Elektropneumatyczne urządzenia sterujące

Regulatory SMC ITV to urządzenia elektropneumatyczne, które zamieniają sygnał elektryczny (napięciowy lub prądowy) na proporcjonalne ciśnienie pneumatyczne. Umożliwiają one płynną, ciągłą regulację ciśnienia roboczego w układach automatyki, bez konieczności stosowania mechanicznych zaworów dławiących. To serce nowoczesnych systemów sterowania ciśnieniem.

Regulator ITV wykorzystuje wewnętrzny zawór elektromagnetyczny, który steruje dopływem powietrza na podstawie sygnału wejściowego (np. 0–10 V lub 4–20 mA). Wbudowany czujnik ciśnienia na bieżąco porównuje ciśnienie rzeczywiste z zadanym i poprzez układ elektroniczny koryguje otwarcie zaworu – tworząc pętlę sprzężenia zwrotnego. Dzięki temu regulator utrzymuje zadane ciśnienie z dokładnością do ±0,5% pełnej skali.

• Bardzo wysoka dokładność regulacji (do ±0,2% FS w modelach ITV3000),
• Szybka reakcja (<0,3 s),
• Brak histerezy typowej dla mechanicznych reduktorów,
• Możliwość zdalnego sterowania i programowania (np. z PLC),
• Wysoka powtarzalność i trwałość dzięki elektronicznemu sterowaniu zaworem.

Regulatory przyjmują standardowe sygnały sterujące:

• napięciowe: 0–5 V DC, 0–10 V DC,
• prądowe: 4–20 mA,
• cyfrowe (w wersjach IO-Link): 0–100% skali.

Zakres wyjściowego ciśnienia jest proporcjonalny do wartości sygnału wejściowego (np. 50% napięcia → 50% ciśnienia maksymalnego).

ITV00 to miniaturowy regulator o bardzo małej masie (ok. 120 g), przeznaczony do zastosowań precyzyjnych, np. w robotyce i pneumatyce laboratoryjnej. Seria ITV1000–3000 ma natomiast większe przekroje przepływu i zdolność regulacji większych objętości, dzięki czemu może kontrolować ciśnienie w układach produkcyjnych, prasie pneumatycznej czy systemach klejenia.

Jest to wersja do montażu blokowego, w której kilka regulatorów może być zainstalowanych na jednej płycie bazowej. Zasilanie pneumatyczne doprowadzane jest wspólnym kanałem w płycie, co pozwala na kompaktową zabudowę, łatwą rozbudowę i minimalizację przewodów. System ten umożliwia tworzenie tzw. bloków regulacyjnych wielokanałowych.

IITV20 to aluminiowa płyta montażowa, umożliwiająca połączenie od 2 do 10 regulatorów ITV w jeden moduł. Każdy kanał ma własne wyjście sterujące, ale wspólne zasilanie i zasilanie pneumatyczne. Dzięki temu można tworzyć zintegrowane układy sterowania ciśnieniem dla wielu stref roboczych – np. w systemach montażowych lub liniach testowych.

• krótsze czasy reakcji dzięki wspólnemu zasilaniu,
• uproszczone okablowanie i pneumatyka,
• mniejsze ryzyko nieszczelności,
• łatwiejszy serwis – można wymieniać poszczególne moduły,
• kompaktowość – oszczędność miejsca nawet do 40%.

Zamiast doprowadzania sprężonego powietrza, regulator steruje przepływem powietrza z układu próżniowego. Czujnik w regulatorze mierzy poziom podciśnienia, a zawór wewnętrzny moduluje dopływ powietrza atmosferycznego, utrzymując żądane wartości podciśnienia z wysoką stabilnością.

Dla większości modeli:

• czas wzrostu ciśnienia: 0,3–0,5 s,
• czas spadku: 0,2–0,4 s.

ITV00 i ITV1000 charakteryzują się szybszą reakcją dzięki małej objętości wewnętrznej, podczas gdy ITV3000 zapewnia stabilność przy dużych przepływach.

• sprężone powietrze (filtrowane, bezolejowe, 5 µm),
• gazy obojętne (np. azot),
• w wersjach specjalnych – powietrze jonizowane (dla cleanroom).

Regulatory nie są przystosowane do cieczy ani gazów korozyjnych.

• 0–0,1 MPa (ITV00, precyzyjne),
• 0–0,5 MPa,
• 0–0,9 MPa,
• 0–1,0 MPa,
• –100 kPa–0 (ITV209, podciśnienie).

Każdy model ma oznaczenie określające zakres pracy – np. ITV2000-03F2N oznacza wersję do 0,9 MPa.

• Dokładność regulacji: ±0,5% FS,
• Powtarzalność: ±0,2% FS,
• Histereza: <0,1% FS.

Dzięki wewnętrznej pętli sprzężenia zwrotnego, regulatory utrzymują stałe ciśnienie niezależnie od wahań zasilania i obciążenia.

