شیر برقی پنوماتیک

سیستم‌های پنوماتیکی حضور پررنگی در سطح صنایع و طراحی سیستم‌های اتوماسیونی دارند. هوای فشرده ابزار قدرتمندی برای طراحی سیستم‌های خودکار است. در سطح صنایع از انواع عملگرهای پنوماتیکی مانند سیلندرهای هوای فشرده برای طی شدن بسیاری از عملیات‌های خودکار صنعتی استفاده می‌کنند. انواع شیر برقی پنوماتیک برای کنترل کارکرد عملگرهای پنوماتیکی طراحی ‌شده‌اند.

شیر برقی پنوماتیک عنصر میانی در طراحی سیستم‌های اتوماسیون شده است. این شیرها در حد فاصل میان سیستم‌های کنترلی و عملگرهای نهایی هستند. روش کار و همچنین دقت کارکرد شیر برقی پنوماتیک در عملکرد نهایی سیستم اتوماسیون صنعتی تاثیرگذار است. در این مطلب به کلیاتی از انواع شیر برقی پنوماتیک از اصول طراحی تا قابلیت‌های کاربردی آنها می‌پردازیم.

شیر برقی پنوماتیک چیست؟

شیر برقی پنوماتیک با هدف کنترل جریان هوای فشرده در طراحی سیستم‌های اتوماسیون و یا سیستم‌های عملکرد خودکار با هوای فشرده طراحی شده است. این شیرها وظیفه قطع و وصل، کنترل فشار، دبی، جهت و مقدار هوای عبوری در سیستم را بر عهده دارند. این شیرها از عملکرد الکتریکی برای کنترل جریان هوای فشرده برخوردار هستند. اما بسته به چگونگی تولید فرمان الکتریکی قابلیت بهره برداری دستی و اتوماتیک شده دارند.

شیر برقی پنوماتیک از دو بخش الکتریکی و مکانیکی تشکیل شده است. بخش الکتریکی یک سیم پیچ مغناطیس کننده است که با عنوان بوبین معرفی می‌شود. انواع بوبین این شیر‌ها در مدل‌های استاندارد ۲۲۰ ولت AC و یا ۲۴ ولت DC ساخته شده‌اند. سیگنال الکتریکی فرمان انواع شیر برقی توسط همین بوبین دریافت شده و از بخش مغناطیس شونده آن برای تغییر وضعیت شیر در بخش مکانیکی استفاده می‌شود.

بخش مکانیکی شیر برقی پنوماتیک نیز همان بدنه شیر است که دارای پورت‌هایی برای ورود و خروج هوای فشرده می‌باشد. این بخش در بلوک‌های مجزا طراحی شده است و با عملکرد بوبین موقعیت این بلوک‌ها جابجا می‌شود. 

طرز کار شیر برقی پنوماتیک

شیر برقی پنوماتیک یک نوع سوئیچ مکانیکی جریان هوا است که از عملکرد برقی برای کنترل خودکار و یا کنترل دستی برخوردار است. اگر چه انواع شیر برقی پنوماتیک متفاوت هستند؛ اما در کل طرز کار همگی آنها یکسان است.

فرمان عملکرد انواع شیر برقی پنوماتیک توسط سیگنال‌های الکتریکی صادر می‌شود. این سیگنال‌ها ممکن است خروجی هوشمند یک سیستم PLC باشند و یا به وسیله یک کلید ساده دستی و حتی انواع رله در برق صنعتی تولید شوند. روش تولید فرمان هر چه باشد، در نهایت این سیگنال تولید شده باعث تحریک بوبین شیر برقی پنوماتیک می‌شود. بوبین از خاصیت الکترومغناطیس برخوردار است که پس از تحریک بلوک‌های داخلی، انواع شیر برقی پنوماتیک را جابجا می‌کند. در ساده‌ترین حالت از این ترکیب برای قطع و وصل جریان هوای فشرده استفاده می‌شود. اما در طراحی شیرهای برقی پنوماتیک کنترل جهت هر بلوک برای عبور هدفمند هوای فشرده طراحی شده است که با جانمایی آنها مسیر گردش هوا در سیستم تغییر می‌کند. 

برخی از انواع شیر برقی پنوماتیک دارای فنر برگشت به موقعیت قبلی هستند. اما مدل‌های دو بوبین با هر بار تحریک بوبین‌ها موقعیت آنها پایدار است و با تحریک بوبین دیگر، به حالت قبلی باز می‌گردند.

انواع شیر برقی پنوماتیک

شیر برقی‌های کنترل جهت پنوماتیک (بادی) از لحاظ تعداد بوبین به دو مدل تک بوبین و دو بوبین و از لحاظ سایز بندی‌های پرکاربرد در سایزهای 1/4، 3/8، 1/2 اینچ دسته بندی می‌شوند. البته مدل سایزبندی ISO1, ISO2, ISO3 هم وجود دارد که شکلی متفاوت‌تر از مدل‌های شیر برقی کتابی دارند.

