Πώς να επιλέξετε έναν τοποθέτη βαλβίδας; Οδηγός Επιλογής Τοποθέτη Βαλβίδας

Οδηγός επιλογής θέσης βαλβίδων: Σε βάθος ανάλυση και στρατηγικές εφαρμογής για διεθνώς φημισμένες μάρκες

I. Εισαγωγή

Α. Ο βασικός ρόλος των θέσεων βαλβίδων στη βιομηχανική αυτοματοποίηση

Στα σύνθετα συστήματα της σύγχρονης βιομηχανικής παραγωγής, οι βαλβίδες ελέγχου αναγνωρίζονται ευρέως ως βασικοί ενεργοποιητές για την επίτευξη αυτοματοποίησης της διαδικασίας και τη διατήρηση της σταθερότητας της διαδικασίας. Αυτές οι βαλβίδες ρυθμίζουν με ακρίβεια τις κρίσιμες παράμετροι διεργασίας όπως ο ρυθμός ροής, η πίεση, η θερμοκρασία και το επίπεδο υγρού υγρών (συμπεριλαμβανομένων των αερίων, του ατμού, του νερού ή των διαφόρων χημικών μίξεων), εξασφαλίζοντας ότι οι διαδικασίες παραγωγής λειτουργούν ομαλά μέσα στις προκαθορισμένες παραμέτρους.

Βοσκότοπος, ως απαραίτητα αξεσουάρ για βαλβίδες ελέγχου, παίζουν το ρόλο του "εγκεφάλου" σε ολόκληρο τον αυτοματοποιημένο βρόχο ελέγχου. Η βασική τους λειτουργία είναι να λαμβάνουν σήματα εντολών από το σύστημα ελέγχου και να τα συγκρίνουν σε πραγματικό χρόνο με την πραγματική θέση του στελέχους βαλβίδας ή του άξονα βαλβίδας. Κατά την ανίχνευση οποιασδήποτε απόκλισης, ο τοποθεστής ρυθμίζει γρήγορα την πίεση αέρα ή το ηλεκτρικό σήμα που παρέχεται στον ενεργοποιητή βαλβίδας για να εξασφαλίσει ότι η θέση της βαλβίδας ανταποκρίνεται ακριβώς στις απαιτήσεις του συστήματος ελέγχου. Αυτή η διαδικασία ξεπερνά αποτελεσματικά τα μη γραμμικά ζητήματα όπως η τριβή, η υστέρηση και οι νεκρές ζώνες που μπορούν να αντιμετωπίσουν οι βαλβίδες ελέγχου κατά τη διάρκεια της λειτουργίας, επιτυγχάνοντας έτσι ακριβή έλεγχο και ταχεία απόκριση της βαλβίδας.

Από τον παραδοσιακό "έλεγχο" έως τη σύγχρονη "βελτιστοποίηση", η λειτουργικότητα των θέσεων των βαλβίδων υφίσταται σημαντική εξέλιξη. Αρχικά, οι θέσεις θεωρήθηκαν κυρίως ως εργαλεία για την εξασφάλιση ακριβούς απόκρισης βαλβίδας στα σήματα ελέγχου, την αντιμετώπιση των μηχανικών ελαττωμάτων που είναι εγγενή σε βαλβίδες, όπως τα φαινόμενα τριβής συσκευασίας και υστέρησης. Ωστόσο, με την άνοδο της βιομηχανίας 4.0 και την έξυπνη κατασκευή, ο ρόλος των θέσεων έχει ξεπεράσει κατά πολύ το πεδίο του απλού ελέγχου θέσης βαλβίδων. Θεωρούνται τώρα ως "έξυπνα περιουσιακά στοιχεία" που μπορούν να παρέχουν πλούσια δεδομένα διαγνωστικών σε πραγματικό χρόνο και να διεξάγουν ανάλυση προγνωστικής συντήρησης, μειώνοντας έτσι αποτελεσματικά την απρογραμμάτιστη διακοπή λειτουργίας, τη βελτιστοποίηση της κατανάλωσης ενέργειας, τη σημαντική βελτίωση της ποιότητας των προϊόντων και τελικά την ενίσχυση της λειτουργικής αποτελεσματικότητας και της κερδοφορίας ολόκληρου του εργοστασίου.

Αυτός ο λειτουργικός μετασχηματισμός είναι το αναπόφευκτο αποτέλεσμα αρκετών προηγμένων τεχνολογικών εξελίξεων. Για παράδειγμα, η εφαρμογή τεχνολογιών ανάδρασης θέσης μη επαφής, όπως οι αισθητήρες Hall Effect, έχει βελτιώσει σημαντικά την ακρίβεια και την αξιοπιστία της μέτρησης θέσης μειώνοντας ταυτόχρονα τη μηχανική φθορά. Επιπλέον, η ενσωμάτωση των ενσωματωμένων μικροεπεξεργαστών και των προηγμένων αλγορίθμων ελέγχου έχει προχωρήσει σε τοποθεσίες με ισχυρές δυνατότητες επεξεργασίας δεδομένων. Επιπλέον, η ευρεία υιοθέτηση πρωτοκόλλων ψηφιακής επικοινωνίας, όπως το HART, το Fieldbus Fieldbus και το PROFIBUS, επιτρέπουν στους θέσεις να συμμετέχουν σε αμφίδρομη ανταλλαγή δεδομένων υψηλής ταχύτητας με συστήματα ελέγχου. Αυτές οι τεχνολογίες λειτουργούν παράλληλα για να εξασφαλίσουν ότι οι βαλβίδες δεν μπορούν μόνο να ελέγχονται με ακρίβεια, αλλά και να αναφέρουν ενεργά "τη δική τους κατάσταση υγείας και ακόμη και να" προβλέψουν "τις πιθανές αποτυχίες.

