Κατανοηση των θέσεων βαλβίδων σε αυτό το άρθρο

Η θέση της βαλβίδας (ελεγκτής βαλβίδων) είναι μια συσκευή που χρησιμοποιείται για τον με ακρίβεια τον έλεγχο και τη ρύθμιση της θέσης μιας βαλβίδας ελέγχου. Με τη λήψη σημάτων εισόδου από τον ελεγκτή, ρυθμίζει το άνοιγμα της βαλβίδας στο επιθυμητό σημείο ρύθμισης, εξασφαλίζοντας έτσι ότι οι παράμετροι διεργασίας (π.χ. πίεση, θερμοκρασία, ρυθμός ροής κ.λπ.) παραμένουν εντός προκαθορισμένων περιοχών. Οι θέσεις διαδραματίζουν βασικό ρόλο στον βιομηχανικό αυτοματισμό και τον έλεγχο των διαδικασιών και χρησιμοποιούνται ευρέως σε πετρέλαιο και φυσικό αέριο, χημικά, φαρμακευτικά προϊόντα, επεξεργασία νερού και άλλες βιομηχανίες.

Η θέση του στελέχους μιας πνευματικής βαλβίδας ελέγχου σχετίζεται γραμμικά με την πίεση του αέρα που εφαρμόζεται στον ενεργοποιητή επειδή οι μηχανικές πηγές τείνουν να ακολουθούν το νόμο του Hooke, ο οποίος δηλώνει ότι η ποσότητα της κίνησης της άνοιξης (x) είναι άμεσα ανάλογη με την εφαρμοζόμενη δύναμη (F = KX). Η δύναμη που εφαρμόζεται από έναν πνευματικό ενεργοποιητή είναι συνάρτηση της πίεσης του αέρα και της περιοχής εμβόλου/διαφράγματος (F = PA), και το ελατήριο, με τη σειρά του, συμπιέζει ή εκτείνεται, παράγοντας μια ίση και αντίθετη δύναμη αντίδρασης. Το τελικό αποτέλεσμα είναι ότι η πίεση του ενεργοποιητή μεταφράζεται γραμμικά σε κίνηση STEM (x = pa/k).

1.

Αυτή η γραμμική και επαναλαμβανόμενη σχέση μεταξύ της πίεσης του πνευματικού σήματος και της θέσης του στελέχους ισχύει μόνο εάν, και μόνο εάν, το διάφραγμα/το έμβολο και το έμβολο και η άνοιξη είναι οι μόνες δυνάμεις που δρουν στο στέλεχος. Εάν κάποια άλλη δύναμη ενεργεί στον μηχανισμό, η σχέση μεταξύ της πίεσης του σήματος και της θέσης του στελέχους δεν θα είναι πλέον ιδανική.

Δυστυχώς, υπάρχουν πολλές άλλες δυνάμεις που ενεργούν στο στέλεχος εκτός από τις δυνάμεις του ενεργοποιητή και τις δυνάμεις αντίδρασης της άνοιξης. Η τριβή της συσκευασίας του στελέχους είναι μία από αυτές τις δυνάμεις και η δύναμη αντίδρασης στο καρούλι που προκαλείται από τη διαφορική πίεση στην περιοχή του καρουλιού είναι άλλη. Αυτές οι δυνάμεις συνδυάζονται για την επανατοποθέτηση του στελέχους έτσι ώστε τα ταξίδια STEM να μην σχετίζονται με ακρίβεια με την ενεργοποίηση της πίεσης του υγρού.

Μια κοινή λύση σε αυτό το δίλημμα είναι να προσθέσετε έναν τοποθετητή βαλβίδας στο συγκρότημα της βαλβίδας ελέγχου. Ένας φορέας θέσης βαλβίδας είναι μια συσκευή ελέγχου κίνησης που έχει σχεδιαστεί για να συγκρίνει ενεργά τη θέση του στελέχους σε ένα σήμα ελέγχου και να ρυθμίσει το διάφραγμα του ενεργοποιητή ή την πίεση εμβόλου μέχρι να επιτευχθεί η σωστή θέση του στελέχους:

Ο ίδιος ο τόπος θέσης της βαλβίδας είναι βασικά ένα σύστημα ελέγχου: η θέση του στελέχους της βαλβίδας είναι η μεταβλητή διεργασίας (PV), το σήμα εντολής στο σημείο θέσης είναι το σημείο καθορισμένου (SP) και το σήμα του θέσης στον ενεργοποιητή της βαλβίδας είναι η μεταβλητή μεταβλητή (MV) ή η έξοδος. Έτσι, όταν ο ελεγκτής διεργασίας στέλνει ένα σήμα εντολής στη βαλβίδα εξοπλισμένη με τη θέση του, ο τοποθεσίας λαμβάνει αυτό το σήμα εντολής και εφαρμόζει τόσο πολύ όσο και μικρή πίεση αέρα στον ενεργοποιητή, όπως είναι απαραίτητο για την επίτευξη της επιθυμητής θέσης του στελέχους. Έτσι, ο θέσης θα "καταπολεμήσει" οποιαδήποτε άλλη δύναμη που ενεργεί στο στέλεχος της βαλβίδας για να επιτύχει σαφή, ακριβή τοποθέτηση στελέχους σύμφωνα με το σήμα εντολής. Ένας σωστά λειτουργικός τόπος θέσης εξασφαλίζει ότι η βαλβίδα ελέγχου "συμπεριφέρεται" στο σήμα εντολής.

