Κατανοηση των θέσεων βαλβίδων σε αυτό το άρθρο

Τοποθετητής βαλβίδας (Valve Controller) είναι μια συσκευή που χρησιμοποιείται για τον ακριβή έλεγχο και ρύθμιση της θέσης μιας βαλβίδας ελέγχου.ρυθμίζει το άνοιγμα της βαλβίδας στο επιθυμητό σημείο ρύθμισης, εξασφαλίζοντας έτσι ότι οι παράμετροι της διαδικασίας (π.χ. πίεση, θερμοκρασία, ροή κλπ.) παραμένουν εντός προκαθορισμένων εύρων.και χρησιμοποιούνται ευρέως στο πετρέλαιο και το αέριο, χημικής, φαρμακευτικής, επεξεργασίας νερού και άλλων βιομηχανιών.

Η θέση του στελεχού μιας βαλβίδας ελέγχου είναι γραμμικά συνδεδεμένη με την πίεση αέρα που εφαρμόζεται στον κινητήρα, επειδή τα μηχανικά ελατήρια τείνουν να ακολουθούν τον νόμο Hooke,που δηλώνει ότι η ποσότητα της κίνησης του ελαστικού (x) είναι ευθέως ανάλογη με την ισχύ που ασκείται (F=kx)Η δύναμη που ασκείται από ένα πνευματικό κινητήρα είναι συνάρτηση της πίεσης του αέρα και της περιοχής του έμβολο/διαφράγματος (F=PA), και το ελατήριο, με τη σειρά του, συμπιέζει ή τεντώνει.παράγοντας μια ίση και αντίθετη δύναμη αντίδρασηςΤο τελικό αποτέλεσμα είναι ότι η πίεση του ενεργοποιητή μεταφράζεται γραμμικά σε κίνηση στέλεχος (x=PA/k).

1- Επικεφαλής ελαστικού.

Αυτή η γραμμική και επαναλαμβανόμενη σχέση μεταξύ της πίεσης του νευρικού σήματος και της θέσης του στελεχίου ισχύει μόνον εάν, και μόνον εάν,το διάφραγμα κίνησης/το έμβολο και το ελατήριο είναι οι μόνες δυνάμεις που ενεργούν στο στέλεχοςΕάν κάποια άλλη δύναμη ενεργεί στον μηχανισμό, η σχέση μεταξύ της πίεσης του σήματος και της θέσης του στύλου δεν θα είναι πλέον ιδανική.

Δυστυχώς, υπάρχουν πολλές άλλες δυνάμεις που ενεργούν στο στέλεχος εκτός από τις δυνάμεις του κινητήρα και τις δυνάμεις αντίδρασης του ελαστικού.και η δύναμη αντίδρασης στην τροχιά που προκαλείται από τη διαφορική πίεση στην περιοχή της τροχιάς είναι άλληΑυτές οι δυνάμεις συνδυάζονται για να επανατοποθετήσουν το στέλεχος έτσι ώστε η μετακίνηση του στέλεχους να μην σχετίζεται με την πίεση του υγρού.

Μια κοινή λύση σε αυτό το δίλημμα είναι να προστεθεί ένας τοποθετητής βαλβίδας στο σύνολο βαλβίδας ελέγχου. A valve positioner is a motion control device designed to actively compare the stem position to a control signal and adjust the actuator diaphragm or piston pressure until the correct stem position is achieved:

Το ίδιο το σύστημα θέσης βαλβίδας είναι βασικά ένα σύστημα ελέγχου: η θέση του στελέχους της βαλβίδας είναι η μεταβλητή της διαδικασίας (PV), το σήμα εντολής προς το σύστημα θέσης είναι το σημείο ρύθμισης (SP),και το σήμα του τοποθετητή στον κινητήρα της βαλβίδας είναι η μεταβλητή χειρισμού (MV) ή η έξοδοςΈτσι, όταν ο ελεγκτής διαδικασίας στέλνει ένα σήμα εντολής στην βαλβίδα που είναι εξοπλισμένη με τοποθετητή,ο χειριστής θέσης λαμβάνει το σήμα εντολής και εφαρμόζει τόσο ή τόσο μικρή πίεση αέρα στον κινητήρα όσο απαιτείται για την επίτευξη της επιθυμητής θέσης του στελέχους.Έτσι, ο τοποθετητής θα “αντιμετωπίσει” οποιαδήποτε άλλη δύναμη που ενεργεί στο στέλεχος της βαλβίδας για να επιτύχει σαφή, ακριβή τοποθέτηση του στελεχίου σύμφωνα με το σήμα εντολής.Μια κατάλληλα λειτουργούμενη συσκευή θέσης διασφαλίζει ότι η βαλβίδα ελέγχου συμπεριφέρεται σύμφωνα με το σήμα εντολής.

2Παραδείγματος χάριν, η θέση της βαλβίδας είναι πνευματική.

Η παρακάτω εικόνα δείχνει ένα ατμοσφαιρικό συσκευαστή θέσης Fisher μοντέλου 3582 τοποθετημένο σε βαλβίδα ελέγχου.

Μέρος του μηχανισμού ανατροφοδότησης μπορεί να παρατηρηθεί στην αριστερή πλευρά του μηχανισμού: ένα μεταλλικό στηρίγμα που συνδέεται με τον συνδετήρα του στέλεχος και συνδέεται με ένα χέρι που εκτείνεται από την πλευρά του μηχανισμού.Κάθε συσκευή θέσης βαλβίδας ελέγχου πρέπει να είναι εξοπλισμένη με κάποια μέθοδο ανίχνευσης της θέσης του στελέχους., διαφορετικά ο εντοπιστής θέσης δεν θα μπορούσε να συγκρίνει τη θέση του στύλου με το σήμα εντολής.

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

Όπως και ο προηγούμενος τοποθετητής μοντέλου 3582, αυτός ο DVC6000 χρησιμοποιεί μια σύνδεση ανατροφοδότησης στην αριστερή πλευρά για να ανιχνεύσει τη θέση του στελέχους της βαλβίδας.Η νεότερη DVC6200 χρησιμοποιεί έναν μαγνητικό αισθητήρα φαινομένου Hall για να αισθανθεί τη θέση ενός μαγνήτη που συνδέεται με το στέλεχοςΟ σχεδιασμός αυτή της μη μηχανικής ανάδρασης θέσης εξαλείφει την αντίδραση, την φθορά, τις παρεμβολές και άλλα πιθανά προβλήματα που σχετίζονται με τους μηχανικούς συνδέσμους.Καλύτερη ανατροφοδότηση είναι κρίσιμη για την καλύτερη τοποθέτηση βαλβίδας.

Οι συσκευές θέσης βαλβίδων ελέγχου κατασκευάζονται συνήθως για να παράγουν και να εκφορτώνουν υψηλές ροές αέρα, έτσι ώστε η συσκευή θέσης λειτουργεί επίσης ως ενισχυτής όγκου850.το positioner όχι μόνο εξασφαλίζει ακριβέστερη τοποθέτηση στέλεχος, αλλά και ταχύτερες ταχύτητες στύλου (κορύτερες καθυστερήσεις χρόνου) από τους ενεργοποιητές βαλβίδων που τροφοδοτούνται απευθείας από τον αισθητήρα I / P.

3Η βαλβίδα στη θέση της.

Ένα άλλο πλεονέκτημα της προσθήκης ενός θέτησης βαλβίδας σε μια βαλβίδα ελέγχου με πνευματικό σύστημα είναι ότι η βαλβίδα σφραγίζει (κλείνει σφιχτά) καλύτερα.Αυτό το πλεονέκτημα δεν είναι προφανές με την πρώτη ματιά και συνεπώς απαιτεί κάποια εξήγηση..

