طراحی سیستم‌های کنترل خودکار از الزامات در صنایع امروزی است. برای جابه‌جایی انواع سیالات صنعتی در بدنه انواع فرآیندها از تعداد زیاد شیرهای صنعتی استفاده می‌شود. بسیاری از این شیرهای صنعتی باید تحت کنترل راه دور و یا فرمان‌های هوشمند همراه نظارت سیستم‌های PLC و یا DCS کار کنند. این شیرها نیاز به عملگرهای اتوماتیک دارند و اکچویتور برقی یکی از بهترین روش‌ها برای خودکارسازی عملکرد شیرهای صنعتی است.
اکچویتور برقی روش هوشمندانه برای کنترل شیرها در حالت‌های On/Off و یا کنترل جریان است. این عملگر بر پایه استفاده از سیگنال‌های الکتریکی و جانمایی موتورهای الکتریکی طراحی شده است. مشخصات اکچویتور برقی برای عملکردی دقیق، ساده و تمیز طراحی شده است.
انواع اکچویتور برقی در ایده‌های فنی کارآمد توسعه پیدا کرده‌اند. اما همگی آنها قرار است برای کنترل مؤثر و راه دور انواع شیرهای صنعتی به کار گرفته شوند. در این مقاله همراه کارشناسان گروه اینرژی هستید تا به بررسی فنی و تخصصی انواع اکچویتور برقی بپردازیم.
اکچویتور برقی چیست؟
اکچویتور برقی در اصل به هر نوع سیستم کنترل متکی بر استفاده از سیگنال‌های برقی گفته می‌شود. در صنعت، این عملگرها را گاهاً با نام‌ها مانند محرک برقی، عملگر برقی، اتوماسیون ولو کارگاهی و حتی شیر برقی می‌شناسند. البته انواع اکچویتور برقی متفاوت هستند. اما در مشخصات اکچویتور برقی ساز و کار مکانیکی طراحی شده است که طبق فرمان‌های الکتریکی کار می‌کنند. از عملگر اکچویتور برقی می‌توانیم برای کنترل دبی و یا روش‌های قطع و وصل شیرآلات در عموم فرآیندهای صنعتی استفاده کنیم.
در حال حاضر برندهای متعددی در سراسر جهان اقدام به طراحی و فروش انواع اکچویتور برقی می‌کنند. اما از نگاه استانداردهای بین‌المللی این عملگرهای برقی باید با درجه حفاظت‌های کامل در حد IP67 و یا IP68 طراحی شوند. همچنین در استاندارد IEC اروپا بحث جامعی در مورد ملاحظات طراحی و مشخصات اکچویتور برقی مطرح شده است. عملگرهای برقی باید چنین حفاظتی داشته باشند. زیرا قرار است که آنها را در محیط‌های آلوده و یا خطرناک صنعتی نصب کنیم. در چنین شرایطی نیاز است که بتوانیم درجه حفاظت کامل بخش الکتریکی عملگر را تأمین نماییم.
ملاحظات طراحی اکچویتور برقی
اکچویتور برقی با استفاده از جانمایی یک موتور الکتریکی کوچک طراحی شده است. عملکرد این موتور وابسته به سیگنال الکتریکی است که به حالت فرمان از طریق سیستم‌ها مانند PLC و یا سیستم‌های رله‌ای صادر می‌شود. این موتور الکتریکی وظیفه دارد تا عملگر نهایی را در جهت‌های گوناگون بچرخاند. از این عملگر برای کارکرد انواع شیرها و یا سیستم‌های چرخشی استفاده می‌شود.
کاربرد اکچویتور برقی برای عملکرد انواع شیرها بر پایه گیت گردان است. مثلاً می‌توانیم از این عملگر برای کارکرد انواع بال ولوها، شیرهای پروانه‌ای، پلاگ ولوها، گیت ولوها و یا شیرهای سوزنی (نیدل ولو) استفاده کنیم. حتی شرایط نصب عملگر برقی بر روی سیستم‌ها مانند دمپرها و یا دریچه‌های صنعتی وجود دارد.
در یک نگاه کلی برای هر سیستم کنترل صنعتی و فرآیندی که با استفاده از بخش‌های چرخشی طراحی شده‌اند، می‌توانیم از مشخصات اکچویتور برقی به جهت کنترل اتوماتیک آنها استفاده کنیم. این کار از طریق موتور الکتریکی طراحی شده در عملگر برقی و چرخش مکانیکی تحت فرمان سیستم‌های کنترلی صورت می‌گیرد.
