تتميز الأنظمة الهيدروليكية بعمر خدمة طويل، لكنها ليست بكفاءة الأنظمة الكهربائية. كما توفر الأنظمة الكهربائية تحكمًا دقيقًا في الموضع والسرعة والسرعة القصوى، مع تشغيل أكثر كفاءة. وتعمل هذه الأنظمة في بيئة مغلقة لتسهيل جمع البيانات، وهي عمليًا لا تحتاج إلى صيانة.

في الواقع، مع تطور قدرة المشغلات الكهربائية ذات القضبان على توليد قوى تضاهي تلك التي توفرها الأنظمة الهيدروليكية المتطورة، ستصبح بدائل عملية للأنظمة الهيدروليكية في العديد من التطبيقات. وسيساعد تقييم القدرات والقيود ومواءمتها مع أهداف النظام على تحديد الخيار الأمثل للتطبيق.

لعقود طويلة، كانت الأسطوانات الهيدروليكية هي التقنية الوحيدة المجدية لتطبيقات القوة العالية. تتميز الأنظمة الهيدروليكية بمتانتها وسهولة تركيبها نسبيًا، بالإضافة إلى انخفاض تكلفتها لكل وحدة قوة. فلا عجب أن الأسطوانات الهيدروليكية كانت الخيار الأمثل.بحكم الواقعخيار مثالي لتشغيل أي جسم ثقيل تقريبًا يجب تحريكه في خط مستقيم، سواء كان ذلك بسرعة أو ببطء، لأعلى أو لأسفل ... بما في ذلك مكابس المعادن، وأحزمة النقل، والرافعات، والمناشير، وغيرها الكثير.

تُعدّ المحركات الكهربائية ذات القضبان (والتي تُسمى أحيانًا بالأسطوانات الكهربائية) أحدث تقنيات الحركة التي تُقدّم بديلاً للأنظمة الهيدروليكية. وتتميز هذه المحركات بمرونة ودقة وموثوقية أعلى نسبيًا، مع قدرات قوة متزايدة باستمرار.

إن فهم مزايا الأنظمة الكهربائية مقارنةً بالأنظمة الهيدروليكية سيساعد في تحديد الخيار الأمثل للتطبيق. إضافةً إلى ذلك، فإن فهم بعض النصائح المهمة للتحويل يضمن الانتقال السلس من التطبيقات الهيدروليكية إلى التطبيقات الكهربائية.

الهيدروليكا: تقنية قديمة ذات بعض العيوب

يعرف المشغلون كيفية الحفاظ على تشغيل آلاتهم الهيدروليكية بكفاءة. ومع ذلك، توجد تحديات وعيوب. ففي الأنظمة الهيدروليكية، لا يتعلق الأمر بما إذا كانت ستتسرب أو تتعطل، بل متى سيحدث ذلك. عملية التنظيف فوضوية وتستغرق وقتًا طويلاً. وقد يتطلب الأمر التخلص من أجزاء أو منتجات الإنتاج. كما تحتاج الأنظمة الهيدروليكية إلى مساحة كبيرة نسبيًا للضاغط، بالإضافة إلى الصيانة الدورية والتغيير اليدوي. علاوة على ذلك، تُصدر الأنظمة الهيدروليكية ضوضاء، وقد تتأثر بتقلبات درجات الحرارة، ولا تتمتع بقدرات دقيقة متعددة المواضع، وتعمل بنظام الحلقة المفتوحة، مما يُعقّد عملية جمع البيانات لاستخدامها في أنظمة التحكم بالآلات.

مشغلات كهربائية لتحسين التحكم في الحركة

السبب الرئيسي لاختيار المهندسين لنظام المشغل الكهربائي بدلاً من نظام الأسطوانة الهيدروليكية هو مرونة قدرات التحكم في الحركة:

1. التحكم في الموضع — إلى مواضع متعددة بدقة
2. التحكم في السرعة
3. التحكم في التسارع والتباطؤ
4. التحكم الدقيق في قوة الإخراج
5. تحكم متطور وفوري في جميع متغيرات الحركة هذه.

تتيح المشغلات الكهربائية، المقترنة بنظام محرك مؤازر ونظام محرك، تحكمًا لا نهائيًا في الموضع ... وتتجاوز الدقة والتكرارية تلك الخاصة بالأنظمة الهيدروليكية بكثير.