Πρώτον, πρέπει να γίνει κατανοητό ότι σε μια βαλβίδα ελέγχου, η επαφή μεταξύ του τροχού και του καθίσματος από μόνη της δεν επαρκεί για να εξασφαλιστεί το σφιχτό κλείσιμο.το τροχόπλοιο πρέπει να πιέζεται δυνατά κατά του καθίσματος για να κλείσει πλήρως όλη τη ροή μέσω της βαλβίδαςΟποιοσδήποτε έχει σφίξει ποτέ τη λαβή μιας διαρροής βρύσης (φούσκας κήπου) κατανοεί αυτή την αρχή διαισθητικά:απαιτείται μια ορισμένη ποσότητα δύναμης επαφής μεταξύ της πρίζας και του καθίσματος, προκειμένου να παραμορφωθούν ελαφρά τα δύο μέρηΟ τεχνικός όρος για αυτή τη μηχανική απαίτηση είναι φόρτωση καθίσματος.

Φανταστείτε μια διάφραγμα-ενεργοποιημένη, ευθεία-μέσα αεραμική βαλβίδα ελέγχου ανοίγματος με ρυθμίσεις πάγκου 3 έως 15 Psi.το διάφραγμα παράγει ακριβώς αρκετή δύναμη για να ξεπεράσει το προφόρτωμα του ελαστικού ενεργοποιητή, αλλά όχι αρκετά για να μετακινήσετε το τροχό από το κάθισμα.

Με άλλα λόγια, σε πίεση διάφραγματος 3 Psi, η τροχιά θα έρθει σε επαφή με το κάθισμα, αλλά θα υπάρχει μικρή δύναμη για να παρέχει μια σφιχτή σφραγίδα κλείστρου.Εάν αυτή η βαλβίδα ελέγχου τροφοδοτείται απευθείας από αισθητήρα I / P βαθμολογημένο από 3 έως 15 PsiΓια να είναι πλήρως τοποθετημένη η τροχιά για μια σφιχτή σφραγίδα, η βαλβίδα θα πρέπει να είναι σφιχτή.Όλη η πίεση του αέρα πρέπει να αφαιρείται από το διάφραγμα για να διασφαλιστεί ότι δεν υπάρχει δύναμη του διαφραγμού κατά του ελατηρίου.Αυτό δεν είναι δυνατό για I/P με εύρος βαθμονόμησης 3-15 Psi.

Τώρα φανταστείτε ότι η ίδια βαλβίδα είναι εξοπλισμένη με ένα τοποθετητή που λαμβάνει ένα σήμα 3 έως 15 Psi από το I / P και το χρησιμοποιεί ως μια εντολή (σημείο ρύθμισης) για τη θέση του στελέχους,Εφαρμόζοντας τόσο ή τόσο μικρή πίεση στο διάφραγμα όσο χρειάζεται για να επιτευχθεί η επιθυμητή θέση του στέλεχουςΟ σωστός τρόπος βαθμονόμησης του ελεγκτή θέσης είναι να αρχίσει η ανύψωση του στύλου μόνο όταν το σήμα έχει αυξηθεί ελαφρώς πάνω από το 0%,που σημαίνει ότι στο 0% (4mA) ο τοποθετητής θα προσπαθήσει να αναγκάσει την βαλβίδα σε ελαφρώς αρνητική θέση στέλεχοςΣτην προσπάθεια επίτευξης αυτής της αδύνατης απαίτησης, η έξοδος του τοποθετητή θα φθάσει σε χαμηλό κορεσμό, χωρίς να ασκεί πίεση στο διάφραγμα ενεργοποίησης,με αποτέλεσμα το στέλεχος της βαλβίδας να ασκεί την πλήρη δύναμη του ελαστικού του στο κάθισμα της βαλβίδαςΗ σύγκριση των δύο σενάριων παρουσιάζεται στο παρακάτω διάγραμμα:

