직동형 액추에이터, 역동형 액추에이터 중 어떤 것을 선택해야 할까요? 실수를 피하세요.

공정 제어는 제어 신호가 제어 밸브와 액추에이터를 통해 움직임으로 변환되어야 하므로 안정적인 자동화에 크게 의존합니다. 적절한 액추에이터를 선택하면 안전 수준과 운영 효율성 및 긴 수명이 결정되어 전체 밸브 수명에 기여하는 반면, 잘못된 선택은 비용이 많이 드는 문제와 안전 위험을 초래하여 제품 손실 또는 생산 안전이 손상될 수 있습니다. 이 선택 가이드는 직동 밸브와 역동 밸브 중에서 선택하는 데 필요한 필수 정보를 제공하는 동시에 신뢰할 수 있는 밸브 시스템을 보장하는 일반적인 오류를 방지하는 방법을 보여줍니다.

액추에이터 동작 유형 이해

입력 제어 신호 수정에 대한 각 액추에이터의 기계적 반응은 미리 결정된 "동작 유형"에서 비롯됩니다. 시스템의 '두뇌'는 입력 신호를 활용하여 액추에이터의 임무에 대한 명령을 제공합니다. 동작 유형은 액추에이터가 내부 '근육' 구성 요소를 통해 명령을 물리적 움직임으로 변환하는 방법을 설정합니다.

동작 유형의 기본 개념은 공압, 유압, 전기 등 세 가지 주요 공정 제어 액추에이터 범주 모두에 존재합니다. 입력 신호 변화와 그에 따른 물리적 움직임 사이의 근본적인 연결은 전원과 내부 구성 요소가 다르더라도 적절한 장치를 선택할 때 핵심적인 분류 요소로 작용합니다.

직접 작동식 액추에이터

직접 작동(DA) 액추에이터는 제어 신호와 그에 따른 출력 움직임 사이의 직접적인 관계를 통해 작동합니다. 밸브 스템 위치 또는 회전 각도일 수 있는 액추에이터 출력은 제어 신호가 지정된 작동 범위 내에서 상승하면 그에 비례하여 증가합니다.

일반적인 공압식 DA 액추에이터는 다이어프램 또는 피스톤의 공기압이 상승하면 스템을 리턴 스프링과 공정 부하 모두에 대해 더 멀리 밀어내어 반응합니다. 기압이 증가하면 열리는 스템 작동식 밸브에 연결하면 밸브가 더 많이 열립니다. 전기 DA 액추에이터에서 증가하는 전기 신호(4-20mA 전류)는 전자 명령으로 변환되어 밸브를 최대 이동 위치(0% ~ 100% 개방)로 구동합니다.

역동형 액추에이터

역방향 작동(RA) 액추에이터는 입력 신호가 증가하면 그에 비례하여 출력 동작이 감소하는 관계를 통해 작동합니다. 액추에이터의 출력 동작은 작동 범위 전체에서 제어 신호가 증가함에 따라 비례적으로 감소합니다.

표준 공압 RA 액추에이터는 공기 챔버와 관련하여 스프링을 배치하는 내부 설계 요소를 갖추고 있어 공기압이 상승하면 액추에이터 스템이 밸브 개방과 반대 방향으로 움직입니다. 이 구성에 연결된 밸브는 기압 상승으로 인해 스템이 지정된 방향으로 움직일 때 더 많이 닫힙니다. 전기 입력 신호가 증가하면 전기 RA 액추에이터가 밸브가 더 낮은 이동 위치(100% 개방에서 0% 폐쇄로)로 이동하라는 명령을 이해하게 됩니다.

직동 액추에이터와 역동 액추에이터: 차이점은 무엇인가요?

이 두 가지 액추에이터 유형은 작동 원리가 크게 다르면서도 뚜렷한 고장 동작 패턴을 보입니다. 애플리케이션의 성공을 위해서는 이러한 차이점을 완전히 인식해야 합니다. 주요 차이점은 신호 해석 방법과 제어 신호 또는 전원 장애 시 기본 동작에서 나타납니다.