2. Παράδειγμα Pneumatic Valve Positioner

Η ακόλουθη εικόνα δείχνει έναν πνευματικό τόπο Fisher Model 3582 τοποθετημένο σε βαλβίδα ελέγχου. Ο θέσης είναι ένα γκρι κουτί με τρία μετρητά πίεσης στη δεξιά πλευρά:

Μέρος του μηχανισμού ανάδρασης μπορεί να φανεί στην αριστερή πλευρά αυτού του θέσης: ένα μεταλλικό βραχίονα βιδωμένο στον σύνδεσμο στελέχους που συνδέεται με ένα βραχίονα που εκτείνεται από την πλευρά του θέσης. Κάθε θέση θέσης βαλβίδας ελέγχου πρέπει να είναι εξοπλισμένος με κάποια μέσα ανίχνευσης της θέσης του στελέχους, διαφορετικά ο θέσης δεν θα είναι σε θέση να συγκρίνει τη θέση του στελέχους με το σήμα εντολής.

Ένας πιο σύγχρονος τοποθετητής, το Fisher DVC6200 (και πάλι σε ένα γκρίζο κουτί με μετρητή πίεσης στη δεξιά πλευρά), εμφανίζεται στην επόμενη φωτογραφία:

Όπως και ο προηγούμενος μοντέλο 3582, αυτό το DVC6000 χρησιμοποιεί μια σύνδεση ανάδρασης στην αριστερή πλευρά για να αισθανθεί τη θέση του στελέχους της βαλβίδας. Το νεότερο DVC6200 χρησιμοποιεί έναν αισθητήρα μαγνητικής αίθουσας επίδρασης για να αισθανθεί τη θέση ενός μαγνήτη που έχει βιδωθεί στο στέλεχος. Αυτός ο σχεδιασμός ανάδρασης μη μηχανικής θέσης εξαλείφει την αντίδραση, τη φθορά, τις παρεμβολές και άλλα πιθανά προβλήματα που σχετίζονται με μηχανικούς δεσμούς. Η καλύτερη ανατροφοδότηση είναι κρίσιμη για την καλύτερη τοποθέτηση βαλβίδων.

Τα εδάφη θέσης βαλβίδων ελέγχου είναι συνήθως κατασκευασμένα για να παράγουν και να εκφορτώνουν υψηλές ροές αέρα, οπότε ο τοποθετητής λειτουργεί επίσης ως ενισχυτή όγκου850. Ως αποτέλεσμα, ο τοποθετητής όχι μόνο εξασφαλίζει πιο ακριβή τοποθέτηση στελέχους, αλλά και ταχύτερες ταχύτητες στελεχών (μικρότερες καθυστερήσεις χρόνου) από τους ενεργοποιητές των βαλβίδων που "τροφοδοτούνται" απευθείας από τον αισθητήρα I/P.

3 Βαλβίδα στη θέση

Ένα άλλο πλεονέκτημα της προσθήκης ενός θέσης βαλβίδας σε μια πνευματική βαλβίδα ελέγχου είναι ότι οι σφραγίδες των βαλβίδων (κλείνουν σφιχτά) καλύτερα. Αυτό το πλεονέκτημα δεν είναι προφανές με την πρώτη ματιά και ως εκ τούτου απαιτεί κάποια εξήγηση.

Πρώτον, πρέπει να γίνει κατανοητό ότι σε μια βαλβίδα ελέγχου, η επαφή μεταξύ του καρουλιού και του καθίσματος από μόνη της δεν επαρκεί για να εξασφαλιστεί το στενό κλείσιμο. Αντ 'αυτού, το καρούλι πρέπει να πιέζεται σκληρά ενάντια στο κάθισμα για να κλείσει εντελώς όλη τη ροή μέσω της βαλβίδας. Όποιος έχει σφίξει ποτέ τη λαβή μιας διαρροής βρύσης (Garden Dout) κατανοεί αυτή την αρχή διαισθητικά: απαιτείται μια ορισμένη ποσότητα δύναμης επαφής μεταξύ του βύσματος και του καθίσματος για να παραμορφωθούν τα δύο μέρη ελαφρώς, με αποτέλεσμα μια τέλεια εφαρμογή υγρού. Ο τεχνικός όρος για αυτή τη μηχανική απαίτηση είναι η φόρτωση καθίσματος.

Φανταστείτε μια βαλβίδα ελέγχου που ενεργοποιείται με διάφραγμα που ενεργοποιείται από το διάφραγμα, με μια ρύθμιση πάγκου από 3 έως 15 psi. Σε πίεση ενεργοποιητή 3 psi, το διάφραγμα δημιουργεί αρκετή δύναμη για να ξεπεράσει την προφόρτιση του ελατηρίου του ενεργοποιητή, αλλά όχι αρκετό για να μετακινήσει το καρούλι από το κάθισμα.