Ενώ οι τοποθετητές είναι χρήσιμοι για τους ενεργοποιητές βαλβίδων με ελατήριο, είναι απολύτως απαραίτητοι για ορισμένους άλλους τύπους ενεργοποιητών.Εξετάστε τον ακόλουθο διπλό ενεργό ατμοσφαιρικό ενεργοποιητή έμβολο χωρίς ελατήρια:

Χωρίς ελατήριο για να παρέχει μια δύναμη συγκράτησης για να επιστρέψει η βαλβίδα στη θέση "ασφαλής από αποτυχία", δεν υπάρχει σχέση του νόμου Hooke μεταξύ της εφαρμοζόμενης πίεσης αέρα και της θέσης του στύλου.Ο τοποθετητής πρέπει εναλλάξ να εφαρμόζει πίεση αέρα και στις δύο επιφάνειες του έμβολο για να αυξήσει και να μειώσει το στέλεχος.

Motorized control valve actuators are another actuator design that absolutely requires some form of positioner system because the motorized unit cannot “sense” the position of its own shaft to move the control valve accuratelyΣυνεπώς, a positioner circuit using a potentiometer or LVDT/RVDT transducer to detect the position of the valve stem and a set of transistor outputs to drive the motor is required to enable the electric actuator to respond to analog control signals.

4Πνευματικός τοποθετητής ισορροπίας δύναμης

Παρακάτω παρουσιάζεται ένα απλό σχέδιο εξισορρόπησης δύναμης για την τοποθέτηση της πνευματικής βαλβίδας:

Το σήμα ελέγχου αυτής της βαλβίδας είναι ένα πνευματικό σήμα 3 έως 15 Psi είτε από αισθητήρα I/P είτε από πνευματικό ελεγκτή (όποιο και αν δεν εμφανίζεται στο διάγραμμα).Αυτή η πίεση σήματος ελέγχου ασκεί μια δύναμη προς τα πάνω στην ακτίνα δύναμηςΗ αύξηση της αντίστροφης πίεσης στο στόμιο προκαλεί το αναμεταδιδαστήρα ατμοσφαιρικής ενίσχυσης να εκπέμπει περισσότερη πίεση αέρα στον κινητήρα της βαλβίδας,που με τη σειρά του ανεβάζει το στέλεχος της βαλβίδας (ανοίγει την βαλβίδα)Καθώς το στέλεχος της βαλβίδας ανυψώνεται, το ελατήριο που συνδέει τον ενεργοποιητή με το στέλεχος της βαλβίδας τεντώνεται περαιτέρω, εφαρμόζοντας πρόσθετη δύναμη στη δεξιά πλευρά του ενεργοποιητή.Όταν αυτή η πρόσθετη δύναμη είναι ισορροπημένη με τη δύναμη των φυσαλίδων, το σύστημα σταθεροποιείται σε ένα νέο σημείο ισορροπίας.

Όπως και με όλα τα συστήματα ισορροπίας δυνάμεων, η κίνηση του στροφείου περιορίζεται από τη δύναμη ισορροπίας, οπότε η κίνησή του είναι αμελητέα στην πράξη.Η ισορροπία επιτυγχάνεται με μια δύναμη που εξισορροπεί μια άλλη., όπως δύο ομάδες ανθρώπων που τραβούν ένα σχοινί: όσο οι δυνάμεις των δύο ομάδων είναι ίσων μεγέθους και αντίθετης κατεύθυνσης, το σχοινί δεν θα αποκλίνει από την αρχική του θέση.