تتفوق الأنظمة الهيدروليكية القياسية في تطبيقات تحديد الموضع من البداية إلى النهاية، لكن تحديد الموضع في منتصف الشوط باستخدام هذه الأسطوانات أكثر تعقيدًا، ويتطلب صمام تحكم ومساعدة المشغل. يتم تحديد الموضع في منتصف الشوط بنظام الحلقة المفتوحة، ويتطلب من المشغل تحديد الموضع المقبول. علاوة على ذلك، تتم مراقبة التحكم في السرعة من خلال صمام تحكم، ويتطلب ذلك أيضًا من المشغل ضبط السرعة المناسبة للتطبيق، مع العلم أن الوصول إلى إعداد سرعة دقيق غالبًا ما يكون صعبًا.

بمجرد ضبط سرعة التشغيل، يتم تنظيم قوة الضغط المطلوبة من الأسطوانة الهيدروليكية عبر صمام الضغط. وكما هو معتاد، يتطلب هذا عادةً من المشغل ضبط القوة المستهدفة يدويًا. علاوة على ذلك، تتأثر دقة الأسطوانة الهيدروليكية في تحديد الموضع والسرعة والقوة سلبًا بتآكل الأختام، والتسريبات، وانخفاض الضغط، والارتفاعات المفاجئة في الضغط الناتجة عن المضخة، بالإضافة إلى عوامل أخرى متعلقة بالصيانة. من الصعب تحقيق أداء ثابت ومتكرر يوميًا أو شهريًا (ناهيك عن سنويًا) في بيئات الإنتاج التي تتغير فيها جودة الزيت ولزوجته بتغير درجة الحرارة. لذلك، يتطلب الوصول إلى مستوى الأداء المستهدف تدخلًا مستمرًا من المشغل.

التحكم في السرعة من الدرجة المؤازرة دقيق

تتعدد مزايا المحركات الكهربائية عند دمجها مع أنظمة التحكم المؤازر. تتوفر وحدات التحكم المؤازرة القادرة على التحكم في محاور متعددة بسهولة كمكونات جاهزة. ويمكن تنسيق وحدات التحكم والمحركات الكهربائية بسهولة (وبتكلفة معقولة) في تكوينات معقدة متعددة المحاور. يتم التحكم بدقة وبشكل مستمر في سرعة محرك كهربائي واحد أو أكثر، ويمكن الانتقال بسلاسة من سرعة إلى أخرى دون توقف أو تجاوز المواضع المستهدفة.

بالإضافة إلى ذلك، يمنع التحكم المؤازر في التسارع والتباطؤ المحركات الكهربائية من الاصطدام بنقاط توقف حادة أو بدء التشغيل المفاجئ. وهذا بدوره يقلل الضغط على عناصر هيكل الآلة، ويغني عن الحاجة إلى تصميم هياكل بالغة المتانة لتحمل أحمال الصدمات. ستكون جميع الحركات سلسة، مما يسمح للمحركات الكهربائية بتوفير حركة سلسة للعمليات بالغة الأهمية حيث تكون اهتزازات الآلة غير مقبولة أو قد تحد من سرعة العملية.

في أنظمة المؤازرة، تُتحكم قوة خرج المشغل عبر التيار المُدخل إلى محرك المؤازرة. ولأن وحدات التحكم في المؤازرة تتميز بتحكم دقيق في التيار، فإن جميع المشغلات الكهربائية تقريبًا توفر تحكمًا دقيقًا وقابلًا للتكرار في قوة الخرج عند نقطة العمل.

من الميزات المهمة الأخرى للمشغلات الكهربائية قدرتها على توفير تحكم قابل للبرمجة في جميع متغيرات ملف تعريف الحركة. ونتيجة لذلك، يقتصر تدخل المشغل على تصميم واجهة المستخدم الرسومية (u-front design) لإدراج متغيرات الأداء المستهدفة في بيئة برمجة وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) أو أي وحدة تحكم أخرى. وبمجرد ضبطها، تتكرر العملية يوميًا وشهريًا وسنويًا. ويمكن لشاشات واجهة المستخدم الرسومية (HMI) الموجودة على المعدات عرض (وإمكانية تعديل) الموضع والسرعة والقوة والتسارع والتباطؤ في أي وقت لتحقيق أقصى قدر من مرونة الآلة.