Με άλλα λόγια, σε πίεση διαφράγματος 3 psi, το καρούλι θα επικοινωνήσει με το κάθισμα, αλλά θα υπάρχει μικρή δύναμη για να παρέχει σφιχτή σφραγίδα διακοπής. Εάν αυτή η βαλβίδα ελέγχου τροφοδοτείται απευθείας από έναν αισθητήρα I/P που βαθμονομείται από 3 έως 15 psi, αυτό σημαίνει ότι η βαλβίδα μόλις θα κλείσει στο 0% της τιμής σήματος (3 psi), αντί να κλείσει σφιχτά. Προκειμένου το καρούλι να είναι πλήρως καθισμένος για μια σφιχτή σφραγίδα, όλη η πίεση του αέρα πρέπει να αφαιρεθεί από το διάφραγμα για να εξασφαλιστεί ότι δεν υπάρχει δύναμη διαφράγματος ενάντια στην άνοιξη. Αυτό δεν είναι δυνατό για ένα I/P με εύρος βαθμονόμησης 3-15 psi.

Τώρα φανταστείτε ότι η ίδια βαλβίδα είναι εξοπλισμένη με έναν τοποθετητή που λαμβάνει ένα σήμα 3 έως 15 psi από το I/P και το χρησιμοποιεί ως εντολή (καθορισμένο σημείο) για τη θέση του στελέχους, εφαρμόζοντας όσο το δυνατόν λιγότερη πίεση στο διάφραγμα, όπως απαιτείται για να επιτευχθεί η επιθυμητή θέση του στελέχους. Ο σωστός τρόπος για τη βαθμονόμηση του θέσης είναι να αρχίσει η ανύψωση του στελέχους μόνο όταν το σήμα έχει αυξηθεί ελαφρώς πάνω από το 0%, πράγμα που σημαίνει ότι στο 0% (4mA) ο θέσης θα προσπαθήσει να αναγκάσει τη βαλβίδα σε μια ελαφρώς αρνητική θέση στελέχους. Προσπαθώντας να επιτευχθεί αυτή η αδύνατη απαίτηση, η έξοδος του θέσης θα φτάσει σε χαμηλό κορεσμό, χωρίς να ασκεί πίεση στο διάφραγμα ενεργοποίησης, με αποτέλεσμα το στέλεχος της βαλβίδας που ασκεί την πλήρη δύναμη ελατηρίου του στο κάθισμα της βαλβίδας. Μια σύγκριση των δύο σεναρίων εμφανίζεται στο παρακάτω διάγραμμα:

Ενώ οι θέσεις είναι χρήσιμοι για ενεργοποιητές βαλβίδων εξοπλισμένων με ελατήριο, είναι απολύτως απαραίτητοι για ορισμένους άλλους τύπους ενεργοποιητών. Εξετάστε τον ακόλουθο πνευματικό ενεργοποιητή εμβόλου διπλής δράσης χωρίς ελατήρια:

Χωρίς ένα ελατήριο για να παρέχει μια δύναμη συγκράτησης για να επιστρέψει τη βαλβίδα στη θέση "ασφαλή" αποτυχίας, δεν υπάρχει η σχέση του νόμου του Hooke μεταξύ της εφαρμοσμένης πίεσης του αέρα και της θέσης του στελέχους. Ο τοποθετητής πρέπει να εφαρμόζει εναλλακτικά την πίεση αέρα και στις δύο επιφάνειες του εμβόλου για να αυξήσει και να μειώσει το στέλεχος.

Οι ενεργοποιητές της βαλβίδας ελέγχου με μηχανοκίνητα είναι ένας άλλος σχεδιασμός ενεργοποιητή που απαιτεί απολύτως κάποια μορφή συστήματος θέσης, επειδή η μηχανοκίνητη μονάδα δεν μπορεί να «αισθανθεί» τη θέση του δικού της άξονα για να μετακινήσει με ακρίβεια τη βαλβίδα ελέγχου. Επομένως, ένα κύκλωμα θέσης χρησιμοποιώντας ένα ποτενσιόμετρο ή ένα μετατροπέα LVDT/RVDT για να ανιχνεύσει τη θέση του στελέχους βαλβίδας και ένα σύνολο εξόδων τρανζίστορ για να οδηγήσει τον κινητήρα απαιτείται για να επιτρέψει στον ηλεκτρικό ενεργοποιητή να ανταποκριθεί στα αναλογικά σήματα ελέγχου.

4. Εξισορρόπηση εξισορρόπησης δύναμης Pneumatic

Μια απλή δύναμη ισορροπημένη σχεδίαση θέσης πνευματικής βαλβίδας παρουσιάζεται παρακάτω:

Το σήμα ελέγχου για αυτή τη βαλβίδα είναι ένα πνευματικό σήμα 3 έως 15 psi είτε από αισθητήρα I/P είτε από πνευματικό ελεγκτή (ούτε εμφανίζεται στο διάγραμμα). Αυτή η πίεση σήματος ελέγχου ασκεί μια ανοδική δύναμη στη δέσμη δύναμης, προκαλώντας το διάφραγμα να προσπαθήσει να προσεγγίσει το ακροφύσιο. Η αύξηση της αντιστροφής της πίεσης στο ακροφύσιο προκαλεί το ρελέ πνευματικής ενίσχυσης για να εξάγεται περισσότερη πίεση αέρα στον ενεργοποιητή της βαλβίδας, ο οποίος με τη σειρά του ανυψώνει το στέλεχος της βαλβίδας (ανοίγει τη βαλβίδα). Καθώς το στέλεχος της βαλβίδας ανυψώνεται, το ελατήριο που συνδέει τον ενεργοποιητή με το στέλεχος της βαλβίδας εκτείνεται περαιτέρω, εφαρμόζοντας πρόσθετη δύναμη στη δεξιά πλευρά του ενεργοποιητή. Όταν αυτή η πρόσθετη δύναμη είναι ισορροπημένη με τη δύναμη των φυσητήρων, το σύστημα σταθεροποιείται σε ένα νέο σημείο ισορροπίας.

Όπως συμβαίνει με όλα τα ισορροπημένα συστήματα με δύναμη, η κίνηση του pushrod περιορίζεται από τη δύναμη εξισορρόπησης, οπότε η κίνηση του είναι αμελητέα στην πράξη. Τελικά, η ισορροπία επιτυγχάνεται από μία δύναμη που εξισορροπεί την άλλη, όπως δύο ομάδες ανθρώπων που τραβούν ένα σχοινί: όσο οι δυνάμεις των δύο ομάδων είναι ίσες σε μέγεθος και αντίθετα προς την κατεύθυνση, το σχοινί δεν θα αποκλίνει από την αρχική του θέση.

Το παρακάτω διάγραμμα δείχνει το PMV 1500 Positioner Balance Position για την τοποθέτηση ενός ενεργοποιητή περιστροφικής βαλβίδας με το κάλυμμα στο (πάνω) και κάτω (κάτω):

Ένα σήμα πνευματικού ελέγχου 3 έως 15 psi εισέρχεται στον φυσητήρα και σπρώχνει προς τα κάτω στην οριζόντια δέσμη δύναμης (μαύρο). Το συγκρότημα πνευματικής πιλοτικής βαλβίδας στην αριστερή πλευρά της δέσμης δύναμης ανιχνεύει οποιαδήποτε κίνηση και αυξάνει την πίεση του αέρα στο διάφραγμα ενεργοποίησης της βαλβίδας εάν ανιχνευθεί οποιαδήποτε μετακίνηση προς τα κάτω και απελευθερώνει την πίεση αέρα στον ενεργοποιητή εάν εντοπιστεί οποιαδήποτε κίνηση:

Όταν ο συμπιεσμένος αέρας εισέρχεται στον ενεργοποιητή βαλβίδας μέσω του συγκροτήματος της πιλοτικής βαλβίδας, η περιστροφική βαλβίδα θα αρχίσει να περιστρέφεται προς την ανοικτή κατεύθυνση. Η περιστροφική κίνηση του άξονα μετατρέπεται σε γραμμική κίνηση εντός του θέσης μέσω ενός CAM: Το έκκεντρο είναι ένας δίσκος με ακανόνιστη ακτίνα σχεδιασμένη για να παράγει μια γραμμική μετατόπιση από μια γωνιακή μετατόπιση:

Ένας οπαδός του κυλίνδρου που βρίσκεται στο τέλος της χρυσής δοκού κινείται κατά μήκος της περιφέρειας του CAM. Η κίνηση CAM μετατρέπεται σε μια ευθεία δύναμη εγκεφαλικού επεισοδίου με συμπίεση του ελατηρίου του πηνίου απευθείας ενάντια στη δύναμη του πνευματικού φυσητήρα στη δέσμη δύναμης. Όταν η κίνηση CAM είναι επαρκής για να συμπιέσει το ελατήριο αρκετά για να αντισταθμίσει την πρόσθετη δύναμη που παράγεται από τον πνευματικό φυσητήρα, η δέσμη δύναμης επιστρέφει στη θέση ισορροπίας (πολύ κοντά στη θέση εκκίνησης) και η βαλβίδα σταματά να κινείται.

Αν κοιτάξετε προσεκτικά την τελευταία φωτογραφία, θα δείτε τη βίδα μηδενικής θέσης: μια ράβδο με σπείρωμα που εκτείνεται κάτω από τη χρυσή δοκό. Αυτή η βίδα ρυθμίζει τη συμπίεση του ελατηρίου μεροληψίας έτσι ώστε η μονάδα θέσης "να πιστεύει" ότι το έκκεντρο βρίσκεται σε διαφορετική θέση. Για παράδειγμα, η περιστροφή αυτής της ράβδου με σπείρωμα δεξιόστροφα (όπως φαίνεται από το άκρο της δέσμευσης του κατσαβιδιού) συμπιέζει περαιτέρω το ελατήριο, ωθώντας την πιο σκούρα ράβδο προς τα πάνω με περισσότερη δύναμη, επιτυγχάνοντας το ίδιο αποτέλεσμα με μια ελαφριά περιστροφή του αριστερόστροφα του CAM. Αυτό αναγκάζει τον θέτοντα να αναλάβει δράση και να περιστρέψει το CAM δεξιόστροφα για να αντισταθμίσει, φέρνοντας το πιο κοντά στη θέση του στελέχους 0%.

