Локализованный электронный клапан регулирования потока воздуха

Локальная замена газовых регулирующих клапанов INFICON VDE016 и Pfeiffer EVR116, а также ПИД-регуляторов.

Аннотация: В данной статье проводится сравнение не только с клапаном регулирования расхода воздуха VDE 016 от INFICON и газовым регулирующим клапаном EVR 116 от Pfeiffer, но и с клапаном VCC500 от INFICON и контроллером RVC 300 от Pfeiffer. Представлены соответствующие локализованные альтернативные продукты – электронные клапаны регулирования расхода воздуха и многофункциональные высокоточные ПИД-регуляторы. Также описаны соответствующие характеристики и технические показатели локализованных альтернативных продуктов.

1. Обзор

Регулирующий газовый клапан INFICON VDE 016 и Pfeiffer EVR 116 фактически является одним и тем же клапаном, различается только производитель. Как показано на рисунке 1, этот регулирующий газовый клапан представляет собой игольчатый клапан, приводимый в движение шаговым двигателем, который преобразует внешний управляющий сигнал в заданное положение иглы клапана, тем самым регулируя открытие клапана для достижения регулирования потока газа. Внешний управляющий сигнал может быть следующих трех типов:

(1) Имитационное напряжение постоянного тока (0~10 В постоянного тока)

(2) Модуль интерфейса

(3) Интерфейс RS232

Для этого газового регулирующего клапана компании INFICON и Pfeiffer предоставили соответствующие контроллеры, как показано на рисунке 2, модели следующие: INFICON: VCC500-Z; Pfeiffer: RVC 300.

В данной статье будут представлены соответствующие технические показатели для вышеупомянутых регулирующих клапанов и контроллеров, а также описаны соответствующие локализованные альтернативные продукты и их технические характеристики, чтобы предложить экономически эффективные продукты для локальной замены.

2. Технические показатели зарубежной продукции

2.1 Технические характеристики газового регулирующего клапана

Рабочие параметры регулирующих клапанов INFICON и Pfeiffer приведены в таблице 1, а технические показатели — в таблице 2.

2.2 Технические показатели контроллера

Технические показатели производительности контроллеров INFICON и Pfeiffer представлены в таблице 3.

Режим работы Регулирование давления, регулирование потока газа
Аналоговый выход 4 канала: сигнал датчика вакуумного давления, сигнал клапана (0-10 В постоянного тока), положение клапана, опорное напряжение +10 В постоянного тока (10 мА)
Числовой вывод 8 каналов: открытый клапан, закрытый клапан, положение клапана, ошибка клапана, ошибка датчика, подготовка, расхождение, состояние датчика.
Аналоговый вход 2 канала: заданное значение вакуумного давления (стандартное значение), заданное значение расхода (стандартное значение)
Ввод числа 8 каналов: уменьшение потока, увеличение потока, внешнее закрытие, внешнее открытие, режим потока, режим давления, открытие нагнетания, открытие выпуска.
Характерный После отключения электроэнергии включите выходное напряжение, чтобы оно "достигло стандартного значения", после чего можно будет отрегулировать допуск.
Витрина мбар, Па, Торр, мВ
Язык английский, немецкий
Интерфейс связи RS232C, RS485

Тип контроллера Автоматический ПИ-регулятор: позволяет выбирать шаг регулировки скорости от 1 до 99.
PID: Пользователи могут задавать параметры.
Точность контроля ±5% FS датчик
Точность отображения ±0,2% от полной шкалы датчика
Источник питания Напряжение 90–250 В переменного тока
Масса 1,65 кг

Исходя из вышеупомянутых технических показателей контроллеров и опыта практического применения, можно сделать вывод, что контроллеры INFICON и Pfeiffer имеют следующие недостатки:

(1) Одноканальное измерение и управление: то есть, можно собрать только один сигнал вакуумметра и один регулирующий клапан. Хотя имеется множество аналоговых и цифровых входных и выходных каналов, можно выполнить только одно замкнутое управление. Этот одноканальный контроллер не сможет охватить широкий диапазон, для которого требуется два вакуумметра.

(2) Отсутствие функции саморегулирования ПИД-регулятора: Самый большой недостаток контроллеров INFICON и Pfeiffer заключается в отсутствии функции самонастройки параметров ПИД-регулятора, что создает неудобства в практических приложениях, требуя от пользователей самостоятельного поиска подходящих параметров ПИД-регулятора. Иногда оптимальные параметры ПИД-регулятора в итоге не удается получить, что серьезно влияет на эффективность управления.

(3) Низкая точность управления: Точность управления составляет ±5% от полной шкалы датчика, что, по сути, свидетельствует о том, что схема сбора и управления в контроллере использует 12-битные АЦП и ЦАП, что является ключевым фактором, определяющим точность управления.

3. Электронный клапан регулирования воздушного потока от KaoLu заменяет регулирующие клапаны INFICON и PFA.

