نحوه عملکرد پروپرشنال ولو (Proportional Valve)

در صنایع اتوماسیون و کنترل، دقت در کنترل سیستم‌های هیدرولیکی و پنوماتیکی نقش بسزایی ایفا می‌کند. یکی از المان‌های کلیدی در دستیابی به این دقت، استفاده از پروپرشنال ولوها (Sh proportional valves) است. این نوع شیرها قابلیت تنظیم دقیق جریان، فشار و جهت سیال را فراهم می‌کنند و در مقایسه با شیرهای On/Off ساده، کاربرد گسترده‌تری در سیستم‌های نیازمند کنترل پیوسته و غیرخطی دارند.

 تعریف پروپرشنال ولو

پروپرشنال ولو یا شیر تناسبی نوعی شیر کنترلی است که میزان جریان یا فشار سیال عبوری از آن را بر اساس سیگنال الکتریکی ورودی (معمولاً ولتاژ یا جریان) به طور متناسب کنترل می‌کند. این شیرها قادرند موقعیت خود را در تمامی محدوده کاری خود به صورت پیوسته تنظیم کنند، بنابراین امکان کنترل دقیق حرکت سیلندرها، موتورها یا دیگر محرک‌های هیدرولیکی/پنوماتیکی را فراهم می‌کنند.

—

 اجزاء اصلی یک پروپرشنال ولو

1. سولنوئید (Solenoid):

   عنصری که سیگنال الکتریکی را به حرکت مکانیکی تبدیل می‌کند. در پروپرشنال ولوها، سولنوئید معمولاً از نوع DC و با قابلیت کنترل جریان متغیر است.

2. واحد کنترل مکانیسم:

   شامل اسپول (Spool)، فنرهای بازگشت و سیستم‌های هیدرولیکی کمکی که باعث حرکت دقیق و کنترل‌شده اسپول می‌شوند.

3. سنسورهای فیدبک (در شیرهای Closed-loop):

   در بعضی پروپرشنال ولوهای پیشرفته، از سنسورهای موقعیت (مانند LVDT) استفاده می‌شود تا اطلاعات واقعی موقعیت اسپول به کنترل‌کننده بازگردانده شود و کنترل دقیق‌تری انجام گیرد.

4. الکترونیک کنترل داخلی (در صورت وجود):

   بخشی که سیگنال ورودی را پردازش کرده و جریان مناسبی را به سولنوئید اعمال می‌کند.

—

نحوه عملکرد پروپرشنال ولو

عملکرد پروپرشنال ولو مبتنی بر این اصل است که:

 “مقدار جریان یا فشار خروجی شیر، به طور مستقیم با اندازه سیگنال ورودی (الکتریکی) متناسب است.”

 مراحل کارکرد:

1. ورود سیگنال کنترلی:

   کنترل‌کننده (مانند PLC یا کارت کنترل حرکت) سیگنالی به شکل ولتاژ (0-10 ولت) یا جریان (4-20 mA یا 0-20 mA) به شیر ارسال می‌کند.

2. تبدیل سیگنال الکتریکی به نیروی مکانیکی:

   سولنوئید تحت تاثیر جریان الکتریکی، نیرویی ایجاد می‌کند که اسپول را به حرکت در می‌آورد.

3. جابجا شدن اسپول:

   با حرکت اسپول، کانال‌های جریان باز یا بسته می‌شوند. میزان بازشدگی این کانال‌ها مستقیماً به میزان جریان ورودی به سولنوئید وابسته است.

4. کنترل جریان یا فشار:

   جریان یا فشار سیال به صورت تناسبی با سیگنال ورودی به سیستم اعمال می‌شود. در حالت دوطرفه، جهت جریان نیز تغییر می‌کند.

5. فیدبک و کنترل حلقه بسته (در صورت وجود):

   در شیرهای پیشرفته، سیگنال فیدبک از موقعیت واقعی اسپول به کنترل‌کننده بازمی‌گردد و خطاهای محتمل تصحیح می‌شوند.

—

 انواع پروپرشنال ولوها

1. بر اساس نوع سیال:

   – پروپرشنال ولو هیدرولیکی

   – پروپرشنال ولو پنوماتیکی

2. بر اساس نوع کنترل:

   – Directional Proportional Valves: کنترل جهت و جریان

   – Pressure Proportional Valves: کنترل فشار

   – Flow Proportional Valves: کنترل دبی

3. بر اساس وجود فیدبک:

   – Open-loop (بدون فیدبک)

   – Closed-loop (با فیدبک موقعیت یا فشار)

—

 مزایای استفاده از پروپرشنال ولو

– کنترل پیوسته و بدون لرزش

– دقت بالا در تنظیم موقعیت، سرعت یا فشار

– کاهش ضربه و شوک در سیستم‌های هیدرولیکی

– انعطاف‌پذیری در برنامه‌ریزی و کنترل

– مناسب برای کاربردهای دینامیکی و پیچیده

—

 کاربردهای رایج

– ماشین‌های قالب‌گیری پلاستیک

– دستگاه‌های کنترل حرکت CNC

– سیستم‌های هیدرولیکی در خطوط تولید خودرو

– دستگاه‌های تست مکانیکی و خودرو

– روبات‌های صنعتی و سیستم‌های جابجایی دقیق

—

 چالش‌ها و ملاحظات نصب و راه‌اندازی

– نیاز به کنترل‌کننده مناسب (PWM, DAC)

– الزام به تغذیه پایدار و تمیز الکتریکی

– نیاز به روغن یا هوای تمیز در سیستم

– هزینه بالاتر نسبت به شیرهای On/Off

– نیاز به تنظیمات دقیق و کالیبراسیون اولیه

پروپرشنال ولوها ابزارهای حیاتی در سیستم‌های کنترل پیشرفته هستند. این شیرها دقت، دینامیک و انعطاف‌پذیری بالایی را در کنترل سیستم‌های هیدرولیکی و پنوماتیکی فراهم می‌کنند. با گسترش فناوری، این شیرها همراه با سیستم‌های کنترل هوشمند و الکترونیک پیشرفته، کارایی سیستم‌های صنعتی را به میزان قابل توجهی افزایش داده‌اند. انتخاب صحیح، راه‌اندازی دقیق و نگهداری منظم این تجهیزات می‌تواند عمر مفید و بهره‌وری سیستم‌های کنترلی را بهبود بخشد.نحوه عملکرد پروپرشنال ولو