두 기기의 근본적인 차이점은 다음 차트에 자세히 나와 있습니다:

기능	직접 연기(DA)	리버스 액팅(RA)
입력 신호 대 동작	신호 ↑ → 조치 ↑	신호 ↑ → 조치 ↓
일반적인 공압 반응	공기압 증가 → 더 개방/확장됨	공기압 증가 → 더 많이 닫힘/닫힘
일반적인 페일 세이프 결과(공압 스프링 리턴)	일반적인 스프링 리턴 설계 및 밸브 동작과 함께 사용할 경우 종종 FC(Fail-Close)가 발생합니다.	일반적인 스프링 리턴 설계 및 밸브 작동과 함께 사용할 경우 종종 페일오픈(FO)이 발생합니다.
예시(밸브)	신호 증가 → 밸브 개방	신호 증가 → 밸브 닫힘
I/O 곡선(단순화)	양수 기울기	음의 기울기

이 표는 표준 공압식 페일 세이프 작동(DA의 경우 FC, RA의 경우 FO)을 보여 주지만 전기 및 유압식 액추에이터 페일 세이프에는 DA/RA 로직이 필요하지 않습니다. 페일 세이프 메커니즘은 스프링 및 백업과 같은 설계 요소와 정상 신호 동작과 독립적으로 FC, FO 또는 페일-라스트 작동을 가능하게 하는 구성에 따라 달라집니다. 페일 세이프 결과가 공압 로직에 의해 결정되더라도 정상 제어 중 신호-작동 관계는 DA/RA에 의해 정의됩니다.

필요에 맞는 액추에이터를 선택하는 방법

적절한 액추에이터를 선택하려면 관련 밸브의 특정 유형을 고려하여 애플리케이션 서비스 요구 사항과 시장에서 사용 가능한 옵션 간의 체계적인 평가가 필요합니다.

요구 사항 평가: 초기 선택 프로세스는 안전 및 프로세스 안정성을 기반으로 개방-실패 또는 폐쇄-실패 또는 최종-실패 설계 선택을 결정하는 제어 기능 및 안전 기능을 포함하여 밸브 프로세스 애플리케이션의 모든 측면을 이해하는 것으로 시작됩니다. 사용 가능한 제어 신호와 전원(공기, 전기, 유압)에 따라 필요한 액추에이터 기술이 결정됩니다. 온도 및 압력, 매체 유형과 같은 공정 조건은 밸브 및 액추에이터 요구 사항을 모두 결정하므로 신중하게 평가해야 합니다.

관련 요구 사항: 시스템은 요구 사항을 적절한 작업 유형 및 기술과 일치시키는 작업을 수행해야 합니다. 작동 안전에 대한 기본 요구 사항은 일반적으로 중요한 페일 세이프 상태를 달성해야 합니다. 신호/전원 손실 시 페일 클로즈 작동은 표준 솔루션으로 공압식 직접 작동 액추에이터를 사용하여 달성할 수 있습니다. 페일오픈 애플리케이션에는 공압 역동 액추에이터의 일반적인 구현이 필요합니다. 전기 및 유압 액추에이터를 검사하여 FC/FO 요구 사항을 충족하는 페일 세이프 기능(스프링, 배터리, 어큐뮬레이터)이 포함된 모델을 식별해야 합니다. 표준 전기 시스템과 특정 유압 시스템은 페일-라스트가 허용되는 옵션일 때 함께 작동합니다. 마지막 단계에서는 선택한 액추에이터 및 밸브 조합에 정상 작동 신호-작동 로직을 통합해야 합니다.

적용 예시: 페일-클로즈 요구 사항이 있는 가스 라인의 ESD 밸브에 대한 표준 솔루션은 공압 DA 액추에이터와 폐쇄 밸브로 구성됩니다. 환기 밸브는 공기압이 실패할 때 페일-오프 요구 사항을 충족하기 위해 공압 RA 액추에이터와 개방 밸브가 필요합니다. 중요한 냉각수 밸브는 정전 시 페일오픈 기능이 필요하므로 배터리 백업 기능이 있는 전기 액추에이터를 사용합니다.

일반적인 선택 실수 및 그 이유

직동식 액추에이터와 역동식 액추에이터 사이의 선택은 종종 광범위한 실수로 이어져 부적절한 밸브 작동과 불안정한 제어 시스템, 특히 비상 정지 또는 공정 중단 시 위험한 상황을 초래하여 제품 손실 또는 생산 안전을 저해할 수 있는 결과를 초래합니다. 선택 오류는 주로 사용자가 기본 개념을 이해하지 못하거나 특정 기능 조합의 효과를 잘못 판단하는 등 종합적인 적용 평가를 소홀히 하기 때문에 발생합니다.