Temperatura otoczenia: 0–50°C, Temperatura medium: 0–50°C, Wilgotność: <90% RH, Ciśnienie zasilania: maks. 1 MPa. Dopuszczalne są wibracje do 10 m/s², a wstrząsy do 100 m/s².

Powietrze powinno być filtrowane do 5 µm i osuszone. W systemach wymagających wysokiej precyzji (ITV00, ITV209) zaleca się dodatkowy filtr dokładny AFM lub filtr z osuszaczem AMG przed wejściem urządzenia.

• precyzyjne sterowanie siłą siłowników pneumatycznych,
• automatyczna regulacja docisku w procesach montażu,
• kontrola nacisku w prasach,
• dozowanie i malowanie natryskowe,
• sterowanie podciśnieniem w robotach pick & place,
• testowanie komponentów w systemach laboratoryjnych.

Tak, wszystkie modele mają wejścia analogowe zgodne z sygnałami PLC (0–10 V lub 4–20 mA). Wersje z IO-Link (oznaczenie –X5) umożliwiają dwukierunkową komunikację cyfrową, co pozwala na zdalne monitorowanie, diagnostykę i parametryzację.

• odczyt aktualnego ciśnienia w formie cyfrowej,
• zdalna zmiana wartości zadanej,
• automatyczna kalibracja po wymianie urządzenia,
• rejestracja błędów i czasu pracy,
• standaryzacja komunikacji z PLC (np. Siemens, Beckhoff, Omron).

Regulator należy montować w pozycji pionowej (portami do dołu lub w bok), w miejscu wolnym od wibracji i wilgoci. Zaleca się zastosowanie uchwytu montażowego ITV-B oraz zasilanie sprężonym powietrzem o czystości klasy ISO 8573-1:4-4-1. Przewody elektryczne należy prowadzić oddzielnie od przewodów zasilania silników, by uniknąć zakłóceń elektromagnetycznych.

• R1/8: 7–9 N·m
• R1/4: 12–14 N·m
• R3/8: 22–24 N·m
• R1/2: 28–30 N·m

Zbyt mocne dokręcenie może zdeformować gniazdo zaworu i spowodować mikronieszczelności, dlatego należy stosować klucze dynamometryczne i taśmę PTFE jedynie w modelach bez uszczelnienia fabrycznego.

Regulatory pracują przy napięciu 24 V DC (±10%). Maksymalne zużycie prądu wynosi:

• ITV00: 0,05 A,
• ITV1000/2000: 0,12 A,
• ITV3000: 0,15 A.

Zasilanie powinno być stabilizowane i chronione przed przepięciami. W układach PLC warto stosować wspólny punkt masy dla wszystkich urządzeń analogowych.

Regulator ma standardowe złącze 3-pinowe lub 4-pinowe M12 (w wersjach IO-Link). Pin 1 – zasilanie +24 V, pin 2 – sygnał sterujący (np. 0–10 V), pin 3 – masa, pin 4 – sygnał monitorujący (opcjonalnie). Dla sygnałów 4–20 mA stosuje się wersje z izolacją prądową, zapobiegającą wpływowi szumów.

Wszystkie modele ITV generują sygnał analogowy zwrotny (0–10 V lub 4–20 mA) odpowiadający aktualnemu ciśnieniu wyjściowemu. Umożliwia to zdalny monitoring wartości rzeczywistych, rejestrację trendów ciśnienia i kontrolę procesu przez sterownik PLC lub system SCADA.

Kalibrację wykonuje się przy pomocy źródła ciśnienia referencyjnego i generatora sygnału analogowego. Użytkownik ustawia sygnał 0% i 100%, odczytuje rzeczywiste ciśnienia i koryguje potencjometr OFFSET/GAIN (wewnętrzny). Modele IO-Link kalibrują się automatycznie po uruchomieniu.

• zdalne odczytywanie ciśnienia rzeczywistego,
• zliczanie godzin pracy,
• wykrywanie awarii zasilania,
• raportowanie błędów czujnika i przekroczeń zakresu,
• możliwość zdalnej parametryzacji progu alarmowego.

Diagnostyka cyfrowa znacząco skraca czas serwisu i konserwacji.

• brak filtracji powietrza (zanieczyszczenia blokują zawór sterujący),
• podłączenie przewodów odwrotnie (P↔R),
• zasilanie o niewłaściwym napięciu,
• brak odpowietrzenia przed demontażem,
• zbyt mała średnica przewodu zasilającego.

Każdy z tych błędów może prowadzić do niestabilności ciśnienia lub całkowitej awarii.

SMC zaleca stosowanie:

• bezpiecznika 1 A na linii zasilania,
• filtra przeciwzakłóceniowego RC,
• uziemienia (100 Ω max),
• separacji sygnałów sterujących od kabli zasilających silniki.

Chroni to elektronikę sterującą przed przepięciami indukowanymi przez styczniki i przetwornice częstotliwości.

• Zielony LED: zasilanie OK,
• Pomarańczowy LED: aktywny sygnał sterujący,
• Czerwony LED: błąd układu lub przekroczenie zakresu.