Παρόλο που ο CAM και ο οπαδός σε αυτόν τον μηχανισμό θέσης κινούνται πραγματικά ως απάντηση στην κίνηση του STEM, μπορεί να θεωρηθεί ως μηχανισμός εξισορρόπησης δύναμης, αφού το σταυρό που συνδέεται με την πιλοτική βαλβίδα δεν μετακινείται αισθητά. Με την εξισορρόπηση των δυνάμεων στη δέσμη, η πιλοτική βαλβίδα είναι πάντα στην ισορροπημένη θέση.

5. Δυναμική εξισορρόπηση pneumatic positioner

Υπάρχουν επίσης σχέδια θέσης πνευματικής βαλβίδας, όπου η κίνηση του στελέχους της βαλβίδας εξουδετερώνει την κίνηση (όχι τη δύναμη) από ένα άλλο στοιχείο. Το ακόλουθο διάγραμμα cutaway δείχνει πώς λειτουργεί ένας απλός ισορροπημένος κίνησης:

Σε αυτόν τον μηχανισμό, η αύξηση της πίεσης του σήματος αναγκάζει τη δέσμη να προχωρήσει προς το ακροφύσιο, με αποτέλεσμα μια υψηλότερη πίσω πίεση του ακροφυσίου, η οποία με τη σειρά της προκαλεί το ρελέ πνευματικής ενίσχυσης να δώσει μεγαλύτερη πίεση αέρα στον ενεργοποιητή της βαλβίδας. Καθώς το στέλεχος της βαλβίδας ανυψώνεται, η ανοδική κίνηση του δεξιού άκρου της δέσμης αντισταθμίζει την προηγούμενη πρόοδο της δέσμης προς το ακροφύσιο. Όταν επιτευχθεί ισορροπία, η δέσμη θα βρίσκεται σε κεκλιμένη θέση όπου η κίνηση των φυσητήρων ισορροπείται από την κίνηση του στελέχους.

Η ακόλουθη φωτογραφία δείχνει μια κοντινή όψη του μηχανισμού θέσης του PuseMatic Balance Model Fisher Model 3582:

Στην καρδιά του μηχανισμού υπάρχει ένας μεταλλικός δακτύλιος σε σχήμα D που μεταφράζει την κίνηση των φυσητήρων και την κίνηση των στελεχών σε κίνηση διαφράγματος. Καθώς αυξάνεται η πίεση του πνευματικού σήματος, οι φυσητήρες (που βρίσκονται κάτω από την επάνω δεξιά γωνία του δακτυλίου D) επεκτείνονται, προκαλώντας τη ροκ της δέσμης κατά μήκος του κατακόρυφου άξονα του. Όταν ο τοποθετητής έχει οριστεί για λειτουργία άμεσης δράσης, αυτή η κουνιστή κίνηση ωθεί το διάφραγμα πιο κοντά στο ακροφύσιο, το οποίο αυξάνει την αντίθλιψη και προσφέρει περισσότερο συμπιεσμένο αέρα στον ενεργοποιητή της βαλβίδας:

Καθώς το στέλεχος κινείται, ο μοχλός ανάδρασης περιστρέφει το έκκεντρο στο κάτω μέρος του δακτυλίου D. Ο κύλινδρος "οπαδός" σε αυτό το έκκεντρο μεταφράζει την κίνηση του στελέχους της βαλβίδας σε μια άλλη κουνιστή κίνηση στη δέσμη, αυτή τη φορά κατά μήκος του οριζόντιου άξονα. Ανάλογα με τον τρόπο με τον οποίο η έκκεντρο είναι σταθερή στον άξονα ανάδρασης, αυτή η κίνηση μπορεί να προκαλέσει το πτερύγιο της βαλβίδας να πετάξει πιο μακριά από το ακροφύσιο ή πιο κοντά σε αυτό. Η κατεύθυνση CAM πρέπει να επιλέγεται ώστε να ταιριάζει με τη δράση του ενεργοποιητή: Direct (ο αέρας επεκτείνει το στέλεχος της βαλβίδας) ή αντίστροφα (ο αέρας αποσύρεται το στέλεχος της βαλβίδας).

Ο μηχανισμός δακτυλίου D είναι αρκετά έξυπνος στο ότι επιτρέπει την εύκολη ρύθμιση του εύρους ρυθμίζοντας τη γωνία του συγκροτήματος διαφυγίου (πώματος) σε διάφορα σημεία κατά μήκος της περιφέρειας του δακτυλίου. Εάν το συγκρότημα διαφράγματος έχει τοποθετηθεί κοντά στην οριζόντια, θα είναι πιο ευαίσθητη στην κίνηση των φυσητήρων και λιγότερο ευαίσθητη στην κίνηση των στελεχών, αναγκάζοντας τη βαλβίδα να κινηθεί μακρύτερα για να εξισώσει τη μικρή κίνηση των φυσητήρων (μήκος μακρού εγκεφαλικού επεισοδίου). Αντίθετα, εάν το συγκρότημα της βαλβίδας είναι τοποθετημένο κοντά στην κάθετη, θα είναι μέγιστη ευαίσθητη στην κίνηση των στελεχών και ελάχιστα ευαίσθητη στην κίνηση των φυσητήρων, με αποτέλεσμα μια πολύ μικρή διαδρομή βαλβίδας (δηλαδή, οι φυσητήρες θα πρέπει να επεκταθούν σημαντικά για να εξισορροπήσουν τη μικρή ποσότητα κίνησης των στελεχών).