사람들은 일반적으로 공압식 전기 또는 유압식 액추에이터 기술을 고려하지 않고 직동식 액추에이터는 닫힌 위치에서 고장 나고 역동식 액추에이터는 열린 위치에서 고장 난다고 가정하여 이러한 오류를 범합니다. 대부분의 스프링 리턴 공압식 액추에이터의 표준 페일 세이프 작동은 페일 클로즈/페일 오픈 패턴을 따르지만 전기 및 유압식 액추에이터는 신호 동작 방향과 독립적으로 작동하는 페일 세이프 옵션을 제공합니다. 중요한 상황에서 페일-클로즈 대신 페일-라스트 설계가 적용된 전기 DA 액추에이터를 사용하는 것은 예방 가능한 중대한 실수입니다.

엔지니어가 필요한 페일 세이프 상태를 명확하게 정의하지 않고 정상 작동 제어 로직("신호가 높을 때 밸브가 열리기를 원합니다")만 지정할 때 오류가 발생합니다. 페일 세이프 위치는 두 시스템이 서로 모순될 때 정상 제어 로직보다 우선하기 때문에 올바른 동작 유형을 선택하는 주요 결정 요인으로 작용합니다. 전원 또는 신호 손실이 발생할 때 필요한 정확한 상태 정의를 생략하면 위험한 기본 동작이 발생합니다(Fail-Open, Fail-Close, Fail-Last).

작업자가 밸브의 고유한 동작에 대한 완전한 지식이 부족하여 제어 밸브를 잘못 페어링하면 시스템 응답이 복잡해집니다. 일부 제어 밸브는 외부 작동 없이 내부 구성 요소 동작에 따라 "에어 투 오픈" 또는 "에어 투 클로즈" 작동이 필요합니다. 시스템 응답 및 페일 세이프 결과는 액추에이터와 밸브의 결합된 작동으로 인해 발생합니다. 공압식 역동 액추에이터를 "공기 대 개방" 밸브에 연결하면 쉽게 해석하기 어려운 복잡한 시스템 응답이 발생할 수 있습니다.

액추에이터-밸브 시스템 조화

액추에이터는 밸브와 밸브 자체를 포함하는 필수 시스템의 일부로 작동합니다. 자동화된 밸브 어셈블리는 두 필수 구성 요소 간의 완벽한 조정을 기반으로 작동합니다. 조화로운 작동을 위해서는 적절한 액추에이터 동작 유형을 선택하는 것 이상으로 기계 요소와 신호 전송 간의 완벽한 조화와 동력원 기술에 따라 달라지는 성능 특성이 요구되기 때문에 그 이상의 것이 필요합니다.

의도한 작업을 시스템 성능으로 전환하기: 중요한 적합성

직동식 또는 역동식 액추에이터 중 선택에 따라 제어 신호와 밸브 위치 조정 간의 관계가 결정됩니다. 시스템 신뢰성은 중요한 페일 세이프 상태를 달성하기 위해 액추에이터와 밸브 간의 물리적 및 기능적 정렬에 따라 달라집니다.

여기에는 다음이 포함됩니다:

기계적 누수 및 트래블 매칭: 액추에이터 출력 샤프트 또는 스템이 밸브 스템 또는 샤프트에 연결되는 적절한 인터페이스가 있어야 하며, 일반적으로 액추에이터 동작이 필요한 밸브 움직임으로 변환되도록 힌지 형태로 연결해야 합니다. 이렇게 하면 회전을 밸브 본체 내의 움직임으로 변환하고 클램프 링과 같은 연결 방법도 잠재적인 문제를 일으킬 수 있습니다. 선형 밸브에는 스트로크 길이가 있고 회전 밸브에는 회전 각도가 있으며, 둘 다 완전히 닫힌 밸브에서 완전히 열린 밸브까지의 이동을 위해 정렬된 매개 변수와 절대적으로 일치해야 합니다. 액추에이터와 밸브가 직접 또는 역방향으로 결합된 경우 트래블 연결이 없으면 완전 개폐가 이루어지지 않습니다. 원하는 제어 위치를 제어할 수 없는 경우, 제어 동작 유형은 팟으로 인해 가능한 로직이 되고 페일 세이프 위치에 도달하지 않으면 동작 로직이 안전에 의존하는 동작이 손상됩니다.