Το παρακάτω διάγραμμα δείχνει το PMV 1500 Force Balance Positioner για την τοποθέτηση ενός ενεργοποιητή περιστρεφόμενης βαλβίδας με το κάλυμμα επάνω (πάνω) και κάτω (κάτω):

Ένα 3 έως 15 Psi πνευματικό σήμα ελέγχου εισέρχεται στις φυσαλίδες και πιέζει προς τα κάτω την οριζόντια δέσμη δύναμης (μαύρο).Η ατμοσφαιρική δοκιμαστική βαλβίδα στο αριστερό μέρος της δέσμης δύναμης ανιχνεύει οποιαδήποτε κίνηση και αυξάνει την πίεση του αέρα στο διάφραγμα ενεργοποίησης της βαλβίδας εάν ανιχνευθεί οποιαδήποτε κίνηση προς τα κάτω, και απελευθερώνει την πίεση αέρα στον κινητήρα εάν ανιχνευθεί οποιαδήποτε κίνηση προς τα πάνω:

Όταν ο συμπιεσμένος αέρας εισέρχεται στον ενεργοποιητή της βαλβίδας μέσω του συνόλου της πιλοτικής βαλβίδας, η περιστρεφόμενη βαλβίδα αρχίζει να περιστρέφεται προς την ανοιχτή κατεύθυνση.Η περιστροφική κίνηση του άξονα μετατρέπεται σε γραμμική κίνηση μέσα στο τοποθετητή με τη βοήθεια μιας καμάρας: η καμάρα είναι ένας δίσκος με ακανόνιστη ακτίνα σχεδιασμένος για να παράγει γραμμική μετατόπιση από γωνιακή μετατόπιση:

Ένας τροχόπαλος που βρίσκεται στο τέλος της χρυσής δέσμης κινείται κατά μήκος της περιφέρειας της καμάρας.Η κίνηση της καμάλας μετατρέπεται σε μια δύναμη ευθείας κίνησης με συμπίεση του ελαστικού της τροχιάς απευθείας κατά της δύναμης των πνευματικών φουσκάλων στην δέσμη δύναμηςΌταν η κίνηση της καμάρας είναι επαρκής για να συμπιέσει το ελατήριο επαρκώς για να αντισταθμίσει την πρόσθετη δύναμη που παράγεται από τις πνευματικές φυσαλίδες,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 μηδενισμού του τοποθετητή: μια ράβδος με νήματα που εκτείνεται κάτω από την χρυσή δέσμη.Αυτή η βίδα ρυθμίζει την συμπίεση του ελαστικού προκατάληψης, έτσι ώστε η μονάδα positioner νομίζει ότι η καμάρα είναι σε διαφορετική θέσηΓια παράδειγμα, η περιστροφή αυτής της συρματοειδούς ράβδου με την κατεύθυνση των δεικτών του ρολογιού (όπως φαίνεται από το σχισμένο άκρο της εμπλοκής του κατσαβιδιού) συμπιέζει περαιτέρω το ελατήριο, σπρώχνοντας την πιο σκούρα ράβδο προς τα πάνω με μεγαλύτερη δύναμη,που επιτυγχάνει το ίδιο αποτέλεσμα με μια ελαφρά περιστροφή κατά την αντίστροφη κατεύθυνση των ρολογιών της καμάραςΑυτό προκαλεί την δράση του τοποθετητή και περιστρέφει την καμά με την κατεύθυνση των δεικτών του ρολογιού για να αντισταθμίσει, φέρνοντάς την πιο κοντά στην θέση του 0% του στελέχους.

Αν και η καμάρα και ο ακόλουθος σε αυτόν τον μηχανισμό τοποθέτησης στην πραγματικότητα κινούνται ως απάντηση στην κίνηση του κορμού,μπορεί ακόμα να θεωρηθεί ως μηχανισμός εξισορρόπησης της δύναμης, δεδομένου ότι το διασταυρωτικό μέλος που συνδέεται με την βαλβίδα πιλότου δεν κινείται αισθητάΜε την εξισορρόπηση των δυνάμεων στην δέσμη, η βαλβίδα πιλότου βρίσκεται πάντα στην ισορροπημένη θέση.

