Precyzja pracy siłownika

Dobierając siłownik do regulacji płynnej, sygnałem 0-10V w domyśle głównym zamiarem jest płynna regulacja o wysokiej jakości – dobierany jest w tym celu odpowiedni zawór o charakterystyce stałoprocentowej, Kvs liczony jest z dbałością o wysoki autorytet itd. W tym miejscu pojawia się pytanie, na co natomiast należy zwrócić uwagę przy doborze siłownika pod kątem dokładności regulacji?

Aby poprawnie wytypować urządzenie należy poznać parametry opisujące precyzję działania siłownika t.j. rozdzielczość elektryczna, rozdzielczość mechaniczna oraz histereza. Histereza jest różnicą wartości sygnału jaka musi zaistnieć pomiędzy sygnałem otwierającym i zamykającym, aby siłownik zmienił kierunek ruchu. Wartość histerezy uwarunkowana jest głównie typem zastosowanego silnika elektrycznego. Im parametr ten jest niższy tym bardziej czuły na zmianę sygnału na przeciwny jest siłownik. Jednak zbyt niska wartość histerezy może powodować ciągłe delikatne ruchy napędu góra/dół w momencie, gdy regulator szuka optymalnego stanu równo wagi. To z kolei mogłoby mieć konsekwencję w obniżeniu żywotności urządzenia.

Rys. 2. Przykład siłowników elektromotorycznych posiadających funkcję kalibracji, opcję sygnału zwrotnego na temat położenia, wyłącznik krańcowy (Seria MC, TA Hydronics)

Rys. 3. Obraz konstrukcji siłownika o różnej funkcji: A) siłownik do regulacji ON/OFF (EMOtec), B) siłownik do regulacji płynnej (EMO 1). (Seria EMO, TA Hydronics)

Rys. 4. Przykład zaworu z płaskim grzybkiem regulacyjnym – zawór umożliwia szybkie uzyskanie pełnego przepływu (zawór Grawitacyjny, TA Hydronics)

Rozdzielczość elektryczna jest natomiast czułością na zmianę napięcia sygnału przy kontynuacji ruchu siłownika w danym kierunku.

Rozdzielczość mechaniczna określa z kolei jaka jest najmniejsza możliwa zmiana pozycji trzpienia w siłowniku przy pojawieniu się minimalnej wartości sygnału. Obie rozdzielczości są tym samym informacją jak dokładnie przenoszony jest sygnał z regulatora na pozycje zaworu regulacyjnego. Poddając analizie siłownik MC 55Y (TA Hydronics) w karcie katalogowej widnieją wartości:

sygnał sterujący 0-10V; histereza 0,3V, rozdzielczość elektryczna 0,04V, mechaniczna 0,06 mm, skok 20 mm. Znając powyższe możemy określić ilość możliwych pozycji siłownika.

• · 10V÷0,04 = 250  → ilość pozycji wynikających z rozdzielczości elektrycznej

• · 20 mm÷0,06 = 333  → ilość pozycji wynikających z rozdzielczości mechanicznej

Jak pokazują wyliczenia, ilość możliwych pozycji jest różna. Efekt końcowy jest w takim przypadku wynikiem ograniczonym niższą rozdzielczością. Oznacza to, że siłownik pokonuje własny zakres w maksymalnie 250 krokach po 0,08 mm. Analizy takie są istotne, ponieważ bardzo często siłownik pracuje z zaworem o dużo mniejszym skoku. Dla przykładu typowa konfiguracja: zawór regulacyjny CV 216 RGA DN 15 (skok 12 mm) + siłownik MC55Y daje 200 pozycji, a więc zdolność ruchu w przeskoku o 0,5% całkowitego zakresu.

10V÷0, 04 = 250, 12 mm÷0,06=200   → 200 pozycji