성능 호환성(추력/토크): 액추에이터는 모든 공정 파라미터에서 밸브를 안정적이고 원활하게 작동할 수 있는 충분한 선형 추력 또는 회전 토크를 발휘해야 합니다. 액추에이터는 밸브 디스크/볼/플러그 위치와 밸브 시트에 작용하는 힘 사이에 존재하는 차압을 관리하면서 정적 및 동적 마찰력을 모두 극복할 수 있어야 합니다. 제어된 압력 한계 내에서 변조 및 페일 세이프 작동을 수행하여 압력 충격의 위험을 완화해야 합니다. 필요한 전력에 따라 성능 기능이 결정됩니다. 이러한 맥락에서 액추에이터의 성능은 바람직하지 않고 향상된 성능을 제공합니다. 소형 액추에이터는 직접/역방향 동작을 명령하는 데 필요한 전력에 도달할 수 없으므로 페일 세이프가 비활성화됩니다.

신호 인터페이스 무결성: 제어 신호를 전송하려면 신뢰성과 호환성을 위해 공압 또는 유압 튜브와 전기 배선/버스를 안전하게 연결해야 합니다. 액추에이터 구성(직접 또는 역방향)에 관계없이 신호 인터페이스에 오류가 발생하면 주어진 신호를 실행하지 못합니다.

요컨대, 신경 입력을 통해 제공되는 명령은 물리적으로 수행되는 동작 출력으로 설명할 수 있지만, 동작 안전 로직에 캡슐화된 긍정 및 부정 신체 조정 간의 상호 작용이 신체 실행 민첩성을 정의합니다. 이러한 오작동은 시스템이 선택된 동작에 따라 도달해야 하는 제어 위치에 도달하지 못하거나 제어 상태에서 미리 결정된 페일 세이프 위치를 유지하여 기본 선택 모드가 직접 또는 역논리가 강력한 안전 메커니즘 선택을 압도하는 경우에도 제어 결과 경첩이 작동하지 않음을 의미합니다.

고품질 액츄에이티드 밸브를 위한 빈서와의 파트너십

자동화된 밸브 시스템의 성능에 대한 신뢰성을 확보하려면 일관된 구성 요소의 상호 작용과 본질적인 우수성이 필요합니다. 이것이 바로 빈서 밸브의 전문 분야입니다. 빈서는 2010년부터 최고의 자동화 밸브 솔루션을 전문으로 해왔으며 시스템의 조화를 매우 잘 이해하고 있습니다. 자동화 분야에서 널리 사용되는 전기 작동식 밸브, 공압 작동식 밸브, 솔레노이드 밸브 등 신뢰할 수 있는 자동화 제어를 위한 가장 중요한 부품을 제공합니다. 신뢰할 수 있는 설계로 유명한 공압 시트 밸브를 포함하여 다양한 유형의 밸브를 포괄하는 포괄적인 제품군을 제공합니다.

빈서는 품질에 대한 끊임없는 노력을 통해 긴 서비스 수명과 밸브 수명을 보장합니다. 고급 정품 부품 선택부터 다단계 품질 관리(QC) 검사 수행(완전한 추적 가능성 지원)에 이르기까지 VINCER는 밸브 및 액추에이터의 안정적인 성능과 관련된 국제 인증 유지 관리(SIL 및 ATEX 예정)에서 탁월한 역량을 발휘합니다. 검증된 모듈형 플랫폼에 구축된 신뢰할 수 있는 설계는 액추에이터가 프로그래밍된 대로 중단 없이 직접 또는 역방향 동작을 제공할 수 있도록 보장하며, 중요한 순간에 안전하게 작동하는 기능(예: 전원 손실 시 자동 리셋과 같은 페일 세이프 기능)을 통해 액추에이터의 향상된 성능을 보장합니다. 또한 품질이 우수하여 재고 비용과 제품 손실을 최소화하는 데에도 기여합니다.