مشخصات فنی در طراحی عملگر برقی
برای طراحی هر عملگر اکچویتور برقی از یک موتور الکتریکی استفاده شده است. این موتور توان حرکت در هر دو جهت چپگرد و یا راستگرد را دارد تا به این ترتیب شرایط باز و یا بسته شدن شیرهای صنعتی فراهم شود. البته برای این منظور از انواع موتورها استفاده شده است. مدل‌های کلاسیک دارای موتورهای ساده الکتریکی از نوع جریان AC و یا جریان DC هستند. اما در طراحی نمونه‌های مدرن‌تر از سری موتورهای کنترل موقعیت مانند سروو موتور و یا استپ موتور نیز استفاده می‌کنند. عمده فروش اکچویتور برقی در این تیپ است.
برای کنترل سرعت موتور و همچنین افزایش قدرت گشتاور مکانیکی آن از گیربکس‌ها در عملگر استفاده شده است. گیربکس وظیفه دارد تا سرعت موتور را کاهش داده و یک حرکت کنترل شده اما قدرتمند را تولید نماید. به این ترتیب می‌توانیم بر وزن سنگین گیت‌های بزرگ انواع ولوهای صنعتی غلبه کرده و با کنترل دقیق موقعیت آنها را تنظیم کنیم.
انواع اکچویتور برقی در دو کلاس متفاوت از نوع کنترل باز و بسته (On/Off) و یا کنترل درصدی طراحی می‌شوند. برای فرمان کنترل On/Off از سیگنال‌های الکتریکی ساده مانند 24 ولت DC و یا 220 ولت AC استفاده می‌کنند. اما برای کنترل عملگرهای درصدی نیاز به تولید سیگنال‌های آنالوگ داریم. برای این منظور از انواع سیگنال‌های استاندارد مانند 4 الی 20 میلی آمپر و یا 0 الی 10 ولت DC و… استفاده می‌شود. در این صورت لازم است تا در بخش الکترونیکی اکچویتور برقی یک برد الکتریکی تحلیل سیگنال آنالوگ جانمایی شده باشد.
بخش‌های فنی اکچویتور برقی
هر عملگر برقی یک ماشین کوچک مستقل است که برای کنترل شیرهای صنعتی و یا دیگر تجهیزات استفاده می‌شود. اگر چه در نهایت به بخشی از شیر تبدیل شده و همراه متعلقات آن معرفی می‌شود، اما در کل خود از عملکرد مستقل با جانمایی بخش‌های فنی تخصصی برخوردار است. انواع اکچویتور برقی را در تیپ‌های گوناگون طراحی می‌کنند. اما در کل عموم آنها دارای بخش‌های زیر هستند.
- موتور الکتریکی: اصلی‌ترین بخش فنی اکچویتور برقی است. این موتور می‌تواند از مدل‌های ساده AC و DC و یا سری موتورهای کنترل موقعیت مانند سروو موتور باشد. عملکرد موتور تحت فرمان سیگنال الکتریکی باعث کارکرد شیرهای صنعتی خواهد شد.
- سیستم کنترل: بخش الکترونیکی اکچویتور برقی است که فرمان لازم برای نحوه‌ی کار موتور را صادر می‌کند. این بخش می‌تواند یک سیستم ساده بوبین دار و یا طراحی یک سیستم مدار فرمان و قدرت رله‌ای باشد. اما در صورت استفاده از سیگنال‌های آنالوگ تبدیل به یک برد الکتریکی تخصصی مناسب تحلیل چنین سیگنال‌هایی خواهد شد.
- گیربکس: بخش مکانیکی کنترل حرکت اکچویتور برقی است. هر واسط مکانیکی برای تبدیل سرعت موتور و تولید گشتاور بالاتر را گیربکس می‌گویند. طراحی گیربکس کاملاً وابستگی به نوع شیر، نوع کنترل، جانمایی اکچویتور و قدرت موتور دارد.