5Δυναμική εξισορρόπηση

Υπάρχουν επίσης σχέδια ετοιμοθέτησης αεριστικών βαλβίδων που εξισορροπούν την κίνηση, όπου η κίνηση του στελέχους της βαλβίδας αντιδρά στην κίνηση (όχι τη δύναμη) από άλλο στοιχείο.Το παρακάτω διάγραμμα δείχνει πώς ένα απλό ισορροπημένο positioner κίνησης λειτουργεί:

Σε αυτόν τον μηχανισμό, μια αύξηση της πίεσης του σήματος προκαλεί την ακτίνα να προχωρήσει προς το ακροφύσιο, με αποτέλεσμα μια υψηλότερη αντίστροφη πίεση του ακροφύσκου,το οποίο με τη σειρά του προκαλεί το ρελέα πνευματικής ενίσχυσης να παρέχει περισσότερη πίεση αέρα στον ενεργοποιητή της βαλβίδαςΚαθώς το στέλεχος της βαλβίδας ανυψώνεται, η ανοδική κίνηση του δεξιού άκρου της δέσμης αντισταθμίζει την προηγούμενη πρόοδο της δέσμης προς το ακροφύσιο.η δέσμη θα βρίσκεται σε κλίση, όπου η κίνηση του φουσκώματος ισορροπείται από την κίνηση του κορμού.

Η ακόλουθη φωτογραφία δείχνει μια κοντινή εικόνα του μηχανισμού FISHER Model 3582 Pneumatic Balance Positioner:

Στην καρδιά του μηχανισμού υπάρχει ένα μεταλλικό δαχτυλίδι σε σχήμα D που μεταφράζει την κίνηση του φουσκωτή και την κίνηση του στέλεχος σε κίνηση προβολέα.οι φουσκάλες (που βρίσκονται κάτω από την επάνω δεξιά γωνία του δαχτυλιδιού D) επεκτείνονταιΌταν ο τοποθετητής είναι ρυθμισμένος για άμεση λειτουργία, αυτή η κίνηση κουνήματος σπρώχνει την προβολέα πιο κοντά στο ακροφύσιο,που αυξάνει την αντίστροφη πίεση και παρέχει περισσότερο συμπιεσμένο αέρα στον κινητήρα της βαλβίδας:

Καθώς το στέλεχος κινείται, ο μοχλός ανατροφοδότησης περιστρέφει την καμά στο κάτω μέρος του δακτυλίου D.Το ρουλέο “follower” σε αυτή την καμά μεταφράζει την κίνηση του στελέχους της βαλβίδας σε μια άλλη κίνηση κουνήματος στην δέσμηΑνάλογα με τον τρόπο που το κάμερ είναι στερεωμένο στον άξονα ανατροφοδότησης, αυτή η κίνηση μπορεί να προκαλέσει την κούρσα της βαλβίδας να κουνιέται πιο μακριά από το ακροφύσιο ή πιο κοντά σε αυτό.Η κατεύθυνση της καμάρας πρέπει να επιλέγεται για να ταιριάζει με την δράση του ενεργοποιητή: άμεση (ο αέρας επεκτείνει το στέλεχος της βαλβίδας) ή αντίστροφη (ο αέρας συσπειρώνει το στέλεχος της βαλβίδας).

Ο μηχανισμός του δαχτυλιδιού D είναι αρκετά έξυπνος, διότι επιτρέπει την εύκολη ρύθμιση του εύρους ρυθμίζοντας τη γωνία της συναρμολόγησης του διακόπτη σε διάφορα σημεία κατά μήκος της περιφέρειας του δαχτυλιδιού.Εάν το συγκρότημα προβολέα είναι τοποθετημένο κοντά στην οριζόντια θέση, θα είναι πιο ευαίσθητη στην κίνηση των φουσκών και λιγότερο ευαίσθητη στην κίνηση του στέλεχους, αναγκάζοντας την βαλβίδα να μετακινηθεί πιο μακριά για να εξισορροπήσει την μικρή κίνηση των φουσκών (μακρό μήκος εγχείρησης).εάν το σύνολο βαλβίδων είναι τοποθετημένο κοντά στην κατακόρυφη θέση, θα είναι μέγιστα ευαίσθητη στην κίνηση του κορμού και ελάχιστα ευαίσθητη στην κίνηση των φουσκωτών, με αποτέλεσμα πολύ μικρό εγχείρημα βαλβίδας (δηλ.οι φουσκάλες θα πρέπει να επεκταθούν σημαντικά για να εξισορροπήσουν τη μικρή ποσότητα κίνησης του στύλου).