W modelach IO-Link status przesyłany jest również cyfrowo do systemu nadrzędnego.

• Korpus: odlew aluminiowy anodowany,
• Elementy pneumatyczne: mosiądz niklowany lub stal nierdzewna,
• Uszczelnienia: NBR, FKM (dla wersji wysokotemperaturowych),
• Pokrywa elektroniki: żywica epoksydowa odporna na UV.

Dzięki temu regulatory są trwałe, lekkie i odporne na korozję.

Urządzenia nie mogą być narażone na mgłę olejową, korozję chemiczną lub bezpośredni kontakt z wodą. Dla środowisk agresywnych SMC oferuje wykonania o podwyższonej szczelności – IP65 (ITV2000-X260) i IP67 (ITV3000-X369).

• montaż na płycie bazowej (dla wersji X26),
• uchwyt boczny ITV-B,
• wspornik ITV-C do ściany,
• montaż na szynie DIN (w modelach z adapterem).

Wybór zależy od dostępnej przestrzeni i typu instalacji pneumatycznej.

Regulatory spełniają normę IEC 60068-2-6 – odporność na drgania do 10 m/s² (10–60 Hz) i wstrząsy do 100 m/s². W aplikacjach mobilnych zaleca się amortyzację silikonową lub montaż elastyczny.

W przypadku utraty napięcia, regulator zamyka dopływ powietrza i utrzymuje ostatnie ciśnienie wyjściowe przez krótki czas (dzięki zaworowi zwrotnemu wewnętrznemu). Po ponownym zasileniu następuje automatyczna kalibracja i przywrócenie wartości zadanej.

Reduktor mechaniczny reaguje na zmiany manualne (obrót pokrętła) i ma dużą bezwładność. Regulator elektropneumatyczny sterowany sygnałem analogowym reaguje natychmiast, pozwala na automatyzację procesu i utrzymuje stabilne ciśnienie bez udziału operatora.

• podłączenie manometru kontrolnego,
• symulacja sygnału 0–10 V i obserwacja proporcji zmian ciśnienia,
• weryfikacja stabilności przy stałym obciążeniu,
• pomiar sygnału wyjściowego (feedback) oscyloskopem.

Odchylenia >5% świadczą o potrzebie kalibracji lub zanieczyszczeniu zaworu.

SMC deklaruje trwałość powyżej 50 milionów cykli pracy lub ponad 30 000 godzin ciągłej regulacji. Przy odpowiedniej filtracji powietrza i stabilnym zasilaniu elektronicznym urządzenia te mogą działać ponad 10 lat bez utraty parametrów.

• utrzymywać czystość medium,
• unikać skokowych zmian ciśnienia,
• nie przekraczać maksymalnego przepływu,
• regularnie sprawdzać połączenia pneumatyczne,
• przeprowadzać kalibrację co 12–18 miesięcy.

• ITV-X26 – montaż blokowy,
• ITV-X369 – wersja IP67,
• ITV-X3A – z IO-Link,
• ITV-X5G – dla gazów specjalnych,
• ITV209 – dla podciśnienia.

Wersje specjalne są projektowane pod konkretne branże: automotive, elektronika, farmacja.

Dobór zależy od:

• wymaganego zakresu ciśnienia,
• przepływu medium,
• rodzaju sygnału sterującego,
• środowiska pracy (IP, temperatura),
• rodzaju montażu (pojedynczy / blokowy).

Dla siłowników małych wybiera się ITV1000, dla dużych pras pneumatycznych – ITV3000.

Dla pełnego zakresu ciśnienia:

• ITV00: 100–200 ms,
• ITV1000: 300 ms,
• ITV2000: 500 ms,
• ITV3000: 600 ms.

Wartości te zależą od objętości obciążenia pneumatycznego.

• przemysł motoryzacyjny (prasy, spawanie punktowe),
• robotyka i automatyzacja montażu,
• elektronika (kontrola docisku),
• medycyna i farmacja,
• lotnictwo,
• przemysł spożywczy i opakowaniowy.

• uproszczenie konstrukcji systemu,
• wspólne zasilanie i odpływ,
• szybszy montaż i serwis,
• redukcja przewodów i złącz,
• możliwość sterowania wieloma strefami ciśnienia jednym sterownikiem.

• automatyczne odcięcie dopływu w przypadku awarii zasilania,
• zabezpieczenie przed odwrotną polaryzacją,
• funkcja „Fail-Freeze” – utrzymanie ostatniego ciśnienia,
• kontrola błędów wewnętrznych przez mikroprocesor.

Ponieważ łączą precyzję sterowania, trwałość, integrację cyfrową i niezawodność w jednym urządzeniu. Dzięki modułowej konstrukcji (IITV20), szerokiemu zakresowi modeli (ITV00–3000) i opcji dla podciśnienia (ITV209), systemy te są uniwersalnym rozwiązaniem dla każdej aplikacji, w której kluczowa jest kontrola ciśnienia – od mikroautomatyki po ciężkie procesy przemysłowe.