با این حال انواع شیر برقی پنوماتیک معمولاً با توجه به تعداد پورت و تعداد وضعیت از آن‌ها یاد ‌می‌شود که مدل‌های پرمصرف شامل موارد زیر است:

• شیر برقی پنوماتیک 2/2 (قطع و وصل)
• شیر برقی پنوماتیک 3/2
• شیر برقی پنوماتیک 5/2
• شیر برقی پنوماتیک 5/3

شیر برقی پنوماتیک 3/2

این شیر دارای دو حالت و سه پورت ورودی و خروجی هوای فشرده است. شیر برقی پنوماتیک 3/2 از نوع تک بوبین است که با روش بازگشت فنر طراحی شده است. یک حالت این شیر برای تزریق هوای فشرده در جک پنوماتیک و حالت دوم برای تخلیه هوای فشرده است. در شرایط عادی مسیر تخلیه فعال است. پس از تحریک بوبین و جابجایی بلوک‌ها مسیر تزریق هوای فشرده در جک پنوماتیک برقرار می‌شود. با حذف سیگنال بوبین حالت اولیه به وسیله فنر باز می‌گردد. شیر برقی‌های 3/2 در دو مدل نرمال بسته (NC) و نرمال باز (NO) تولید شده که مدل NC بیشترین کاربرد را در مدارهای پنوماتیکی دارد. از کدهای فنی معروف شیر برقی 3/2 کد ۳V۲۱0-0۸ (سایز1/4 اینچ) بوده که سازندگان چینی و تایوانی از سازندگان این مدل شیر برقی پنوماتیک با این کد هستند.

شیر برقی پنوماتیک 5/2

یک نوع شیر برقی پنوماتیک بسیار پرکاربرد است که دارای دو حالت و پنجم پورت ورودی و خروجی سیال است. در سمت ورودی ۳ پورت ( پورت P: هوای فشرده کمپرسور، پورت‌های A و B: مصرف کننده) و در سمت خروجی شیر دو پورت وجود دارد. از طرفی این شیرها تک بوبین هستند که با پایان یافتن تحریک بوبین حالت اولیه با استفاده از قدرت فنر باز می‌گردد. در هر یک از حالت‌ها دو مسیر عبور سیال هوای فشرده پیش‌ بینی شده است. یکی از این مسیرها رفت و پورت دیگری تخلیه است. از شیر برقی پنوماتیک 5/2 برای طراحی عملکرد سیلندرهای پنوماتیک استفاده می‌کنند. البته عملکرد جک به شکلی است که با تحریک بوبین حرکت کرده و با پایان یافتن سیگنال تحریک به حالت اولیه باز می‌گردد. 

در بعضی از مدارهای پنوماتیک از شیر برقی 5/2 دو بوبین استفاده می‌کنند. در این مدل برگشت اسپول شیر برقی هم با تحریک برق بوده و مکانیزم برگشت فنری حذف شده است.

شیر برقی پنوماتیک 5/3

شیر برقی پنوماتیک از جمله شیر‌های کاربردی در طراحی سیستم‌های اتوماسیون صنعتی است. این شیر‌ها دارای ۳ حالت مختلف و ۵ مدخل ورودی و خروجی هستند. این سه بلوک با حالت یکی برای تزریق هوای فشرده، یکی برای تخلیه و حالت میانی برای قطع تمامی جریان هوا است تا جک پنوماتیک در حالت دائمی باقی بماند.

شیر برقی پنوماتیک 5/3 بدون فنر بازگشت طراحی شده است و از نوع دو بوبین هستند. با تحریک هر یک از بوبین‌ها حالت شیر تغییر می‌کند و در صورت قطع تحریک بوبین این حالت باقی می‌ماند. در صورت تحریک بوبین دوم حالت شیر تغییر کرده و مسیر دیگری ایجاد می‌شود. مزیت این شیرها مستقل بودن عملکرد آنها از سیگنال فرمان بوبین است. زیرا در صورت قطع فرمان، شیر برقی پنوماتیک در حالت پایدار باقی می‌ماند. این شیر‌ها برای طراحی سیستم‌های پنوماتیک کنترل شده در حالت‌های پایدار استفاده می‌کنند. مدل های مصرفی شیر برقی پنوماتیک 5/3 در دو مدل وسط بسته و وسط باز بوده که مدل وسط بسته کاربرد بیشتری دارد.

• ولتاژ استاندارد و طراحی بوبین انواع شیر برقی پنوماتیک چه هستند؟

  برای طراحی بوبین‌ها از ولتاژهای استاندارد ۲۲۰ ولت AC و ۲۴ و یا ۴۸ ولت DC استفاده می‌کنند.

• پایه بلوکی (زیرشیری) در اتصال انواع شیر برقی پنوماتیک چیست؟

  گاهی برای طراحی سیستم‌های اتوماسیون صنعتی به تعداد چندین شیر برقی پنوماتیک نیاز داریم. از پایه‌های بلوکی برای جانمایی منظم این شیرها استفاده می‌شود. این پایه‌ها محل تغذیه تعداد زیاد شیر‌ها هستند.

• آیا رطوبت هوای فشرده در عملکرد شیرهای برقی پنوماتیک تاثیرگذار است؟

  بله، برای پرهیز از این مشکل می‌توان از فیلترهای پنوماتیک در مسیر خروجی کمپرسور استفاده کرد تا گرد و غبار، رطوبت و ناخالصی‌های موجود در هوای فشرده را حذف کرد.