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Atos Proportional-Wegeventile: Die Evolution industrieller Regelungssysteme

Wechselnde p/Q-Regelungstechnologie zur Steigerung industrieller Prozesse


Die neue Generation von Proportional-Wegeventilen von Atos stellt eine bedeutende Weiterentwicklung im elektrohydraulischen Bereich dar. Zu den wichtigsten Neuerungen gehört die Integration der wechselnden p/QRegelungstechnologie, die durch fortschrittliche und ausgefeilte Regelalgorithmen, eine deutliche Vereinfachung der Maschinenarchitektur und eine einfache Programmierbarkeit dank der leistungsstarken digitalen Schnittstelle überzeugt.

Einführung in die wechselnde p/Q-Regelung

SGeschwindigkeit, Kraft und Richtung sind die entscheidenden Steuergrößen in den meisten Industrieanlagen, die dank Automatisierung die Abfolge von Befehlen und Operationen im Fertigungsprozess realisieren.

Am Beispiel einer Vertikalpresse werden diese Parameter traditionell mit drei separaten Geräten geregelt: einem Magnetventil für die On/Off-Wegefunktion, einem Stromregelventil und einem Druckminderventil. Dies ist zweifellos eine einfache und effektive Lösung. Mit der wechselnden p/Q-Regelung können wir jedoch den Aufbau vereinfachen, indem wir alle drei Funktionen mit einem einzigen Proportional-Wegeventil ausführen.

Die „wechselnde p/Q-Regelung“ erlaubt es, Richtung, Volumenstrom und Druck mit nur einem einzigen Digitalventil zu regeln. Dieses regelt in Abhängigkeit von den hydraulischen Betriebsbedingungen gezielt Richtung, Geschwindigkeit und Kraft jeder einzelnen Hydraulikachse.

Der Begriff „wechselnd“ bedeutet, dass die Parameter Druck „p“ und Volumenstrom „Q“ nicht gleichzeitig geregelt werden können, sondern dass jeweils einer dieser Parameter Vorrang hat.

Dieser Ansatz führt zu einer deutlichen Vereinfachung der Maschinenarchitektur und ermöglicht die dynamische und präzise Modulation der p- und Q-Parameter in Echtzeit. Die Konfiguration erfolgt komfortabel über eine USB- oder Bluetooth-Verbindung mithilfe einer leistungsstarken, intuitiven grafischen Benutzeroberfläche – sowohl in der PC-Software als auch in der mobilen App.

Die wechselnde p/Q-Regelung basiert auf robusten, vielseitig einsetzbaren Algorithmen, die über viele Jahre hinweg in unterschiedlichsten Anwendungen weiterentwickelt und optimiert wurden. Damit zählt diese Gerätekategorie zu den leistungsstärksten und technologisch fortschrittlichsten Lösungen im Atos-Portfolio.

p/Q-Regelungskonfigurationen

Die alternierende p/Q-Regelung erweitert die Kolbenpositionssteuerung von Proportional-Wegeventilen bzw. die Schwenkplattensteuerung von Axialkolbenpumpen um die Druck-Kraft-Regelung im geschlossenen Regelkreis. Für die wechselnde p/Q-Regelung von Atos stehen drei Konfigurationen zur Verfügung:

  • Einzelner Druckaufnehmer (SP): Diese Konfiguration führt die Druckregelung im geschlossenen Regelkreis an einer einzelnen Verbraucherleitung des Hydraulikkreises durch und muss an einen Druckaufnehmer angeschlossen werden.
    Diese Option ist bei Axialkolbenpumpen, Servopumpen und Proportional-Wegeventilen verfügbar. Dank ihrer Einfachheit ist sie in vielen industriellen Anwendungen weit verbreitet, z.B. bei Kunststoffspritzguss- und Hydraulikpressen.

  • Doppelter Druckaufnehmer (SF): Die gebräuchlichste und am weitesten verbreitete Konfiguration regelt die tatsächliche, vom Aktuator ausgeübte Kraft, indem sie die an beiden Kammern des Aktuators installierten Druckaufnehmer ausliest und die Kraft in Bezug auf die schiebenden Flächen des Antriebs berechnet.
    Dieses System ist die ideale Lösung für Anwendungen, die eine präzise Kraftregelung erfordern, die in beiden Bewegungsrichtungen des Antriebs angewendet werden kann. Es wird oft mit Regelkreiskontrollen im geschlossenen Regelkreis für Hydraulikachsen kombiniert.

  • Kraftmessdose (SL): Diese Konfiguration stellt die effektivste Methode zur Regelung der tatsächlich vom hydraulischen Antrieb ausgeübten Kraft dar - basierend auf einem Kraft-Feedback-Signal, das über eine direkt an der Zylinderstange montierte Kraftmessdose erfasst wird.
    Durch diese direkte Messung wird die Kraftregelung unabhängig von mechanischer Reibung und eignet sich ideal für hochpräzise Anwendungen wie Prüfstände, Messsysteme oder Strukturtestanlagen.

