نحوه عملکرد سروو ولو (Servo Valve)

در صنایع پیشرفته کنترل حرکت، هیدرولیک و اتوماسیون صنعتی، دقت بسیار بالا در کنترل موقعیت، سرعت و فشار یکی از الزامات اساسی است. یکی از مهم‌ترین المان‌هایی که می‌تواند به این سطح از دقت دست یافت، سروو ولوها (Servo Valves) هستند.

این شیرها قابلیت تنظیم دقیق جریان سیال بر اساس سیگنال الکتریکی ورودی را فراهم می‌کنند و با استفاده از فیدبک داخلی، دقت و پایداری عملکرد سیستم‌های کنترلی حلقه بسته (Closed-loop) را به‌خوبی افزایش می‌دهند.

—

 تعریف سروو ولو

سروو ولو یا شیر سروو نوع خاصی از شیرهای کنترل جهت و دبی سیال است که برای کاربردهای نیازمند دقت و سرعت بالا طراحی شده است. بر خلاف شیرهای On/Off یا حتی شیرهای تناسبی (Proportional Valve)، سروو ولوها دارای فیدبک داخلی هستند و به صورت حلقه بسته کار می‌کنند. این ویژگی سبب می‌شود که خطاهای سیستم به‌صورت لحظه‌ای تشخیص داده شده و اصلاح گردند.

—

 تفاوت سروو ولو با پروپرشنال ولو

| ویژگی | سروو ولو | پروپرشنال ولو |

|——–|———-|—————-|

| فیدبک | دارد (معمولاً LVDT) | گاه دارد، گاه نه |

| دقت | بسیار بالا | بالا |

| سرعت پاسخ‌دهی | بسیار سریع | سریع تا متوسط |

| نویز داخلی | کم | متوسط |

| هزینه | بالا | متوسط |

| کاربرد | سیستم‌های دقت بالا و دینامیک | سیستم‌های صنعتی عمومی |

—

 اجزاء اصلی یک سروو ولو

1. 1. موتور سروو (Torque Motor):

   عنصر اولیه که سیگنال الکتریکی را به حرکت مکانیکی تبدیل می‌کند. این موتور معمولاً از نوع مغناطیس دائم با انحراف زاویه‌ای بسیار کوچک است.

2. 2. نخله (Nozzle-Flapper Mechanism):

   یک سیستم فشاری که حرکت کوچک فلاپر (Flapper) را به تغییرات فشار در محفظه‌های کنترلی تبدیل می‌کند.

3. 3. اسپول (Spool):

   قطعه متحرکی که با تغییر وضعیت خود، جهت و مقدار جریان سیال را کنترل می‌کند.

4. 4. سنسور فیدبک (LVDT):

   برای اندازه‌گیری دقیق موقعیت اسپول و ارسال آن به کنترل‌کننده.

5. 5. الکترونیک کنترل داخلی:

   شامل مدارهای کنترل جریان، تقویت‌کننده سیگنال و مدارات تنظیم PID.

—

نحوه عملکرد سروو ولو

سروو ولو به صورت زیر عمل می‌کند:

 مرحله ۱: دریافت سیگنال ورودی

یک سیگنال الکتریکی (ولتاژ یا جریان) از طرف کنترل‌کننده (مانند PLC یا Motion Controller) به سروو ولو اعمال می‌شود.

 مرحله ۲: حرکت موتور سروو

سیگنال ورودی، موتور سروو را به حرکت در می‌آورد. این حرکت منجر به تغییر موقعیت فلاپر (Flapper) در قسمت نخله می‌شود.

 مرحله ۳: تغییر فشار در محفظه‌های کنترلی

با تغییر موقعیت فلاپر، فشار در دو طرف اسپول تغییر می‌کند. این اختلاف فشار، اسپول را به حرکت در می‌آورد.

 مرحله ۴: حرکت اسپول و کنترل جریان

با جابجایی اسپول، کانال‌های جریان باز یا بسته شده و مقدار سیال عبوری به صورت دقیق تنظیم می‌شود.