Ως εκ τούτου, η επιλογή των θέσεων βαλβίδων δεν είναι πλέον απλώς για την κάλυψη των βασικών απαιτήσεων ελέγχου ροής, αλλά έχει εξελιχθεί σε μια στρατηγική επένδυση στη συνολική αποτελεσματικότητα, την αξιοπιστία και την ασφάλεια της παραγωγικής διαδικασίας. Οι έξυπνοι θέσεις μπορούν να μετατρέψουν τις βαλβίδες ελέγχου από παθητικές συσκευές που εκτελούν εντολές σε ενεργούς συμμετέχοντες στη βελτιστοποίηση της διαδικασίας και στους παρόχους κρίσιμων δεδομένων, τοποθετώντας ένα σταθερό θεμέλιο για τον ψηφιακό μετασχηματισμό μιας εταιρείας.

Β. Σκοπός και δομή αυτής της αναφοράς

Αυτή η αναφορά στοχεύει στην παροχή στους αναγνώστες με έναν ολοκληρωμένο και σε βάθος οδηγό για την επιλογή των θέσεων βαλβίδων. Η έκθεση θα διεξάγει μια εις βάθος ανάλυση των διεθνώς γνωστών εμπορικών σημάτων όπως οι Fisher, Masoneilan, Flowserve, Samson και Neles, περιγράφοντας λεπτομερώς τα αντίστοιχα χαρακτηριστικά προϊόντων τους, τα βασικά τεχνολογικά πλεονεκτήματα, τις στρατηγικές τιμολόγησης και τους εξειδικευμένους τομείς εφαρμογών σε διάφορες βιομηχανίες.

Η αναφορά θα ξεκινήσει πρώτα με τις βασικές αρχές λειτουργίας και τους κύριους τύπους θέσεων βαλβίδων, αναλύοντας τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των διαφόρων τύπων τοποθεσιών και τα ισχύοντα σενάρια τους. Στη συνέχεια, η έκθεση θα διερευνήσει τους βασικούς παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά την επιλογή ενός θέσης βαλβίδας, συμπεριλαμβανομένων των απαιτήσεων απόδοσης και ακρίβειας, των επιχειρησιακών περιβαλλόντων και των εκτιμήσεων ασφάλειας, της συμβατότητας και της ενσωμάτωσης με τα συστήματα ελέγχου και την ανάλυση κόστους-οφέλους. Μετά τη διεξαγωγή μιας ολοκληρωμένης ανάλυσης διαφόρων διεθνώς φημισμένων εμπορικών σημάτων, η έκθεση θα παρέχει συγκεκριμένες στρατηγικές επιλογής για να καθοδηγήσει τους αναγνώστες για τη λήψη των καταλληλότερων αποφάσεων μάρκας και μοντέλων βάσει των απαιτήσεων της διαδικασίας, των λειτουργικών περιβαλλόντων και των περιορισμών του προϋπολογισμού. Τέλος, η έκθεση θα εισαγάγει την Xiangjing Company και τις συνεισφορές της στη βιομηχανία βαλβίδων.

Ii. Βασικά στοιχεία θέσης βαλβίδων: Αρχές και τύποι λειτουργίας

Α. Τι είναι ο θέσης βαλβίδας;

1. Ορισμός και βασικές λειτουργίες

Ένας τοποθετητής θέσης βαλβίδας είναι μια συσκευή ελέγχου κίνησης ακριβείας της οποίας η λειτουργία πυρήνα είναι να διασφαλίσει ότι ο ενεργοποιητής μιας βαλβίδας ελέγχου μπορεί να τοποθετήσει με ακρίβεια τον όγκο του στελέχους βαλβίδας ή τη βαλβίδα στο σημείο ρύθμισης που απαιτείται από το σύστημα ελέγχου. Λαμβάνει συνεχώς σήματα εντολών (δηλαδή σημεία ρύθμισης) από το σύστημα ελέγχου και τα συγκρίνει σε πραγματικό χρόνο και με υψηλή ακρίβεια στην πραγματική θέση του άξονα βαλβίδας ή βαλβίδας (δηλαδή σήματα ανατροφοδότησης). Μόλις ανιχνευθεί οποιαδήποτε απόκλιση μεταξύ των δύο, ο τοποθετητής ρυθμίζει αμέσως την πίεση αέρα ή το ηλεκτρικό σήμα που παρέχεται στον ενεργοποιητή βαλβίδας μέχρι να φτάσει ακριβώς στην επιθυμητή θέση.

Αυτή η βασική λειτουργία του θέσης έχει σχεδιαστεί για να ξεπεράσει διάφορους παράγοντες που μπορεί να επηρεάσουν την ακριβή τοποθέτηση της βαλβίδας. Αυτοί οι παράγοντες περιλαμβάνουν την τριβή που προκαλείται από τη συσκευασία βλαστών βαλβίδων, την εγγενή υστέρηση στον ενεργοποιητή και τις μη ισορροπημένες δυνάμεις που παράγονται από το βύσμα της βαλβίδας υπό πίεση υγρού. Με την ενεργό αντισταθμίζοντας αυτές τις διαταραχές, ο θέσης διασφαλίζει ότι η βαλβίδα ελέγχου μπορεί να μπορεί αξιόπιστα, ακρίβεια και να ανταποκριθεί γρήγορα στα σήματα ελέγχου, διατηρώντας έτσι σταθερές παραμέτρους διεργασίας. Από την άποψη της φυσικής εγκατάστασης, ο θέσης είναι συνήθως έξυπνος τοποθετημένος στο ζυγό ή στο κορυφαίο περίβλημα του ενεργοποιητή. Συνδέεται με τον άξονα της βαλβίδας ή τη βαλβίδα μέσω μηχανικών δεσμών ή πιο προηγμένων αισθητήρων μη επαφής, επιτρέποντας την απόκτηση ακριβούς ανάδρασης θέσης από τη βαλβίδα.

