فیلترها، رگلاتورها و روغن‌زن‌ها یا همان FRLها، قهرمانان بی‌ادعای دنیای پنوماتیک هستند. اگرچه به اندازه شیرها، منیفولدها، سیلندرها و عملگرهایی که حرکت ماشین را کنترل می‌کنند چشمگیر نیستند، اما نقش کلیدی در عملکرد تولید دارند. امروزه، شیرهای قطع و قفل‌کن نیز به مجموعه FRL اضافه شده‌اند که انتخاب آن‌ها را پیچیده‌تر می‌کند. همچنین این تجهیزات نقش حیاتی در ایمنی ماشین‌آلات دارند، به‌ویژه زمانی که برای تخلیه ایمن هوا یا جلوگیری از راه‌اندازی ناخواسته از شیرهای ایمنی استفاده می‌شود. انتخاب صحیح FRLها و انجام نگهداری اصولی می‌تواند هزینه‌های اولیه را کاهش دهد، طول عمر تجهیزات را افزایش دهد و عملکرد دستگاه را در محدوده مشخصات طراحی نگه دارد.
از سوی دیگر، روندهای نوین در اتوماسیون صنعتی نشان می‌دهند که واحدهای آماده‌سازی هوا به عناصر کلیدی در IIoT (اینترنت صنعتی اشیا) تبدیل شده‌اند. FRLهای پیشرفته می‌توانند متغیرهای حیاتی مانند جریان هوا، آلودگی و فشار را اندازه‌گیری کرده و داده‌های حاصل را برای تحلیل و تصمیم‌گیری هوشمند استفاده کنند.
FRL چیست؟
FRLها کنترل کیفیت و فشار هوا را در محل استفاده بر عهده دارند و قبل از شیرهای کنترل جهت، منیفولدها، سیلندرها و عملگرها در مسیر سیستم پنوماتیک قرار می‌گیرند. تقریباً تمام تجهیزات پنوماتیک نیاز به آماده‌سازی و تنظیم فشار هوا دارند.
نسل جدید FRLها از قطعات ماژولار تشکیل شده که به صورت سری در یک مجموعه نصب می‌شوند. معمولاً ترتیب قرارگیری آن‌ها به این صورت است: ابتدا شیر قطع، سپس فیلتر، بعد رگلاتور و در نهایت روغن‌زن.
- فیلترها انواع مختلفی دارند که آلودگی‌هایی نظیر روغن، ذرات جامد، رطوبت و بو را از هوای فشرده حذف می‌کنند.
- فیلترهای ذره‌ای (Particulate) با اندازه‌های منافذ ۵، ۲۵ یا ۴۰ میکرون، ذرات جامد را حذف می‌کنند.
- فیلترهای همگرا (Coalescing) برای حذف قطرات روغن و رطوبت استفاده شده و منافذ بسیار ریزی بین ۰٫۰۱ تا ۱ میکرون دارند.
- فیلترهای جذب‌کننده (Adsorption) که به‌ندرت استفاده می‌شوند، با زغال فعال، بو و بخارات باقی‌مانده روغن را حذف می‌کنند.
- روغن‌زن‌ها مقدار اندکی روغن تمیز را وارد جریان هوا می‌کنند. این روغن باعث تمیز شدن و محافظت از اجزای پایین‌دستی در برابر سایش و خوردگی می‌شود.
- رگلاتورها فشار ورودی هوا را برای سیلندرها و عملگرها تنظیم می‌کنند. با توجه به افت و نوسان فشار در خطوط هوای کارخانه، تنظیم دقیق فشار برای عملکرد مناسب و سریع دستگاه‌ها ضروری است. رگلاتور معمولاً کمی پایین‌تر از فشار هوای ورودی تنظیم می‌شود تا مصرف انرژی نیز بهینه گردد.