 مرحله ۵: فیدبک و کنترل حلقه بسته

موقعیت واقعی اسپول توسط LVDT اندازه‌گیری شده و به کنترل‌کننده بازمی‌گردد. در صورت وجود تفاوت بین موقعیت واقعی و مطلوب، سیگنال اصلاحی به سروو ولو اعمال می‌شود.

—

 انواع سروو ولوها

1. 1. بر اساس نوع سیال:

   – سروو ولو هیدرولیکی

   – سروو ولو پنوماتیکی (نادرتر)

2. 2. بر اساس نوع کنترل:

   – شیرهای جهت‌گیری (Directional Servo Valves)

   – شیرهای دبی (Flow Control Servo Valves)

   – شیرهای فشار (Pressure Servo Valves)

3. 3. بر اساس منبع انرژی:

   – DC Servo Valves

   – AC Servo Valves

—

 مزایای استفاده از سروو ولوها

– دقت بسیار بالا در کنترل موقعیت و فشار

– پاسخ‌دهی سریع و دینامیک

– قابلیت کار در سیستم‌های حلقه بسته

– کاهش افت فشار در سیستم

– کاربردهای پیچیده و حساس (مانند تست خودرو، ماشین‌های CNC پیشرفته)

—

 کاربردهای رایج سروو ولوها

– ماشین‌های CNC با دقت بالا

– سیستم‌های تست خودرو و هوافضا

– ربات‌های صنعتی با حرکت پیچیده

– خط تولید نیمه‌هادی و الکترونیک

– سیستم‌های شبیه‌سازی حرکتی (Motion Simulation Tables)

—

 چالش‌ها و ملاحظات در نصب و راه‌اندازی

– نیاز به روغن تمیز و بدون ذرات (ISO 4406 Class 16/14/11)

– الکترونیک کنترل پیشرفته (مانند کارت‌های Motion Control)

– نصب صحیح و تراز شیر

– کالیبراسیون دقیق اولیه

– هزینه بالای سروو ولوها نسبت به سایر شیرها

—

 مثال عملی: کنترل یک سیلندر با سروو ولو و سیستم حلقه بسته

 ساختار سیستم:

1. 1. یک سیلندر دوطرفه
2. 2. یک سروو ولو 4/3 (چهار پورت، سه وضعیت)
3. 3. یک سنسور موقعیت (Linear Encoder)
4. 4. یک کنترل‌کننده PID (مانند Beckhoff, Omron, Siemens)
5. 5. منبع هیدرولیکی با فیلتر مناسب

 عملکرد:

– کنترل‌کننده موقعیت مطلوب را به سروو ولو ارسال می‌کند.

– سروو ولو با توجه به سیگنال و فیدبک موقعیت سیلندر، جهت و دبی سیال را تنظیم می‌کند.

– سنسور موقعیت مستقیماً موقعیت سیلندر را به کنترل‌کننده بازمی‌گرداند.

سیستم به دقت مسیر تعیین‌شده را دنبال می‌کند و خطاهای کوچک به‌سرعت تصحیح می‌شوند.

سروو ولوها یکی از مهم‌ترین و پیشرفته‌ترین اجزای موجود در سیستم‌های هیدرولیکی و پنوماتیکی حلقه بسته هستند. این شیرها به دلیل دقت بالا، سرعت پاسخ‌دهی و قابلیت اطمینان، در کاربردهایی که هیچ خطایی قابل قبول نیست، مانند صنایع هوافضا، خودروسازی و ماشین‌های CNC بسیار کاربردی هستند. البته استفاده از این شیرها نیازمند دانش فنی بالا، نصب دقیق و نگهداری منظم است.

—

 منابع و مراجع

1. 1. Moog Inc. – Servo Valve Technical Guide
2. 2. Bosch Rexroth – Hydraulic Servo Valves Catalog
3. 3. Parker Hannifin – Servo Valve Operation and Maintenance Manual
4. 4. ISO 10770-2: Testing of Hydraulic Servo Valves
5. 5. “Fluid Power Control” – By Peter Rohner
6. 6. “Hydraulic Control Systems” – By Noah D. Manring