2. Σημασία στον βρόχο ελέγχου

Στα σύγχρονα εργοστάσια, όπου αναπτύσσονται δίκτυα εκατοντάδων ή χιλιάδων σύνθετων βρόχων ελέγχου, οι βαλβίδες ελέγχου χρησιμεύουν ως τα τελικά στοιχεία ελέγχου που ρυθμίζουν τις κρίσιμες μεταβλητές διεργασίας όπως η ροή υγρών, η πίεση, το επίπεδο και η θερμοκρασία. Αυτοί οι βρόχοι ελέγχου έχουν σχεδιαστεί για να διασφαλίζουν ότι όλες οι σημαντικές μεταβλητές διεργασιών παραμένουν εντός του απαιτούμενου εύρους λειτουργίας, εξασφαλίζοντας έτσι την ποιότητα των προϊόντων και τη σταθερότητα της διαδικασίας.

Οι θέσεις των βαλβίδων μειώνουν σημαντικά τη μεταβλητότητα της διαδικασίας, τη βελτίωση της ποιότητας του προϊόντος και τη διασφάλιση της σταθερότητας του συστήματος ενάντια στις εσωτερικές και εξωτερικές διαταραχές (όπως οι αλλαγές φορτίου) παρέχοντας ακριβή έλεγχο θέσης βαλβίδας. Ουσιαστικά, λειτουργεί ως "ενσωματωμένο σύστημα ελέγχου", χρησιμοποιώντας το σήμα εξόδου από τον κύριο ελεγκτή διεργασίας ως το σημείο ρύθμισης και με ακρίβεια την ρύθμιση της πίεσης του ενεργοποιητή με βάση την πραγματική ανατροφοδότηση θέσης της βαλβίδας. Αυτή η δομή του συστήματος ελέγχου που έχει καταρρεύσει επιτρέπει στη βαλβίδα να επιτύχει πιο ακριβείς και ταχείες αποκρίσεις, ενισχύοντας έτσι την απόδοση ολόκληρου του βρόχου ελέγχου.

Οι θέσεις των βαλβίδων διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στην αντιμετώπιση των προκλήσεων ελέγχου του "τελευταίου μιλίου" στον έλεγχο της διαδικασίας. Ενώ ο ελεγκτής εκδίδει σήματα, ο ίδιος ο ενεργοποιητής της βαλβίδας μπορεί να έχει εγγενή ζητήματα όπως η μη γραμμικότητα, η τριβή και οι νεκρές ζώνες, οδηγώντας σε αποκλίσεις μεταξύ της πραγματικής θέσης της βαλβίδας και της επιθυμητής θέσης του ελεγκτή. Αυτό το φαινόμενο επηρεάζει την ακρίβεια ελέγχου και τη σταθερότητα του συστήματος. Ο θέσης γεφυρώνει αυτό το "κενό" μεταξύ του ελεγκτή και του ενεργοποιητή βαλβίδας μέσω του εσωτερικού ανατροφοδότησης σε πραγματικό χρόνο και των τοπικών μηχανισμών ρύθμισης, εξασφαλίζοντας ότι τα σήματα ελέγχου μετατρέπονται με ακρίβεια σε φυσικές δράσεις της βαλβίδας. Αυτό είναι παρόμοιο με ένα σύστημα σερβοετσεπίστας ακριβείας, μεταφράζοντας εντολές ελέγχου μακροοικονομικού επιπέδου σε ακριβή εκτέλεση μικρο-επιπέδου.

Χωρίς έναν τοποθετητή θέσης, όταν ο ελεγκτής οδηγεί άμεσα τον ενεργοποιητή, λόγω των εγγενών μηχανικών χαρακτηριστικών του ενεργοποιητή (όπως η τριβή από τη συσκευασία των στελεχών βαλβίδων ή την καθυστέρηση του ενεργοποιητή), η βαλβίδα μπορεί να αποτύχει να φτάσει με ακρίβεια στην καθορισμένη θέση ή να επιβραδύνει σημαντικά τους χρόνους απόκρισης. Ο φορέας θέσης, μέσω του βρόχου εσωτερικής ανάδρασης και του ενισχυτή υψηλής απόδοσης, οδηγεί ενεργά και σθεναρά τη βαλβίδα στην καθορισμένη θέση, ακόμη και παρουσία εξωτερικών διαταραχών, όπως οι μη ισορροπημένες δυνάμεις που προκαλούνται από αλλαγές στην πίεση ρευστού. Αυτή η δυνατότητα ενισχύει άμεσα τη συνολική απόδοση και τη σταθερότητα του βρόχου ελέγχου, εξασφαλίζοντας ότι η μεταβλητή της διαδικασίας παραμένει όσο το δυνατόν πιο κοντά στο σημείο ρύθμισης.

Ως εκ τούτου, ο Positioner χρησιμεύει ως διαβεβαίωση ακριβείας "τελευταίου μιλίου" στον έλεγχο της διαδικασίας. Ειδικά σε εφαρμογές που απαιτούν ρύθμιση του στραγγαλισμού, εξασφαλίζει τον ακριβή έλεγχο της ροής υγρών, η οποία είναι κρίσιμη για τη διατήρηση της ποιότητας του προϊόντος, τη βελτιστοποίηση της κατανάλωσης ενέργειας και την εξασφάλιση της ασφάλειας των διαδικασιών. Παρέχοντας αυτόν τον έλεγχο θέσης βαλβίδας υψηλής ακρίβειας, ο τοποθεστής θέσης επιτρέπει στο σύνολο του συστήματος διεργασίας να λειτουργεί πιο σταθερά και αποτελεσματικά.

Β. Κύριοι τύποι θέσεων βαλβίδων

Οι θέσεις των βαλβίδων είναι κυρίως κατηγοριοποιούνται σε τρεις κύριους τύπους με βάση τις αρχές λειτουργίας τους και τους τύπους σήματος που χρησιμοποιούν: οι πνευματικοί θέσεις, οι ηλεκτρο-πνευματικοί (I/P) θέσεις και οι ψηφιακοί (έξυπνοι) θέσεις. Κάθε τύπος διαθέτει τους μοναδικούς λειτουργικούς μηχανισμούς, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά του, καθώς και τα ισχύοντα βιομηχανικά σενάρια.