6.

Θυμηθείτε ότι ο σκοπός ενός θέσης βαλβίδας είναι να διασφαλίσει ότι η θέση μιας μηχανικής βαλβίδας ταιριάζει πάντα με το εντολή σήμα. Επομένως, ο ίδιος ο ίδιος η θέση της βαλβίδας είναι στην πραγματικότητα ένα σύστημα ελέγχου κλειστού βρόχου: εφαρμόζοντας όσο το δυνατόν περισσότερη ή ελάχιστη πίεση στον ενεργοποιητή προκειμένου να φτάσει πάντα στη θέση του στελέχους. Οι μηχανικοί θέσεις βαλβίδων χρησιμοποιούν μοχλούς, κάμερες και άλλα φυσικά εξαρτήματα για να επιτευχθούν αυτό το έλεγχο κλειστού βρόχου.

Οι ψηφιακοί θέσεις θέσης βαλβίδων (όπως το μοντέλο Fisher DVC6000) χρησιμοποιούν ηλεκτρονικούς αισθητήρες για να ανιχνεύσουν τη θέση του στελέχους, έναν μικροεπεξεργαστή για να συγκρίνουν τη θέση του ανιχνευμένου στελέχους με ένα σήμα ελέγχου μέσω μαθηματικής αφαίρεσης (σφάλμα = θέση - σήμα) και στη συνέχεια ένας μετατροπέας πνευματικού σήματος και αναμεταδόθηκε για να στέλνει την πίεση αέρα στον αναταραχές της βαλβίδας. Παρακάτω είναι ένα απλοποιημένο σχήμα ενός κοινού ψηφιακού θέσης βαλβίδων:

Όπως μπορείτε να δείτε από το διάγραμμα, η εσωτερική δομή ενός ψηφιακού θέσης βαλβίδας είναι πολύ περίπλοκη. Έχουμε όχι μόνο έναν αλγόριθμο ελέγχου, αλλά δύο αλγόριθμους ελέγχου που εργάζονται παράλληλα για να διατηρήσουν τη σωστή θέση της βαλβίδας: μία οθόνων και ελέγχει την πίεση που εφαρμόζεται στο ενεργοποιητή (αντισταθμίζοντας τις διακυμάνσεις της πίεσης τροφοδοσίας που μπορεί να επηρεάσουν τη θέση της βαλβίδας) και οι άλλοι οθόνες και ελέγχουν την ίδια τη θέση του στελέχους της βαλβίδας, στέλνοντας σήματα ελέγχου στο συγκρότημα πίεσης.

Ένα σήμα εντολής (από έναν ελεγκτή βρόχου διεργασίας, PLC ή άλλο σύστημα ελέγχου) αναφέρει στον θέση τη θέση του στελέχους της βαλβίδας. Ο πρώτος ελεγκτής (PI) εντός του θέσης υπολογίζει πόση πίεση αέρα πρέπει να φτάσει στον απαιτούμενο θέση STEM. Ο επόμενος ελεγκτής (PID) οδηγεί τον μετατροπέα I/P (ρεύματος προς πίεση), όπως απαιτείται για την επίτευξη αυτής της πίεσης. Εάν για οποιονδήποτε λόγο το στέλεχος δεν βρίσκεται στη θέση της εντολής, οι δύο ελεγκτές εντός του θέσης θα συνεργαστούν για να αναγκάσουν τη βαλβίδα στη σωστή θέση.

Όχι μόνο ένας ψηφιακός φορέας θέσης βαλβίδας παρέχει ανώτερο έλεγχο θέσης σε σύγκριση με έναν μηχανικό τοποθετητή βαλβίδας, αλλά η σειρά των αισθητήρων και των δυνατοτήτων ψηφιακής επικοινωνίας παρέχουν υψηλότερο επίπεδο διαγνωστικών δεδομένων για το προσωπικό συντήρησης και τα συστήματα ελέγχου εποπτείας (εάν προγραμματιστεί να παρακολουθεί και να ενεργεί σε αυτά τα δεδομένα).

Τα διαγνωστικά δεδομένα που παρέχονται από τον ψηφιακό θέτοντα βαλβίδας περιλαμβάνουν:

-Πίεση τροφοδοσίας AIR

-Πίεση αέρα Actuator

-Θερμοκρασία

-Σφάλμα θέσης και πίεσης

-Το ταξίδι STEM (παρόμοια με ένα χιλιομετρικό χιλιομετρικό)

Επιπλέον, ο μικροεπεξεργαστής που είναι ενσωματωμένος στον ψηφιακό τεκμήριο βαλβίδων είναι ικανός να εκτελεί αυτο-δοκιμές, αυτο-βαθμονόμηση και άλλες διαδικασίες ρουτίνας που παραδοσιακά εκτελούνται από τεχνικούς οργάνων σε μηχανικούς θέσεις βαλβίδων. Ο ψηφιακός φορέας θέσης βαλβίδας καταγράφει επίσης μετρήσεις, όπως το Total STEM Travel για να προβλέψει πότε η συσκευασία θα φθαρεί και θα αποστέλλει αυτόματα ειδοποιήσεις συντήρησης για να ειδοποιήσει τον χειριστή ή/και τον τεχνικό οργάνων όταν η συσκευασία STEM πρέπει να αντικατασταθεί!