- سوییچ حدی: در طراحی هر اکچویتور برقی از این سوئیچ‌ها برای محدود کردن حرکت موتور استفاده می‌شود. این سوئیچ‌ها اجازه نمی‌دهند که موتور بیش از حد کار کرده و باعث مشکلاتی در سیستم فرآیندی شوند. عموماً این سوئیچ‌ها توسط کارخانه تنظیم می‌شوند. اما در برخی مدل‌ها شرایط تنظیم تخصصی سوئیچ‌های حدی و تعریف بازه حرکتی شیر کنترل وجود دارد.
تحلیلی بر مکانیزم کارکرد اکچویتور برقی
اکچویتور برقی برای عملکرد تجهیزات دورانی در فرآیندهای صنعتی طراحی شده است. عمده موارد استفاده و خرید اکچویتور برقی نیز در طراحی و کارکرد انواع شیرهای صنعتی و یا استفاده از گیت‌های چرخشی است.
منظور از گیت چرخشی نحوه‌ی کارکرد شیر صنعتی برای باز و یا بسته شدن مسیر جریان است. برای طراحی شیرهای بزرگ که دریچه‌های وسیع دارند، نمی‌توانیم از عملکردهای ساده بوبین دار و حرکت اهرمی استفاده کنیم. دریچه کنترل این شیرها آن‌قدر بزرگ است که برای جابجایی آنها نیاز به قدرت مکانیکی بالایی داریم. گیت ولوها، شیرهای پروانه‌ای و یا نیدل ولوها از این دست شیرها می‌باشند.
اگر چه مکانیزم کنترل جریان و یا بهتر بگوییم روش باز و بسته شدن این شیرها به کل متفاوت است؛ اما در کل همگی آنها دارای گیت‌هایی هستند که به شکل تدریجی جابجا می‌شوند. برای جابجایی تدریجی این گیت‌ها از سیستم‌های دورانی استفاده شده است. به شکلی که یک محور ماردونی شکل در داخل یک پوسته رزوه شده با روش چرخشی جابجا می‌شود. به این ترتیب می‌توانیم با چرخش محور، گیت شیر را جابه‌جا کرده و آن را بازتر و یا بسته‌تر کنیم.
اکچویتور برقی برای تکمیل این عملکرد و تولید قدرت و یا کنترل اتوماتیک این فرآیند طراحی شده است. عملگر برقی جایگزین اهرم‌های دستی شیرهای صنعتی خواهد شد تا بتواند محور چرخش پلاگ آنها را به حرکت درآورد. مکانیزم کار این عملگر در تبدیل نیروی الکتریکی به حرکت مکانیکی و کنترل آن از طریق گیربکس می‌باشد.
با مقدار عملکرد موتور می‌توانیم مقدار جابه‌جایی گیت را تنظیم کنیم. نوع چرخش موتور، نوع حرکت گیت برای باز و بسته شدن شیر را معین می‌کند و مقدار کارکرد موتور مقدار باز شدن شیر را تحت کنترل دارد. به این ترتیب شرایط لازم برای کنترل از راه دور مقدار عبور جریان فراهم است.
تفاوت اکچویتور برقی با سولونوئید ولوها
اکچویتور برقی و سولونوئیدها هر دو روش‌های کنترل اتوماتیک انواع شیرهای صنعتی هستند. هر دو روش با استفاده از سیگنال الکتریکی کار می‌کنند. اما تفاوت‌های آشکاری دارند.
- اکچویتور برقی براساس حرکت گردش موتور الکتریکی طراحی شده است. اما سولونوئیدها بر پایه مغناطیس شوندگی و جابه‌جایی خطی اهرم کنترل شیر طراحی شده‌اند.
- اکچویتور برقی مخصوص کنترل و کارکرد شیرهای بزرگ در فرآیندهای سنگین است. اما سولونوئید ولوها در ابعاد کوچک و عموماً طراحی سیستم‌های کنترل با دبی کم کارایی دارند.
- اکچویتور برقی روش کنترل آنالوگ شیرهای صنعتی است و و با استفاده از آنها می‌توانیم مقدار جریان عبوری سیستم را در کنترل داشته باشیم. هر چند قابلیت کاربرد On/Off نیز دارند. اما سولونوئید ولوها مخصوص کنترل On/Off برای باز و بسته شدن ساده جریان طراحی شده‌اند.