1. Pneumatic Positioners

Οι πνευματικοί θέσεις είναι οι πιο παραδοσιακοί και μακρύτεροι τύποι θέσεων βαλβίδων, με τη λειτουργία τους να εξαρτάται εξ ολοκλήρου από τον πεπιεσμένο αέρα ως μέσο για τη μετάδοση σήματος και την εκτέλεση ισχύος.

ένα. Αρχή και Χαρακτηριστικά λειτουργίας: Οι πνευματικοί θέσεις λαμβάνουν σήματα πνευματικής εισόδου από συσκευές ελέγχου, τα οποία συνήθως εκφράζονται σε τυπικές περιοχές πίεσης όπως 3-15 psi (0,2-1,0 bar) ή 6-30 psi (0,4-2,0 bar). Η εσωτερική τους λειτουργία βασίζεται στην αρχή της ισορροπίας δύναμης, όπως το κλασικό σύστημα πλακών ακροφυσίου/στόματος. Όταν η πίεση του σήματος εισόδου αλλάζει, μια σειρά μηχανικών μοχλών και φυσητήρων αλληλεπιδρούν για να ρυθμίσουν το χάσμα μεταξύ του ακροφυσίου και της πλάκας, ρυθμίζοντας έτσι την πίεση αέρα που παρέχεται στον ενεργοποιητή της βαλβίδας ελέγχου. Αυτή η ρύθμιση επιτρέπει τη θέση του στελέχους βαλβίδας ή του άξονα βαλβίδας να ταιριάζει ακριβώς με το σήμα εισόδου με αναλογικό τρόπο.

σι. Πλεονεκτήματα και Ανάλυση μειονεκτημάτων:

Φόντα:

• Απλή δομή και εύκολη συντήρηση: Οι πνευματικές συσκευές είναι συνήθως απλές στη δομή, το ελαφρύ και σχετικά εύκολο στην εγκατάσταση και τη συντήρηση.
• Φιλικό προς το περιβάλλον και οικονομικά αποδοτικό: το μέσο εργασίας είναι ο αέρας, το οποίο είναι εύκολο να εξαντληθεί και δεν μολύνει το περιβάλλον και ο ίδιος ο αέρας είναι φθηνός.
• Τα εγγενή χαρακτηριστικά από την έκρηξη: Δεδομένου ότι δεν εμπλέκονται ηλεκτρικά εξαρτήματα ή σπινθήρες, οι πνευματικοί θέσεις έχουν εγγενή εκρηκτικά χαρακτηριστικά, καθιστώντας τα ιδιαίτερα κατάλληλα για επικίνδυνα περιβάλλοντα όπως το πετρέλαιο, το φυσικό αέριο και οι χημικές βιομηχανίες όπου υπάρχουν εύφλεκτες και εκρηκτικές ουσίες.
• Υψηλή αξιοπιστία και μακρά διάρκεια ζωής: Τα πνευματικά εξαρτήματα μπορούν να αντέξουν σε εκατομμύρια αποτελεσματικούς κύκλους λειτουργίας, που συνήθως προσφέρουν υψηλή αξιοπιστία και μακρά διάρκεια ζωής.
• Λειτουργία ασφαλείας Fail: Όταν χρησιμοποιείται με ενεργοποιητές ελατηρίου-επιστροφής, οι πνευματικοί θέσεις παρέχουν αξιόπιστη λειτουργία ασφαλούς σε περίπτωση αποτυχίας παροχής αέρα, οδηγώντας τη βαλβίδα σε προκαθορισμένη ασφαλή θέση (πλήρως ανοιχτή ή πλήρως κλειστή).

Μειονεκτήματα:

• Πληροφορίες από τις αλλαγές φορτίου: Λόγω της συμπιεστότητας του αέρα, η ταχύτητα λειτουργίας των κυλίνδρων επηρεάζεται εύκολα από τις αλλαγές φορτίου, οι οποίες μπορεί να οδηγήσουν σε μειωμένη ακρίβεια ελέγχου.
• Ανεπαρκής σταθερότητα χαμηλής ταχύτητας: Κατά τη διάρκεια κίνησης χαμηλής ταχύτητας, λόγω της σχετικά υψηλής αναλογίας δύναμης τριβής στην ώθηση, η σταθερότητα χαμηλής ταχύτητας των κυλίνδρων είναι κατώτερη από εκείνη των υδραυλικών κυλίνδρων.
• Περιορισμένη δύναμη εξόδου: Αν και η δύναμη εξόδου των κυλίνδρων μπορεί να ανταποκριθεί στις απαιτήσεις σε πολλές εφαρμογές, είναι γενικά χαμηλότερη από αυτή των υδραυλικών κυλίνδρων και δεν είναι κατάλληλη για εργασίες βαρέως τύπου.
• Αργή ταχύτητα μετάδοσης σήματος: Η ταχύτητα μετάδοσης των πνευματικών σημάτων είναι σημαντικά πιο αργή από αυτή των ηλεκτρικών σημάτων, με σημαντικές καθυστερήσεις και στρεβλώσεις, καθιστώντας τα ακατάλληλα για σύνθετα συστήματα ελέγχου που απαιτούν μετάδοση σήματος υψηλής ταχύτητας.
• Υψηλές απαιτήσεις για την ποιότητα του αέρα του οργάνου: Για να εξασφαλιστεί η μακροπρόθεσμη σταθερή λειτουργία, οι πνευματικοί θέσεις έχουν αυστηρές απαιτήσεις για την ποιότητα της παροχής αέρα οργάνων, απαιτώντας καθαρό, ξηρό, πετρελαϊκό πεπιεσμένο αέρα για να αποφευχθεί η μόλυνση και η φθορά των εσωτερικών εξαρτημάτων ακρίβειας.