Регулирующий клапан INFICON и Pfeiffer представляет собой типичный электронный клапан регулирования расхода воздуха, приводимый в движение шаговым двигателем. Его рабочие характеристики очень высоки. Единственный недостаток – малый диаметр открытия игольчатого клапана, что приводит к малому расходу воздуха. Кроме того, цена слишком высока.

Для замены газового регулирующего клапана и повышения его экономичности и производительности, компания KaoLu также использовала шаговый двигатель в технологии игольчатых клапанов для локализации производства и разработала серию электронных воздушных регулирующих клапанов с различными расходами. Как показано на рисунке 3, замена реализована полностью, а цена составляет всего одну треть от зарубежных аналогов. Подробные технические характеристики показаны на рисунке 4. Более подробная информация доступна по ссылке : https://ru.genndih.com/proportional-flow-control-valve.htm

(Рисунок 3. Электронный клапан регулирования воздушного потока FC компании KaoLu)

Модель ФК-20 ФК-120 ФК-300 ФК-1000
Тип клапана Игольчатый клапан

Струя воды из катушки
Диаметр

0,9 мм 2,25 мм 2,75 мм 4,10 мм
Исполнительный механизм Управление биполярным шаговым двигателем
Время отклика 0,8 сек (от открытия до закрытия)
Стандартный размер G1/8” G3/8”
Жидкость Инертный газ и жидкость
Контакт
Материалы
Нержавеющая сталь
Диапазон давления -1 ~ 7 бар -1 ~ 5 бар
Максимальный поток 50 л/мин при 7 бар 240 л/мин при 7 бар 290 л/мин при 7 бар 600 л/мин при 7 бар
Линейность ±2% ±0,1 ~ 1% ±0,2 ~ 5% ±11%
Повторяемость
(В полном масштабе)
±0,1%
Разрешение потока
(Длина шага)
0,1 л/мин 0,1 ~ 0,2 л/мин 0,2 ~ 0,75 л/мин 1 л/мин
Разрешение сдвига
(Длина шага)
12,7 мкм 25,4 мкм
Операционный
Температура
Диапазон
0 ~ 84°C
Тюлень Стандартные уплотнения из FKM или другие варианты.
Управляющий сигнал Постоянный ток: 0 ~ 10 В (или 4 ~ 20 мА)
Источник питания DC: 24 В (12 Вт)

(Рисунок 4. Технические показатели электронного клапана регулирования воздушного потока FC компании KaoLu)

3. Локализованный высокоточный двухканальный ПИД-регулятор заменяет контроллеры INFICON и PFA.

Для полного использования точности измерений вакуумметров (таких как емкостные пленочные манометры) требуется как минимум 16-битные аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи для сбора данных и управления контроллером. В последние годы компания KaoLu разработала серию высокоточных 24-битных универсальных ПИД-регуляторов серии FC, как показано на рисунке 5. Эта серия ПИД-регуляторов значительно превосходит зарубежные аналоги, но при этом стоит всего одну восьмую от цены зарубежных аналогов. Основные показатели её работы следующие:

(1) Точность: 24-битный АЦП, 16-битный ЦАП.

(2) Многоканальный: независимый 1-канальный или 2-канальный. 2 канала позволяют осуществлять одновременное измерение и контроль температуры и давления.

(3) Разнообразие выходных параметров: 47 видов входных сигналов (термопара, тепловое сопротивление, постоянное напряжение) позволяют одновременно тестировать, отображать и контролировать различные параметры.

(4) Многофункциональность: прямое, обратное, прямое и обратное двухстороннее управление.

(5) ПИД-регулирование: Усовершенствованный алгоритм ПИД-регулирования поддерживает дифференциальное и дифференциальное опережение зажигания. Имеется 20 групп ПИД-регуляторов.

(6) Переключение двух датчиков: Каждый канал может поддерживать переключение двух датчиков для высоких и низких температур, а также высокого и низкого вакуума. Два канала могут образовывать комбинацию управления с подключением в общей сложности четырех датчиков.

(7) Управление программой: Вы можете самостоятельно создать и сохранить до 20 программ конденсации, и вам нужно только выбрать и вызвать для запуска конденсации (режим управления программой).

При регулировании степени вакуума режим управления на выходе больше подходит для степени вакуума, близкой к атмосферному давлению, тогда как для регулирования степени вакуума менее 10 мбар требуется режим управления на входе воздуха выше по потоку. Поэтому для обеспечения полного регулирования степени вакуума можно использовать двухсенсорный и двухсторонний режим управления, как показано на рисунке 6.

В режиме управления, показанном на рисунке 6, необходимо использовать функции прямого и обратного управления, а также автоматического переключения двух датчиков двухканального контроллера серии FC-20, то есть в процессе управления различным давлением воздуха контроллер автоматически переключает соответствующий диапазон вакуумметра и выбирает соответствующий электронный клапан регулирования расхода воздуха для управления.

 2022-02-21