7. Δυσλειτουργία του αισθητήρα θέσης βαλβίδας

Μερικοί "έξυπνοι" θέσεις βαλβίδων παρακολουθούν την πίεση αέρα του ενεργοποιητή εκτός από τη θέση του στελέχους και έτσι έχουν ένα χρήσιμο χαρακτηριστικό της διατήρησης κάποιου βαθμού ελέγχου βαλβίδων σε περίπτωση βλάβης του αισθητήρα θέσης στελέχους. Εάν ο μικροεπεξεργαστής ανιχνεύσει μια αποτυχία του σήματος ανάδρασης θέσης (εκτός εύρους), μπορεί να προγραμματιστεί να συνεχίσει να λειτουργεί η βαλβίδα με βάση μόνο την πίεση:

Δηλαδή, η πίεση του αέρα στον ενεργοποιητή της βαλβίδας ρυθμίζεται με βάση τη λειτουργία πίεσης/θέσης που καταγράφηκε στο παρελθόν. Δεδομένου ότι δεν μπορεί να αισθανθεί τη θέση του στελέχους, δεν λειτουργεί πλέον αυστηρά ως τοποθετητής, αλλά μπορεί ακόμα να λειτουργήσει ως ενισχυτής (σε σύγκριση με τον ρυθμό ροής ενός τυπικού I/P) και να παράσχει λογικό έλεγχο της βαλβίδας, ενώ οποιοσδήποτε άλλος (μη αδιάκριτος) θέσης βαλβίδων θα κάνει την κατάσταση χειρότερη όταν χάνει την ανατροφοδότηση της θέσης STEM.

Με οποιοδήποτε καθαρά μηχανικό patuser, εάν η σύνδεση ανάδρασης θέσης του στελέχους απομακρύνεται, η βαλβίδα ελέγχου συνήθως "κορεσμού" και είτε θα ανοίξει πλήρως είτε θα κλείσει πλήρως. Αυτό δεν συμβαίνει με τους καλύτερους "έξυπνους" θέσεις!

8. Πίεση ενεργοποιητή και θέση στελέχους

Πιθανώς τα σημαντικότερα διαγνωστικά δεδομένα που παρέχονται από έναν ψηφιακό τοποθετητή βαλβίδας είναι η σύγκριση της πίεσης του ενεργοποιητή με τη θέση του στελέχους, συνήθως αντιπροσωπεύεται γραφικά. Η πίεση του ενεργοποιητή είναι μια άμεση αντανάκλαση της δύναμης που εφαρμόζεται στο στέλεχος από τον ενεργοποιητή, καθώς η σχέση μεταξύ της δύναμης και της δύναμης και της πίεσης του εμβόλου είναι απλά F = PA, όπου η περιοχή (α) είναι σταθερά. Έτσι, η σύγκριση της πίεσης αέρα του ενεργοποιητή με τη θέση του στελέχους είναι στην πραγματικότητα μια έκφραση της δύναμης και της θέσης της βαλβίδας. Αυτός ο λεγόμενος χαρακτηρισμός βαλβίδων είναι πολύ χρήσιμος για τον εντοπισμό και τη διόρθωση προβλημάτων, όπως η υπερβολική τριβή συσκευασίας, η παρεμβολή στα εσωτερικά των βαλβίδων και τα προβλήματα προσαρμογής του καρούλι/καθίσματος.

Εμφανίζεται εδώ μια λήψη οθόνης που δείχνει "χαρακτηρισμό βαλβίδων" (που λαμβάνεται από το προϊόν λογισμικού του Emerson Valvelink, μέρος της σουίτας AMS) της συμπεριφοράς μιας βαλβίδας ελέγχου Fisher που ανοίγει το e-body Fisher:

Αυτό το γράφημα δείχνει δύο οικόπεδα της πίεσης του ενεργοποιητή έναντι της θέσης του στελέχους, ένα με κόκκινο και ένα με μπλε χρώμα.

Το κόκκινο γράφημα δείχνει την απόκριση της βαλβίδας στην ανοιχτή κατεύθυνση, όταν η βαλβίδα είναι ανοιχτή (επάνω), απαιτείται πρόσθετη πίεση για να ξεπεραστεί η τριβή της συσκευασίας.

Το μπλε γράφημα δείχνει τη βαλβίδα κλειστή, με λιγότερη πίεση που εφαρμόζεται τώρα στο διάφραγμα για να επιτρέψει τη συμπίεση ελατηρίου να ξεπεράσει την τριβή της συσκευασίας καθώς η βαλβίδα κλείνει (προς τα κάτω) για να ξεκουραστεί.