2. Ηλεκτρο-πνευματικά (I/P) θέσεις θέσης

Οι ηλεκτρο-πνευματικοί θέσεις είναι ένας ευρέως χρησιμοποιούμενος τύπος στη σύγχρονη βιομηχανία, συνδυάζοντας αποτελεσματικά τα πλεονεκτήματα της μετάδοσης ηλεκτρικού σήματος με τα χαρακτηριστικά ισχύος των πνευματικών ενεργοποιητών.

ένα. Αρχή λειτουργίας και χαρακτηριστικά: Οι ηλεκτρο-πνευματικοί θέσεις λαμβάνουν ηλεκτρικά σήματα από το σύστημα ελέγχου, τυπικά τυπικά σήματα ρεύματος DC 4-20mA ή 0-10V σήματα τάσης DC. Το βασικό τους συστατικό είναι ο μετατροπέας I/P (ρεύματος-πεπιεστικού), ο οποίος μετατρέπει με ακρίβεια τα ληφθέντα ηλεκτρικά σήματα σε αναλογικά σήματα πνευματικής πίεσης. Αυτά τα πνευματικά σήματα στη συνέχεια μεταδίδονται στο πνευματικό τμήμα του θέσης, οδηγώντας τον ενεργοποιητή της βαλβίδας για να επιτευχθεί ακριβής ρύθμιση θέσης βαλβίδας. Αυτός ο σχεδιασμός επιτρέπει στους ηλεκτρο-πνευματικούς θέσεις να χρησιμεύουν ως γέφυρα μεταξύ των συστημάτων ελέγχου ηλεκτρικού σήματος και των πνευματικών ενεργοποιητών.

σι. Πλεονεκτήματα και Ανάλυση μειονεκτημάτων:

Φόντα:

• Υψηλή συμβατότητα: Μπορεί να επεξεργαστεί άμεσα ηλεκτρικά σήματα και έχει καλή συμβατότητα με τα σύγχρονα συστήματα DCS (Distributed Control) και PLC (προγραμματιζόμενο λογικό ελεγκτή), καθιστώντας εύκολο να ενσωματωθεί σε υπάρχουσες αρχιτεκτονικές ελέγχου.
• Βελτιωμένη ακρίβεια και ανάλυση: Σε σύγκριση με τους καθαρούς πνευματικούς θέσεις, οι ηλεκτρο-πνευματικοί θέσεις προσφέρουν συνήθως υψηλότερη ακρίβεια και ανάλυση, επιτρέποντας τον ακριβέστερο έλεγχο θέσης βαλβίδας.
• Ισχυρή αντίσταση παρεμβολών: Τα ηλεκτρικά σήματα έχουν ισχυρότερη αντίσταση στην ηλεκτρομαγνητική παρεμβολή κατά τη διάρκεια της μετάδοσης μεγάλων αποστάσεων και είναι λιγότερο επιρρεπείς στην εξασθένηση, εξασφαλίζοντας την ακεραιότητα και την αξιοπιστία του σήματος.

Μειονεκτήματα:

• Η πολυπλοκότητα του σχεδιασμού: σε σύγκριση με τους καθαρά πνευματικούς θέσεις, οι ηλεκτρο-πνευματικοί θέσεις έχουν πιο πολύπλοκα σχέδια και δομές, ενσωματώνοντας τόσο ηλεκτρικά όσο και πνευματικά συστατικά.
• Υψηλότερο κόστος: Λόγω της πολυπλοκότητας και των ενσωματωμένων μετατροπέων I/P, οι ηλεκτρο-πνευματικοί θέσεις συνήθως κοστίζουν περισσότερο από καθαρά πνευματικούς θέσεις.
• Εγκαταστάσεις εγκατάστασης μετατροπέα I/P: Ενώ οι μετατροπείς I/P μπορούν να ενσωματωθούν σε τοποθεσίες, ορισμένες εγκαταστάσεις παραγωγής ενδέχεται να προτιμούν να εγκαθιστούν απομακρυσμένους μετατροπείς I/P λόγω ζητημάτων όπως οι κραδασμούς, οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας ή οι περιορισμοί του χώρου, γεγονός που αυξάνει την καλωδίωση και την πολυπλοκότητα εγκατάστασης.

3. Ψηφιακοί (έξυπνοι) θέσεις θέσης

Οι ψηφιακοί (έξυπνοι) θέσεις αντιπροσωπεύουν την τελευταία εξέλιξη στην τεχνολογία θέσης βαλβίδων. Είναι προχωρημένα μέσα που βασίζονται σε μικροεπεξεργαστές, προσφέροντας πρωτοφανή ακρίβεια ελέγχου, διαγνωστικές δυνατότητες και λειτουργίες επικοινωνίας.

ένα. Αρχή και χαρακτηριστικά λειτουργίας: Οι ψηφιακοί θέσεις λαμβάνουν ψηφιακά ηλεκτρικά σήματα, όπως πρωτόκολλο HART, Foundation Fieldbus ή Profibus PA-Πρωτόκολλα ψηφιακής επικοινωνίας που υπερκαλύπτονται σε αναλογικό σήμα 4-20ma. Ο πυρήνας τους βρίσκεται στον ενσωματωμένο μικροεπεξεργαστή, ο οποίος εκτελεί τον έλεγχο θέσης βαλβίδων μέσω σύνθετων ψηφιακών αλγορίθμων, αντικαθιστώντας τις μηχανικές συνδέσεις, τα cams ή τα συγκροτήματα ακροφυσίων/πτερυγίων που βρίσκονται σε παραδοσιακούς πνευματικούς και ηλεκτρικούς ενεργοποιητές. Επιπλέον, οι ψηφιακοί θέσεις χρησιμοποιούν τυπικά την τεχνολογία ανάδρασης θέσης χωρίς επαφή, όπως οι αισθητήρες επίδρασης της αίθουσας, για τη μέτρηση της θέσης του στελέχους βαλβίδας. Αυτός ο σχεδιασμός εξαλείφει θεμελιωδώς την επίδραση της μηχανικής φθοράς, της χαλάρωσης, της διάβρωσης και της δόνησης στην απόδοση, ενισχύοντας σημαντικά την αξιοπιστία των προϊόντων και τη διάρκεια ζωής των προϊόντων.

