insensibles aux chocs et les signaux ne dérivent pas en raison de l'usure ou de la température, ce qui élimine efficacement le besoin de recalibrage en service normal. De même, les signaux de position des transducteurs linéaires peuvent être utilisés pour faire fonctionner des appareils tels que des vérins de puissance.

Un autre avantage est que le fluide de fonctionnement ne pénètre pas dans les positionneurs, donc la poussière ou l'eau ne gênent pas le fonctionnement. Cela diffère des positionneurs conventionnels qui nécessitent une purge d'air continue pour le fonctionnement, même lorsque le positionneur ne déplace pas un actionneur. (L'air de prélèvement est extrait du collecteur d'air comprimé de l'usine, passe à travers un positionneur typique et s'échappe dans l'atmosphère.) Cela augmente les coûts d'exploitation. De plus, ces positionneurs ont des éléments électroniques, mécaniques et pneumatiques qui interagissent. L'air de purge contient de l'eau, de l'huile et de la saleté entraînés qui peuvent encrasser ces éléments et nécessiter un entretien.

KyTronics propose deux modèles de positionneurs de base. Le module DLA peut être monté à distance (jusqu'à 2000 pieds de la vanne) pour éviter de soumettre l'électronique à des vibrations, des températures extrêmes et des environnements difficiles ou dangereux. Le DLA affiche la position de la vanne, la confirmation que l'actionneur fonctionne correctement et une commande manuelle pour contourner le signal de commande. Les modules MCDLU se montent sur la vanne avec l'encodeur et l'électronique logés dans le même boîtier.

Les positionneurs peuvent directement régler et surveiller les actionneurs à distance ainsi que les vannes tout ou rien, avec ou sans contrôleur de processus. Les programmes stockés fournissent des réponses sélectionnables sur le terrain telles que l'ouverture ou la fermeture en cas de perte de signal ou de puissance, ainsi que des réponses personnalisées, y compris des plages partielles et des plages fractionnées. La configuration et l'étalonnage seraient rapides et simples.

La répétabilité est de ± 0,5%, la plage de températures de fonctionnement de -50 ° à 300 ° F et les appareils nécessitent une alimentation de 12-24 Vdc ou 120/240 Vac.

Les unités DLA et MCDLU sont utilisées depuis plus de 15 ans dans divers environnements exigeants. La plupart des unités d'origine, a déclaré Steutermann, sont toujours utilisées. Les modèles DLA sont particulièrement adaptés aux conditions difficiles, car les composants électroniques sensibles sont situés hors des zones hostiles ou gênantes, comme dans les emplacements difficiles d'accès des actionneurs de clapet / registre. Seul l'encodeur se trouve sur l'actionneur. Par exemple, plusieurs ont utilisé des registres à air chaud dans un laminoir en acier à des températures bien supérieures à 100 ° F. Le signal de position est transmis à une télécommande située à plus de 300 pieds. Le processeur DLA a également des capacités de diagnostic pour alerter et localiser les problèmes de positionneur ou de système. D'autres applications typiques incluent l'utilisation dans des machines à coudre et à fabriquer des cigarettes sous vide.