何时何地应用气动驱动

从伺服气动解决方案的商业化到高密度、现场总线联网阀门终端的开发，气动驱动在几年里取得了长足的进步。当制造商知道为什么、在哪里、什么时候应用气动驱动时，性能和效率就会提高，总体成本就会降低。技术的进步打破了关于压缩空气系统的传统神话，并提供了关于气动驱动如何适应当前控制架构的有用信息。

末端执行器集成

电动机器人和机电执行器通常用于处理需要复杂和灵活的运动控制的应用。如果处理系统是电动的，应用工程师可能会自动假设末端执行器也应该是电动的。这可能是一个昂贵的决定，因为许多应用程序更适合气动机械夹具或真空吸盘。

吸盘是处理不同尺寸、形状和表面光洁度的工件的理想选择，不需要高定位精度。一个例子是在包装过程中处理瓦楞和折叠纸箱材料或大量物品。吸盘也是处理精致物品的理想选择，如玻璃和新鲜农产品。使用真空的初始成本很低，只有杯子和真空发生器的价格。气动机械夹持器非常适合需要高速或高夹持力的应用。在一些高强度应用中，真空发生器的运行成本可能令人望而却步。相对简单的计算就能说明情况。

与电动夹持器相比，气动夹持器有几个优点和缺点。优点包括高夹持力，如上所述，重量更轻，物理尺寸更小，初始成本更低。缺点包括控制力、速度或定位的能力有限。气动夹持器的力可以通过改变操作压力来调节，这可以通过控制阀或模拟比例压力阀来实现。然而，如果需要有规律和精确的控制，电动夹持器的夹持力可能是更好的选择。气动夹持器的速度可以通过使用流量控制阀和调节工作压力来部分控制，但这种方法不精确，非常慢的速度不经历活塞的粘滑是无法实现的。

直冲式致动器

食品和饮料加工机械可以使用几种类型的执行机构，包括杆式，旋转，或无杆。杆式执行器是最常见的类型，因为它的多功能性，而且它本身是密封的，是冲洗环境的更好解决方案。气动杆式执行器由于成本低和大多数食品加工和包装应用不需要电动执行器的精确或灵活定位能力而广泛应用于食品和饮料行业。此外，电动执行器不像气动系统那样适合食品级和/或清洗环境，因为气动可以将相关电子设备安装在附近的机柜中，远离需要清洗的机器。电动执行器也可能需要食品级，这些执行器的供应商基数相对较小，限制了选择的数量。

有一个长期存在的误区，认为气动元件在食品和饮料应用中没有一席之地，因为压缩空气系统中携带有潜在的污染物。许多阀门制造商现在生产含有食品级润滑脂的特殊产品，其设计使与食品接触的压缩空气是安全的。这使得用户能够在接近食品和饮料产品的地方采用低成本的气动解决方案，同时仍然符合FDA的法规和规定。

多位置控制

当应用程序需要多个位置的执行器时，一些工程师可能会自动考虑电动执行器。然而，气动解决方案可以满足应用要求，与电动解决方案相比，最有可能节省成本。气动杆式执行器通常通过连续的端到端运动只提供两个位置，但它可以实现多达五个位置。这可以用一个多位置气缸来完成，这是一个由多达四个活塞杆和每个活塞的空气连接组成的驱动器。使用气动执行器实现多个位置的其他方法包括用于无杆执行器的中间停止模块，使用气动驱动机械标志来停止小车，背靠背安装两个杆式执行器，以及使用外部停止，如液压减震器。

如果需要真正的运动控制(多定位、速度和力控制)，则应考虑伺服气动。气动供应商提供了一种简单的伺服气动集成路线，依赖于与机器或生产线控制器联网的控制平台。气动伺服系统可以提供比电动伺服系统更高的推力。

精度极高，速度快

机电组件的新创新使今天的机器能够以越来越快的速度运行，同时保持极高的精度。通常气动不能满足这些定义标准。然而，并不是系统的所有方面都需要电驱动提供的精度。事实上，为每个任务指定机电组件会增加机器的成本和重量，而其他解决方案已经足够了。机电和气动的混合解决方案可以提供最好的:气动的成本效益和机电设备的速度和精度。例如，需要在x和y平面(其中两个轴)快速定位的三轴龙门架系统，可以用电力驱动来设置，以确保精确定位。然后在第三轴z平面上安装气动阀和气缸组合，z平面只需要提高或降低就可以拿起或放下物品。这种组合为整个龙门架解决方案提供了几个好处，包括降低成本和降低龙门架臂的重量，从而减少作用于机器其他部分的应变。

现场总线控制阀

当气动阀门最初设计为电动螺线管驱动时，每个螺线管都必须单独连接到控制单元。随着技术的进步，阀门端子可以通过多针或平带连接电缆的其他点对点连接进行布线和控制。

虽然这些连接是一种改进，但它们仍然限制了每个管汇使用的螺线管的数量，因为标准连接只有特定的尺寸，而且随着连接器尺寸的增加，成本也会增加。随着阀门控制技术的发展，现在可以集成现场总线通信技术。

这意味着每个终端可以包含大量的螺线管，在某些情况下多达128个螺线管。高密度有助于最大限度地减少机器的有效占地面积，并降低成本，因为用户不再需要安装尽可能多的阀门端子。现场总线解决方案还需要比传统系统更少的连接点。像这样的集成I/O终端还提供了直接从阀门终端捕获诊断信息的优势。此外，一些I/O终端可以直接将plc合并到其配置中，以进一步降低成本和系统中所需的网络丢弃数量。这些系统还具有额外的好处，可以最大限度地减少(如果不能消除)命令和阀门驱动之间的延迟时间，进一步提高阀门/过程的可重复性。

底线，气动和电动驱动不是一个非此即彼的命题。选择正确的单元或单元组合可以以较低的总体成本提高性能。

- Mike Guelker是Festo执行器产品经理，Troy Sanders是阀门产品专家;由CFE Media内容经理马克·t·霍斯克编辑，控制工程，设备工程,Consulting-Specifying工程师，mhoske@cfemedia.com．

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