σι. Πλεονεκτήματα και Ανάλυση μειονεκτημάτων:

Φόντα:

• Εξαιρετικά υψηλή ακρίβεια και ανάλυση: Οι ψηφιακοί θέσεις επιτυγχάνουν εξαιρετικά υψηλή ακρίβεια και ανάλυση εντοπισμού, υποστηρίζοντας σύνθετα πρότυπα κίνησης και καθήκοντα θέσης υψηλής ακρίβειας για να εξασφαλιστεί η ακρίβεια του ελέγχου ρευστού. Η τεχνολογία των αισθητήρων Hall Effect, ειδικότερα, επιτρέπει την ακριβή μέτρηση μη επαφής, ενισχύοντας σημαντικά τη συνολική ακρίβεια.
• Δυνατότητες διαγνωστικών και επικοινωνιακών δυνατοτήτων: Πρόκειται για ένα βασικό πλεονέκτημα των ψηφιακών θέσεων. Διαθέτουν εκτεταμένες διαγνωστικές λειτουργίες, επιτρέποντας την παρακολούθηση στο διαδίκτυο, τη διάγνωση σφαλμάτων, τη συντήρηση της πρόβλεψης και την υποστήριξη για απομακρυσμένη διαμόρφωση και βαθμονόμηση. Αυτό συμβάλλει στη μείωση των απρογραμμάτιστων δαπανών διακοπής και συντήρησης.
• Οι απαιτήσεις χαμηλής συντήρησης και η μακρά διάρκεια ζωής: Λόγω λιγότερων εξαρτημάτων και καμία συμμετοχή με συστήματα υγρών (όπως υδραυλικοί ή πνευματικοί ενεργοποιητές), οι ηλεκτρικοί γραμμικοί ενεργοποιητές (ενεργοποιητές) έχουν εξαιρετικά χαμηλές απαιτήσεις συντήρησης. Οι ψηφιακοί θέσεις έχουν επεκτείνει σημαντικά τις επιχειρησιακές διάρκειας ζωής λόγω της απουσίας μηχανικής φθοράς και προηγμένων αυτοδιαγνωστικών δυνατοτήτων.
• Χαμηλή κατανάλωση ενέργειας: Σε σύγκριση με υδραυλικούς ή πνευματικούς ενεργοποιητές, οι ηλεκτρικοί ενεργοποιητές καταναλώνουν λιγότερη ενέργεια σε εφαρμογές στατικού φορτίου. Μετά την τοποθέτηση των βαλβίδων, η κατανάλωση αέρα σταθερής κατάστασης των ψηφιακών τοποθεσιών είναι αμελητέα, μειώνοντας σημαντικά την κατανάλωση ενέργειας.

Μειονέκτημα:

• Υψηλότερο κόστος: Οι ψηφιακοί θέσεις έχουν συνήθως το υψηλότερο αρχικό κόστος προμήθειας μεταξύ όλων των τύπων.
• Πολυπλοκότητα του συστήματος ελέγχου: Τα συστήματα ελέγχου τους είναι πιο περίπλοκα, απαιτώντας εξειδικευμένες γνώσεις και δεξιότητες για την εγκατάσταση, τη θέση σε λειτουργία και τη συντήρηση.
• Οι εκτιμήσεις πιστοποίησης από την έκρηξη: Ενώ πολλοί ψηφιακοί θέσεις έχουν πιστοποίηση απόδειξης έκρηξης, μπορεί να απαιτείται πρόσθετη πιστοποίηση ή ειδικός σχεδιασμός υπό ακραίες απαιτήσεις απόδειξης έκρηξης για την εξασφάλιση ασφαλούς λειτουργίας σε εκρηκτικά περιβάλλοντα.

Fisher 3620J

Γ. Σύγκριση σεναρίων εφαρμογής για διαφορετικούς τύπους θέσεων

Η εξέλιξη των positioners των βαλβίδων από καθαρά πνευματικά έως ηλεκτρικά λειτουργικά και στη συνέχεια σε ψηφιακά έξυπνα συστήματα αντικατοπτρίζει σαφώς τη συνεχιζόμενη επιδίωξη "ακρίβειας, αποτελεσματικότητας και συνδεσιμότητας" στον τομέα του βιομηχανικού ελέγχου. Αυτή η τεχνολογική πρόοδος δεν είναι μια απλή σχέση αντικατάστασης, αλλά μάλλον συνύπαρξη και ανάπτυξη που βασίζεται σε διαφορετικές απαιτήσεις εφαρμογής και αποδοτικότητα κόστους.

Οι καθαρά πνευματικοί θέσεις, με τα εγγενή τους χαρακτηριστικά από την έκρηξη, την απλή δομή και τα πλεονεκτήματα χαμηλού κόστους, εξακολουθούν να κατέχουν μοναδική αξία και δυνατότητα εφαρμογής σε ορισμένες επικίνδυνες περιοχές όπου οι απαιτήσεις ακρίβειας είναι σχετικά χαμηλές, όπως απλές εφαρμογές on/off-sensive. Παραμένουν μια αξιόπιστη και οικονομική επιλογή σε περιβάλλοντα όπου η εξουσία δεν είναι διαθέσιμη ή οι κίνδυνοι σπινθήρων είναι υψηλοί.