Οι αιχμηρές στροφές στα άκρα αυτού του διαγράμματος δείχνουν τη θέση όπου το στέλεχος της βαλβίδας φτάνει στην τελική του θέση και δεν μπορεί να κινηθεί περαιτέρω παρά τις περαιτέρω αλλαγές στην πίεση του ενεργοποιητή.

Σύμφωνα με τον νόμο του Hooke, ο οποίος περιγράφει τη συμπεριφορά των ελατηρίων βαλβίδων, κάθε γράφημα είναι περίπου γραμμικό, με τη δύναμη να ασκείται στο ελατήριο να είναι ανάλογη προς την μετατόπιση (συμπίεση) αυτής της άνοιξης: f = kx. Οποιαδήποτε απόκλιση από τα μεμονωμένα γραμμικά γραφήματα υποδεικνύει ότι υπάρχουν δυνάμεις διαφορετικές από τη συμπίεση της άνοιξης και την πίεση του αέρα που δρουν στο στέλεχος. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο βλέπουμε μια κατακόρυφη μετατόπιση στα δύο οικόπεδα: η τριβή συσκευασίας είναι μια άλλη δύναμη που ενεργεί στο στέλεχος εκτός από τη συμπίεση της άνοιξης και τη δύναμη που ασκείται από την πίεση του αέρα στο διάφραγμα του ενεργοποιητή. Το μέγεθος αυτής της μετατόπισης είναι σχετικά μικρό και η συνέπεια του δείχνει ότι η τριβή συσκευασίας είναι "υγιής" σε αυτή τη βαλβίδα. Όσο μεγαλύτερη είναι η τριβή συσκευασίας που βιώνει η βαλβίδα, τόσο μεγαλύτερη είναι η κατακόρυφη μετατόπιση των δύο διαγραμμάτων.

Η απότομη πτώση στο αριστερό άκρο του γραφήματος όπου το βύσμα της βαλβίδας έρχεται το κάθισμα της βαλβίδας ονομάζεται προφίλ καθίσματος. Το προφίλ καθίσματος βρίσκεται στο τέλος του πίνακα όπου η βαλβίδα είναι κλειστή και περιέχει πολύ χρήσιμες πληροφορίες σχετικά με τη φυσική κατάσταση του βύσμα και το κάθισμα της βαλβίδας. Καθώς αυτά τα εσωτερικά βαλβίδων φορούν σε μια βαλβίδα ελέγχου, το σχήμα του προφίλ του καθίσματος αλλάζει. Ένα ακανόνιστο προφίλ καθίσματος μπορεί να διαγνώσει τη διάβρωση του καθίσματος, τη φθορά ή πολλές άλλες καταστάσεις.

Τα περιγράμματα των καθισμάτων μπορούν να εξεταστούν λεπτομερώς με το ζουμ στο κάτω αριστερό άκρο του σχεδίου χαρακτηριστικών της βαλβίδας. Το παρακάτω σχήμα δείχνει το προφίλ καθίσματος μιας βαλβίδας ελέγχου Fisher E-Body σε άθικτη κατάσταση:

Εάν το προσωπικό συντήρησης μιας εγκατάστασης είναι αρκετά επιμελής για να καταγράψει τα χαρακτηριστικά των βαλβίδων των βαλβίδων ελέγχου μετά τη συναρμολόγηση ή την ανοικοδόμηση, τα "πρωτότυπα" χαρακτηριστικά οποιασδήποτε δεδομένης βαλβίδας ελέγχου μπορούν να συγκριθούν με τα χαρακτηριστικά της ίδιας βαλβίδας ελέγχου σε οποιαδήποτε μεταγενέστερη ημερομηνία, επιτρέποντας την προσδιορισμό της φθοράς χωρίς να χρειάζεται να αποσυναρμολογηθεί η βαλβίδα.

Είναι ενδιαφέρον ότι αυτή η σχέση μεταξύ της πίεσης του ενεργοποιητή (δύναμης) και της θέσης STEM ισχύει επίσης για τους ψηφιακούς θέσεις βαλβίδων που χρησιμοποιούνται σε ορισμένες σύγχρονες μηχανοκίνητες βαλβίδες. Με μηχανοκίνητους ενεργοποιητές, η δύναμη που εφαρμόζεται στο στέλεχος της βαλβίδας σχετίζεται άμεσα με το ρεύμα του κινητήρα, το οποίο μπορεί εύκολα να μετρηθεί και να ερμηνευτεί από τον ψηφιακό τεκμήριο βαλβίδας.

Ως αποτέλεσμα, ο ίδιος τύπος διαγνωστικών δεδομένων μπορεί να παρουσιαστεί γραφικά, ακόμη και όταν χρησιμοποιούνται διαφορετικές τεχνολογίες ενεργοποιητή, για να διευκολυνθεί η διάγνωση των προβλημάτων των βαλβίδων. Αυτά τα διαγνωστικά ισχύουν ακόμη και για ανοιχτές/κλεισίματος βαλβίδων με μηχανοκίνητα που δεν χρησιμοποιούνται στην υπηρεσία στραγγαλισμού και είναι ιδιαίτερα εφαρμόσιμες για τις βαλβίδες ελέγχου πύλης, βύθισης και ευθείας, όπου η δέσμευση των καθισμάτων είναι σημαντική για το σφιχτό κλείσιμο.