مزایای اکچویتور برقی
برای کنترل اتوماتیک شیرهای صنعتی روش‌های متنوع مانند استفاده از عملگرهای بادی و یا هیدرولیکی نیز وجود دارد. با این وجود بسیاری از طراحان سیستم‌های فرآیندی علاقه دارند تا از انواع اکچویتور برقی برای طراحی سیستم‌های کنترل شیرها و تجهیزات ابزار دقیق استفاده کنند. مزایای اکچویتور برقی به قرار زیر است.
- از قابلیت گسترده برای تنظیم سرعت انجام کار برخوردار هستند.
- می‌توانند کنترل یکنواخت در عملکرد خروجی شیرها داشته باشند.
- روش کنترل از راه دور ساده‌ای دارند.
- قابلیت کنترل آنالوگ آنها ساده است. در عین حال کنترل آنالوگ آنها بسیار دقیق‌تر از سیستم‌های هیدرولیکی و پنوماتیکی است.
- سبک وزن هستند و طراحی کوچک و کم‌حجمی دارند.
- سیستم‌های مقاوم و ماندگاری هستند و می‌توانند در عموم فرآیندها و با سخت‌ترین شرایط محیط کار کنند.
اصول انتخاب انواع اکچویتور برقی
اکچویتور برقی در سازوکار الکترومکانیکی با روش‌های گوناگون طراحی می‌شود. نوع موتور الکتریکی، نوع سیگنال کنترلی، نوع مکانیزم تبدیل توان و حتی روش نصب آنها در تنوع گسترده طراحی شده است. قاعدتاً هر مدل اکچویتور برقی کاربردی تخصصی دارد. اما چگونه می‌توانیم مدل مناسب فرآیند تخصصی خود را انتخاب کنیم؟ نکات زیر به شما در مراحل انتخاب انواع اکچویتور برقی کمک خواهد کرد.
- سایز ولو: اندازه دریچه ولو مهمترین نکته در انتخاب اکچویتور برقی است. زیرا عملگر برقی باید قدرت کافی برای جابه‌جایی گیت سنگین شیرهای بزرگ را داشته باشد. هر اندازه سایز ولو بزرگتر شود، باید از سیستم برقی قدرتمندتری برای کنترل گیت آن استفاده کنیم.
- فشار سیال درون خط: اکچویتور برقی باید قدرت کافی برای غلبه بر فشار سیال را نیز داشته باشد. فشار سیال عبوری خط همواره مانع حرکت مناسب گیت شیر می‌شود. در این صورت همواره یک نیروی مخالف از جانب سیال وجود دارد که لازم است در مراحل انتخاب اکچویتور برقی به مقدار آن توجه کرده باشید.
- شرایط محیطی سیستم: اکچویتور برقی باید از متریال‌های مناسب برای حضور در انواع شرایط محیطی طراحی شده باشد. محیط‌های مرطوب، اسیدی، قلیایی و یا فضاهای خشک و حتی تابش تند نور خورشید از چالش‌ها در انتخاب نوع عملگر برقی است.
- نوع سیگنال کاربردی سیستم: سیگنال الکتریکی کنترل اکچویتور برقی باید با سیگنال مورد استفاده در کل سیستم هماهنگ باشد. در غیر این صورت شرایط استفاده از عملگر برقی وجود ندارد. مثلاً عملگر با سیگنال آنالوگ 20-4 میلی آمپر را در سیستمی که توانایی تولید این خط کنترل آنالوگ دارد، به کار اندازید.
کاربرد اکچویتور برقی
انواع شیر برقی برای کنترل راه دور انواع شیرهای صنعتی طراحی شده‌اند. در عین حال می‌توان از آنها برای تولید قدرت موتوری به جهت باز و بسته کردن گیت شیرهای بزرگ استفاده کرد. عمده کاربرد اکچویتور برقی برای تکمیل پروسه‌های کنترل اتوماسیون صنعتی است. به شکلی که شرایط اتصال ساده و حتی اتصال شبکه شده به سیستم‌های PLC در روش‌های کنترل مرکزی فضاهای صنعتی و فرآیندی را دارند.
از این عملگرهای برقی هم برای باز و بسته کردن شیرها و هم برای کنترل جریان به روش‌های کنترل خودکار استفاده می‌شود. صنایع گوناگون از انواع این عملگرهای برقی استفاده می‌کنند. مانند:
- صنایع پالایشگاهی
- صنایع نفت و گاز
- صنایع آب و فاضلاب
- صنایع شیمیایی
- صنایع غذایی
- صنایع دارویی
- صنایع نیروگاهی
- و…
انواع اکچویتور برقی
انواع عملگر برقی را براساس الگوی حرکت دسته‌بندی می‌کنند. بر این اساس در کل دو نوع اکچویتور برقی وجود دارد.