높은 수준의 위생이 요구되고 엄격한 위생 기준과 개인 위생 산업과 같은 산업에 대한 EU 식품 규정을 충족해야 하는 등 까다로운 분야에 대한 전문성을 갖추고 있습니다. 트랩 박테리아를 방지하고 세척액 사용을 줄이도록 설계된 탁월한 위생 솔루션을 제공하여 제품 안전성을 높이는 데 크게 기여합니다. 이는 유니크 SSV 밸브 또는 단순히 유니크 SSV로 알려진 유니크 SSV 제품군에서 제공되는 유니크 싱글 시트 밸브 제품군에서 분명하게 드러납니다. 이 제품군은 단일 스테인리스 스틸 디스크를 포함하여 특수 설계된 플러그 지지대와 정밀한 표면 마감을 갖춘 고유 SSV 제품군의 특징과 고유 SSV 밸브 본체를 갖추고 있습니다. 표준으로 제공되는 고유한 SSV 설계는 무균 호환성을 제공하며 전환 밸브로 효과적으로 사용할 수 있습니다. 알파라발의 위생 장비와 같은 옵션과 비교할 때, 빈서의 알파라발 고유 SSV 제품군과 알파라발 고유 SSV 호환 솔루션은 고유 SSV의 낮은 총비용과 고유 SSV의 낮은 총소유비용을 제공합니다. 이러한 포괄적인 기능과 맞춤형 솔루션의 조합으로 제공되는 무한한 가능성은 고압에 대한 강력한 프로세스 보증과 지원을 보장합니다. 빈서 밸브와 파트너 관계를 맺으면 예약 없이 받을 수 있습니다.

장기적인 안정성 보장

기계의 안정적인 성능은 적절하게 맞는 액추에이터와 해당 밸브 모델을 선택할 때 시작됩니다. 검증된 모듈형 플랫폼에 구축된 신뢰할 수 있는 설계와 액추에이터 기술 유형의 프로토콜에 따른 정기 유지보수를 통해 신뢰성을 높이고 작동 수명을 연장하며 예기치 않은 고장을 예방할 수 있습니다.

공압 액추에이터의 경우: 공정 공기 공급의 품질은 고려해야 할 기본 요소입니다. 공기는 오염되지 않고 건조하며 필터링되고 올바른 압력 범위에서 공급되어야 합니다. 공기 필터, 배수구, 블리드 밸브를 지속적으로 점검하세요. 공기 라인과 피팅에 누출이 있는지 확인합니다. 액추에이터 씰과 외부 부식 및 손상을 주기적으로 점검합니다. 윤활 포인트(있는 경우)는 제조업체의 매뉴얼에 따라 정비해야 합니다.

유압 액추에이터용: 신뢰성은 유압 유체의 청결도와 전반적인 품질에 따라 크게 좌우됩니다. 유체 레벨과 여과 시스템을 지속적으로 모니터링하세요. 압력을 받는 동안 피팅과 함께 유압 라인을 검사하고 누출 가능성이 있는지 확인합니다. 씰과 액추에이터 본체에 손상이나 부식이 있는지 검사합니다. 유체 교체 및 필터 유지 관리에 대한 제조업체 권장 사항을 확인합니다.

전동 액추에이터의 경우: 신뢰성에는 전기 연결부의 견고성을 확인하고 부식을 확인하는 것이 포함됩니다. 모터나 기어박스에서 비정상적인 소리가 들리지 않는지 주의하세요. 하우징에 외부 물질이 유입되거나 손상되었는지 확인합니다. 배터리 백업 액추에이터의 경우 테스트 및 교체에 관한 제조업체의 지침을 준수하세요. 그리스 피팅이나 오일 저장소가 있는 경우(가능성은 낮지만 가능성은 있음) 매뉴얼에 따라 서비스하세요.

결론

직동식 또는 역동식 액추에이터를 선택하는 것은 공정 요구 사항과 중요한 페일 세이프 기준에 따라 결정되는 중요한 결정입니다. 기본적인 차이점을 알면 이러한 중요한 선택에 대한 일반적인 함정을 피할 수 있지만, 안정적이고 안전한 자동 밸브 작동을 달성하는 것은 초기 결정보다 훨씬 더 광범위한 문제입니다. 구성 요소의 품질, 시간 경과에 따른 유지보수 수준, 밸브 자체와 관련하여 적절한 액추에이터-밸브 시스템을 선택하려면 주의가 필요합니다. 요구 사항에 대한 철저한 평가와 적절한 초기 결정으로 시작하여 구성 요소와의 시너지 효과 달성, 품질에 대한 집중, 장기적으로 안정적인 유지보수 구축 등 위의 추론에 따라 진행하면 중요한 공정 제어 애플리케이션 전반에 걸쳐 일관된 밸브 기능을 구현할 수 있습니다.