۶ نکته کلیدی در انتخاب FRLها
۱. شرایط محیطی
محیط نصب تاثیر مستقیم در انتخاب FRL دارد. برای نصب در فضای باز، باید به دمای محیط توجه کرد. در دماهای بسیار بالا یا پایین باید از قطعاتی با تحمل دمای مناسب استفاده شود. در محیط‌های دریایی، مقاومت در برابر خوردگی نمک حیاتی است. همچنین در محیط‌های شیمیایی یا خورنده، باید از قطعات با درزگیرهای خاص یا محفظه محافظ استفاده کرد.
۲. مشخصات فشار کاری
اگر فشار هوای کارخانه ۱۲۵ psi یا کمتر است، اکثر FRLهای استاندارد مناسب هستند. اما در سیستم‌هایی با فشار تا ۲۵۰ یا حتی ۳۰۰ psi باید از تجهیزات خاص با تحمل فشار بالا استفاده کرد.
۳. روانکاری (Lubrication)
اگر دستگاه نیاز به روغن‌کاری دارد، باید روغن‌زن در FRL گنجانده شود. روغن علاوه بر روانکاری، مانند شوینده عمل کرده و آلودگی‌ها را از سیستم می‌زداید. در این حالت استفاده از فیلتر ۵ میکرونی کافی است.
در صورت عدم نیاز به روغن‌کاری، استفاده همزمان از فیلتر ذره‌ای و فیلتر همگرا توصیه می‌شود.
۴. شیرهای قطع و قفل‌کن (Shutoff & Lockout Valves)
شیرهای قفل‌کن برای تخلیه هوا از سیستم و ایمن‌سازی دستگاه در زمان توقف یا ورود اپراتور به ناحیه خطر ضروری‌اند.
- شیرهای قطع در سمت ورودی FRL قرار می‌گیرند.
- شیرهای قفل‌کن در خروجی قرار دارند و ممکن است به صورت تخلیه سریع یا تخلیه نرم باشند.
این شیرها به‌راحتی در ساختار ماژولار FRL قابل افزودن هستند.
۵. دبی جریان هوا (Air Flow Rate)
FRL باید متناسب با دبی هوای موردنیاز ماشین انتخاب شود. محاسبه دقیق دبی کمی پیچیده است، اما اگر اشتباه انجام شود، عملکرد دستگاه دچار افت یا اتلاف انرژی می‌شود. به عنوان مثال:
اگر یک سیلندر ۲ اینچ قطر و ۲۴ اینچ کورس را بخواهید در ۵ ثانیه با فشار ۶۰ psi حرکت دهید، به دبی حدود ۲٫۵ scfm نیاز دارید. ولی اگر بخواهید همین حرکت در ۱۰۰ میلی‌ثانیه انجام شود، دبی به حدود ۱۳۵ scfm افزایش می‌یابد!
باید FRL را برای دبی پیک (بیشینه)، نه میانگین، انتخاب کرد. همچنین قطر پورت FRL را باید با پورت منیفولد یا سیلندر تطبیق داد.
۶. تعویض فیلتر
در بسیاری از کارخانه‌ها، فیلترها به موقع تعویض نمی‌شوند. این موضوع می‌تواند باعث افت عملکرد یا حتی خرابی ماشین شود. بهتر است برنامه‌های نگهداری پیشگیرانه برای تعویض منظم فیلتر اجرا شود. برخی FRLها نشانگر افت فشار (∆P) دارند که به صورت دیداری یا الکترونیکی زمان تعویض فیلتر را هشدار می‌دهند.روندهای نوین و نقش FRLها در IIoT
واحدهای آماده‌سازی هوا (FRL) در حال تبدیل شدن به اجزایی هوشمند در اینترنت صنعتی اشیا هستند. برخی مدل‌های جدید به حسگرهای فشار، دبی و حتی نشت هوا مجهز شده‌اند و می‌توانند عملکرد ماشین را پایش کرده، ناهنجاری‌ها را تشخیص داده و با تحلیل داده‌ها تصمیمات هوشمندانه‌تری اتخاذ کنند. برای مثال، می‌توان با مقایسه نمودار دبی فعلی با نمودار یک دستگاه نو، میزان افت عملکرد را بررسی کرد.