<br />Konfiguration der wechselnden<br />Q-Regelungen

Konfiguration der wechselnden
p/Q-Regelungen
Unabhängig von der gewählten Konfiguration, die jederzeit über die dedizierte Programmiersoftware geändert werden kann, schaltet die p/Q-Regelung autonom von der Volumenstrom- zur Druck-Kraft-Regelung und umgekehrt, wenn ein durch das Referenzsignal im Druck definierter Schwellenwert erreicht wird. Dabei wird stets ein reibungsloser Übergang gewährleistet, um Stöße, Überschwingen oder Vibrationen zu vermeiden.
In der praktischen Anwendung einer Hydraulikpresse wechselt die p/Q-Regelung vom Geschwindigkeits- zur Kraftregelung im geschlossenen Regelkreis in dem Moment, in dem der Zylinderkolben mit einer Last oder dem zu bearbeitenden Werkstück in Kontakt kommt.

Der Unterschied von Atos: Unübertroffene Flexibilität und Anpassbarkeit

Vier verschiedene PID-Parametersätze für Druck/Kraft, die dynamisch innerhalb des Maschinenzyklus über Feldbus oder Digitaleingang auswählbar sind, ermöglichen eine extrem hohe Präzision und Zuverlässigkeit der Regelung, selbst bei wechselnden Lastbedingungen oder Ölvolumina.
Die Möglichkeit, zwischen verschiedenen Umschaltalgorithmen für die beiden Regelgrößen „p“ und „Q“ zu wählen, sowie die Anpassung der PID-Parameter zur Optimierung des Umschaltpunkts zwischen diesen beiden Regelungen, ermöglicht es der wechselnden p/Q-Regelung, das Ansprechverhalten der Druck-/Kraftregelung in Hydrauliksystemen deutlich zu verbessern.

Zusätzlich stehen folgende Regelungsoptionen zur Verfügung, um die Wechsellogik noch gezielter an spezifische Anwendungen anzupassen:
  • Push: Druck-/Kraftregelung nur in Vorwärtsrichtung aktiv
  • Pull: Druck-/Kraftregelung nur in Rückwärtsrichtung aktiv
  • Push and Pull: Druck-/Kraftregelung in beide Aktuator Richtungen aktiv
Diese vielfältigen Optionen machen die wechselnde p/Q-Regelung von Atos besonders robust und flexibel. Sie bieten dem Endanwender ein hohes Maß an Freiheit bei der Antriebskonfiguration und ermöglichen eine optimale Anpassung an selbst anspruchsvollste Systemanforderungen.

Kompatibilität und Integration mit Proportional-Wegeventilen und Pumpen

Die wechselnde p/Q-Regelung ist in Kombination mit hochleistungsfähigen Proportionalventilen oder Servoproportional-Wegeventilen, sowohl direkt als auch vorgesteuert, erhältlich. Sie kann auch mit den hochentwickeltsten Achsenregelungen, Verstellkolbenpumpen und Servopumpensystemen kombiniert werden.
Diese Regelungen garantieren unübertroffene Genauigkeit und verkürzte Maschinenzykluszeiten, selbst in den komplexesten, rauesten und anspruchsvollsten Industrieumgebungen, dank der zahlreichen Optionen, die das Atos-Sortiment bietet:
  • Ausführung mit integriertem Regler: Bezieht sich auf die Integration elektronischer Regler direkt auf Hochleistungs-Proportionalventile oder Servoproportional-Wegeventile, alles in einer Lösung.
  • Ausführung mit separatem Regler: Der Externe Elektronik wird üblicherweise in einem Schaltschrank über ein DIN-Schienensystem installiert, das eine organisierte und sichere Umgebung für elektronische Komponenten bietet.
  • Ex-proof Ausführung: Speziell entwickelt für explosionsgefährdete Bereiche, in denen explosive Gase, Stäube oder Chemikalien vorhanden sind.
  • Feldbus-Schnittstelle: CANopen, PROFIBUS DP, EtherCAT, POWERLINK, EtherNet/IP und PROFINET.
  • Funktionale Sicherheitszertifizierung - Optionen /U, /K: Konform mit der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG und vom TÜV nach ISO EN 13849 bis Kategorie 4, PL e und IEC 61508 bis SIL2 / SIL3 zertifiziert.
Industrie- und Ex-Schutzventile mit<br />wechselnder p/Q-Regelung Industrie- und Ex-Schutzventile mit
wechselnder p/Q-Regelung

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Source: PR17