Οι ηλεκτροπνευμικοί θέσεις χρησιμεύουν ως γέφυρα μεταξύ παραδοσιακών αναλογικών σημάτων και πνευματικών ενεργοποιητών, παραμένοντας την κύρια επιλογή σε πολλά υπάρχοντα συστήματα βιομηχανικού ελέγχου. Συνδυάζουν τα πλεονεκτήματα της μετάδοσης των ηλεκτρικών σημάτων (όπως η αντίσταση παρεμβολών μεγάλων αποστάσεων) με τα χαρακτηριστικά ισχύος των πνευματικών ενεργοποιητών, καθιστώντας τα κατάλληλα για βιομηχανικές ρυθμίσεις που απαιτούν υψηλή ακρίβεια και έλεγχο ηλεκτρικού σήματος. Αυτός ο τύπος είναι μια φυσική επιλογή για την αναβάθμιση ή την εκκαθάριση των παραδοσιακών συστημάτων DCS, καθώς ενισχύει την απόδοση του ελέγχου χωρίς να μεταβάλλει πλήρως την υπάρχουσα αρχιτεκτονική.

Οι ψηφιακοί θέσεις αντιπροσωπεύουν τη μελλοντική τάση στην τεχνολογία θέσης βαλβίδων. Οι ισχυρές δυνατότητες διαγνωστικής και επικοινωνίας τους καθιστούν μια βασική τεχνολογία για την επίτευξη της βιομηχανίας 4.0 και την προγνωστική συντήρηση. Μέσω των ενσωματωμένων μικροεπεξεργαστών και της τεχνολογίας ανατροφοδότησης μη επαφής, οι ψηφιακοί θέσεις παρέχουν εξαιρετική ακρίβεια και ολοκληρωμένες πληροφορίες για την υγεία των βαλβίδων, επιτρέποντας τη "συντήρηση που βασίζεται στην κατάσταση" και "πρόβλεψη συντήρησης". Αυτό σημαίνει ότι οι εταιρείες μπορούν να προγραμματίσουν τη συντήρηση με βάση την πραγματική κατάσταση λειτουργίας του εξοπλισμού και όχι ένα σταθερό χρονοδιάγραμμα, ελαχιστοποιώντας έτσι το χρόνο διακοπής και τη βελτιστοποίηση των πόρων συντήρησης.

Αυτή η εξέλιξη δεν είναι μια απλή αντικατάσταση αλλά μάλλον αποτέλεσμα βαθιάς κατανόησης των διαφορετικών απαιτήσεων εφαρμογής και μιας ισορροπίας κόστους-αποτελεσματικότητας. Οι πνευματικοί θέσεις, με τα χαρακτηριστικά τους "απλό χαμηλού κόστους" και "εγγενώς από την έκρηξη", εξακολουθούν να έχουν μια αγορά σε απλές εφαρμογές όπου η ισχύς δεν είναι διαθέσιμη ή υπάρχει υψηλός κίνδυνος σπινθήρων. Οι ηλεκτρο-πνευματικοί θέσεις, μέσω μετατροπέων I/P, αντιμετωπίζουν την πρόκληση του συνδυασμού των πλεονεκτημάτων της μετάδοσης ηλεκτρικών σημάτων μεγάλων αποστάσεων με πνευματικά ενεργοποιητές, καθιστώντας τους μια φυσική επιλογή για την αναβάθμιση των παραδοσιακών συστημάτων DCS. Οι ψηφιακοί θέσεις, εξοπλισμένοι με μικροεπεξεργαστές και ανατροφοδότηση μη επαφής, έχουν σημαντικά ενισχυμένες δυνατότητες ακρίβειας και διαγνωστικής, επιτρέποντας τη "συντήρηση που βασίζεται στην κατάσταση" και "προγνωστική συντήρηση". Αυτή η λειτουργική επέκταση μετασχηματίζει τους θέσεις των βαλβίδων από απλούς ενεργοποιητές σε έξυπνες συσκευές ικανές να παρέχουν κρίσιμα λειτουργικά δεδομένα.

Ως εκ τούτου, κατά την επιλογή ενός θέσης, οι εταιρείες πρέπει να εξισορροπήσουν τα οφέλη της τεχνολογικής προόδου (όπως το μειωμένο χρόνο διακοπής, τη βελτίωση της ποιότητας του προϊόντος και τη βελτιστοποιημένη κατανάλωση ενέργειας) έναντι της αρχικής πολυπλοκότητας των επενδύσεων και της συντήρησης. Για παράδειγμα, για τις μη κρίσιμες βαλβίδες on/off, μπορεί να αρκεί ένας απλός πνευματικός τόπος. Ωστόσο, για τους βρόχους ελέγχου υψηλής αξίας, υψηλού κινδύνου, η πρόσθετη επένδυση σε έναν ψηφιακό ευφυή θέση αξίζει τον κόπο, καθώς ενισχύει σημαντικά τη σταθερότητα, την ασφάλεια και την οικονομική αποτελεσματικότητα. Οι υπεύθυνοι λήψης αποφάσεων δεν πρέπει να επιδιώκουν τυφλά την υψηλότερη τεχνολογία, αλλά να διεξάγουν μια ολοκληρωμένη ανάλυση κόστους κύκλου ζωής, λαμβάνοντας υπόψη την αρχική προμήθεια, την εγκατάσταση, την κατανάλωση λειτουργίας, το κόστος συντήρησης, καθώς και τις πιθανές απώλειες παραγωγής και τους κινδύνους ασφάλειας.

Ο παρακάτω πίνακας παρέχει μια ολοκληρωμένη σύγκριση διαφορετικών τύπων θέσεων βαλβίδων για να βοηθήσει τους αναγνώστες να κατανοήσουν καλύτερα τα αντίστοιχα χαρακτηριστικά τους και τις σειρές εφαρμογών:

Πίνακας 1: Σύγκριση τύπων θέσης βαλβίδων

Fisher DPC2K

Iii. Βασικές εκτιμήσεις για την επιλογή ενός φορέα θέσης βαλβίδας

Η επιλογή του κατάλληλου θέσης της βαλβίδας είναι μια πολυδιάστατη, συστηματική διαδικασία λήψης αποφάσεων που απαιτεί ολοκληρωμένη εξέταση πολλαπλών βασικών παραγόντων, συμπεριλαμβανομένων των απαιτήσεων απόδοσης, του περιβάλλοντος λειτουργίας, της συμβατότητας του συστήματος και του κόστους-αποτελεσματικότητας.