- اکچویتور برقی خطی
- اکچویتور برقی تدریجی
در ادامه به بررسی این الگوهای طراحی عملگر برقی می‌پردازیم.
اکچویتور برقی خطی
اکچویتور برقی خطی با الگوی حرکت مستقیم مانند جک‌ها طراحی شده است. این اکچویتورها می‌توانند حرکتی کاملاً خطی شده در مسیری کوتاه و یا بلند را طی کنند. اکچویتور برقی خطی مناسب طراحی سیستم‌ها مانند ولوهای کشویی و یا سوزنی است. این اکچویتور برقی بیشتر با اهداف On/Off استفاده می‌شود.
مزایای اکچویتور برقی خطی
- این اکچویتورها ظرفیت تولید توان بالایی دارند و در کل طراحی آنها ساده است.
- دقت این عملگرها در زمان قطع و وصل جریان عالی است. یعنی می‌توانند در لحظه‌ی مناسب کار کرده و مسیر جریان را تحت کنترل داشته باشند. لذا مناسب طراحی سیستم‌ها با عملکرد دقیق هستند.
معایب اکچویتور برقی خطی
- بزرگ هستند و تقریباً فضای زیادی را اشغال می‌کنند.
- عملکرد دقیق در کنترل جریان ندارند.
- برای طراحی شیرهای بزرگ مناسب نیستند.
اکچویتور برقی تدریجی
اکچویتور تدریجی با گردش برای قابلیت حرکت دورانی طراحی شده است. این اکچویتورها کاربردی گسترده در صنایع و برای طراحی کنترل جریان در فرآیندها دارند. برای عملکرد این نوع اکچویتور از موتورهای الکتریکی استفاده شده است. نوع خروجی آنها حرکت گردشی است که می‌تواند برای عملکرد تدریجی شیرهای صنعتی مانند نیدل ولوها، شیرهای پروانه‌ای و… مورد استفاده قرار بگیرد.
مزایای اکچویتور برقی تدریجی
- مناسب کنترل دقیق عبور سیالات هستند. همچنین کنترل دبی آنها بسیار دقیق است.
- طراحی کوچکی دارند و در سطح پروژه باعث تولید آلودگی نمی‌شوند.
- می‌توان آنها را با حضور انواع سیگنال‌های آنالوگ در سطح طراحی تجهیزات الکترونیکی صنعتی طراحی کرد.
نکته هایی از لیست قیمت اکچویتور برقی
روش کنترل ولو با عملکرد دقیق و ساده در سطح صنایع است. برندهای تولید کننده انواع اکچویتور برقی (Electric actuator) آنها را براساس فرایندهای گوناگون و مخصوص نصب در ولوها با طراحی تخصصی می‌سازند. بنابراین لازم است تا مدل عملگر برقی مناسب ولو صنعتی در سطح فرآیندی تخصصی را انتخاب کرده باشید. لیست قیمت اکچویتور برقی به عوامل متعددی وابسته است. نوع موتور، نوع سیگنال کنترلی و حتی ظرفیت نصب بر انواع شیرهای صنعتی در تعیین قیمت این عملگر ها تاثیر گذار است.
برای خرید شیر برقی در مدل‌های گوناگون می‌توانید از خدمات تخصصی سایت اینرژی استفاده کنید. در فضای این سایت از انواع محصولات مطرح بازار برخوردار هستید و می‌توانید با بررسی لیست قیمت عملگر برقی، مدل مناسب خود و فرآیند تخصصی خود را تهیه نمایید.
سلام لطفا در خصوص مزایای اکچویتور برقی اطلاعات بیشتری لطف بفرمایین.با تشکر از ادمین
من دانشجو هستم و در این زمینه یک مقاله دارم می نویسم ممنون میشم اگه منو بیشتر در این زمینه راهنمایی کنید.
مینایی عزیز ممنون که مطالب وبلاگ مارو دنبال می کنید. برا اطلاعات بیشتر می توانید با کارشناسان ما تماس بگیرید. براتون ارزوی موفقیت داریم.