Α. Απαιτήσεις απόδοσης και ακρίβειας

Η απόδοση ενός θέσης βαλβίδας καθορίζει άμεσα την ακρίβεια και τη σταθερότητα του βρόχου ελέγχου. Επομένως, οι απαιτήσεις απόδοσης και ακρίβειας είναι οι κύριες εκτιμήσεις κατά την επιλογή.

1.

Η ακρίβεια τοποθέτησης αναφέρεται στον βαθμό εγγύτητας μεταξύ της πραγματικής θέσης της βαλβίδας και της επιθυμητής θέσης, ενώ η επαναληψιμότητα αναφέρεται στην ικανότητα της βαλβίδας να επιτυγχάνει την ίδια θέση κάθε φορά κάτω από το ίδιο σήμα. Η ακριβής και επαναλαμβανόμενη τοποθέτηση είναι ένα βασικό πλεονέκτημα των ηλεκτρικών γραμμικών ενεργοποιητών (ως μέρος του συστήματος ενεργοποιητή) και των ψηφιακών θέσεων. Οι ψηφιακοί positioners, εξοπλισμένοι με ενσωματωμένους μικροεπεξεργαστές και προηγμένους αλγόριθμους ελέγχου, μπορούν να επιτύχουν υψηλότερη ακρίβεια τοποθέτησης και χαμηλότερα ποσοστά σφάλματος από τους παραδοσιακούς θέσεις. Για παράδειγμα, οι τεχνολογίες ανατροφοδότησης μη επαφής, όπως οι αισθητήρες Hall Effect, επιτρέπουν την ακριβή μέτρηση χωρίς φυσική επαφή, ενισχύοντας σημαντικά τη συνολική ακρίβεια και την αξιοπιστία του ελέγχου.

2. Ταχύτητα απόκρισης και σταθερότητα

Η ταχύτητα απόκρισης αναφέρεται στον χρόνο που απαιτείται για τη βαλβίδα να φτάσει στη νέα θέση της μετά τη λήψη του σήματος ελέγχου. Οι θέσεις μπορούν να επιταχύνουν σημαντικά την ταχύτητα απόκρισης της βαλβίδας και να μειώσουν το χρόνο απόκρισης παρέχοντας υψηλότερη ροή αέρα και πίεση. Αυτό είναι κρίσιμο για τα συστήματα που απαιτούν ταχείες προσαρμογές για να ανταποκριθούν στις αλλαγές της διαδικασίας, όπως στην ταχέως μεταβαλλόμενη ροή ή τους βρόχους ελέγχου πίεσης. Επιπλέον, με τη συνεχή παρακολούθηση και ρύθμιση της θέσης της βαλβίδας, ο θέσης βοηθά αποτελεσματικά στη διατήρηση της σταθερότητας της διαδικασίας, την καταστολή των ταλαντώσεων ή των διακυμάνσεων και τη διασφάλιση ότι οι μεταβλητές της διαδικασίας λειτουργούν ομαλά κοντά στο σημείο ρύθμισης.

3. Εξάλειψη της υστέρησης και της νεκρότητας

Η υστέρηση αναφέρεται στο φαινόμενο όπου η απόκριση εξόδου της βαλβίδας καθυστερεί πίσω από την αλλαγή εισόδου όταν αλλάζει η κατεύθυνση του σήματος εισόδου. Το Deadband αναφέρεται στο εύρος εντός του οποίου η έξοδος της βαλβίδας δεν ανταποκρίνεται στις αλλαγές στο σήμα εισόδου. Αυτά τα μη γραμμικά χαρακτηριστικά μειώνουν την ακρίβεια ελέγχου. Οι θέσεις μπορούν να αντισταθμίσουν αποτελεσματικά και να εξαλείψουν την υστέρηση και την αδιέξοδο που προκαλούνται από την τριβή του στελέχους βαλβίδας, εξασφαλίζοντας ότι η βαλβίδα ανταποκρίνεται με ακρίβεια και ευαισθητοποιώντας τον έλεγχο των σημάτων σε ολόκληρη την περιοχή των ταξιδιών της. Αυτό είναι κρίσιμο για την επίτευξη ρύθμισης υψηλής ακρίβειας και την αποφυγή αποκλίσεων της διαδικασίας, ειδικά σε εφαρμογές ελέγχου του στραγγαλισμού που απαιτούν συχνές μικρές προσαρμογές.

Κατά την επιλογή ενός θέσης βαλβίδας, υπάρχει μια σημαντική ισορροπία μεταξύ ακρίβειας και κόστους. Ενώ οι ψηφιακοί θέσεις προσφέρουν εξαιρετική ακρίβεια τοποθέτησης και ισχυρές διαγνωστικές δυνατότητες, το αρχικό κόστος προμηθειών τους είναι συνήθως υψηλότερο. Δεν μπορούν όλες οι βιομηχανικές εφαρμογές να αντέξουν οικονομικά ή να απαιτούν μια τέτοια υψηλή αρχική επένδυση. Για εφαρμογές με σχετικά λιγότερο αυστηρές απαιτήσεις ακρίβειας, αλλά οι ευαισθησίες κόστους, οι πνευματικοί ή ηλεκτρομηχανικοί θέσεις μπορούν να προσφέρουν καλύτερη σχέση κόστους-αποτελεσματικότητας. Αυτή η επιλογή είναι ένα συμβιβασμό που πρέπει να καθοριστεί με βάση τις απαιτήσεις ακρίβειας της συγκεκριμένης διαδικασίας, τις πιθανές απώλειες από τους μη προγραμματισμένους χρόνους διακοπής και τους διαθέσιμους περιορισμούς του προϋπολογισμού.

Η υψηλή ακρίβεια έρχεται συχνά με πιο σύνθετη τεχνολογία ανίχνευσης (π.χ. αισθητήρες