6Ψηφιακός τοποθετητής βαλβίδας

Θυμηθείτε ότι ο σκοπός ενός θέσης βαλβίδας είναι να διασφαλίσει ότι η θέση μιας μηχανικής βαλβίδας ταιριάζει πάντα με το εντοπισμένο σήμα.Η θέση της βαλβίδας είναι στην πραγματικότητα ένα σύστημα ελέγχου κλειστού κυκλώματος.Οι μηχανικές συσκευές τοποθέτησης βαλβίδων χρησιμοποιούν μοχλούς, κάμερες,και άλλα φυσικά στοιχεία για την επίτευξη αυτού του ελέγχου κλειστού κυκλώματος.

Οι ψηφιακοί εντοπιστές θέσης βαλβίδων (όπως το μοντέλο Fisher DVC6000) χρησιμοποιούν ηλεκτρονικούς αισθητήρες για την ανίχνευση της θέσης του στελέχους,ένα μικροεπεξεργαστή για τη σύγκριση της ανιχνευμένης θέσης του στελέχους με ένα σήμα ελέγχου μέσω μαθηματικής αφαίρεσης (λάθος = θέση - σήμα)Παρακάτω παρουσιάζεται ένα απλοποιημένο σχήμα ενός κοινού ψηφιακού θέτησης βαλβίδας:

Όπως μπορείτε να δείτε από το διάγραμμα, η εσωτερική δομή ενός ψηφιακού ελαστικού είναι πολύ περίπλοκη.αλλά δύο αλγόριθμοι ελέγχου που εργάζονται σε συνδυασμό για να διατηρήσουν τη σωστή θέση της βαλβίδας: παρακολουθείται και ελέγχεται η πίεση που ασκείται στον κινητήρα (εξισορροπώντας τις διακυμάνσεις της πίεσης τροφοδοσίας που μπορεί να επηρεάσουν τη θέση της βαλβίδας),και το άλλο παρακολουθεί και ελέγχει τη θέση του στελεχού της βαλβίδας, στέλνοντας σήματα ελέγχου κατά κατάληξη στο σύνολο ελέγχου πίεσης.

Ένα σήμα εντολής (από έναν ελεγκτή κυκλώματος διαδικασίας, PLC ή άλλο σύστημα ελέγχου) ενημερώνει τον ελεγκτή θέσης για τη θέση του στελέχους της βαλβίδας.Ο πρώτος ελεγκτής (PI) μέσα στο positioner υπολογίζει πόση πίεση αέρα χρειάζεται ο ενεργοποιητής για να φτάσει στην απαιτούμενη θέση στέλεχοςΟ επόμενος ελεγκτής (PID) οδηγεί τον μετατροπέα I/P (στροφικό σε πίεση) όπως απαιτείται για να επιτευχθεί αυτή η πίεση.οι δύο ελεγκτές μέσα στο positioner θα εργαστούν μαζί για να αναγκάσει την βαλβίδα στη σωστή θέση.

Όχι μόνο ένα ψηφιακό συσκευαστή θέσης βαλβίδας παρέχει ανώτερο έλεγχο θέσης σε σύγκριση με ένα μηχανικό συσκευαστή θέσης βαλβίδας, but its array of sensors and digital communication capabilities provide a higher level of diagnostic data for maintenance personnel and supervisory control systems (if programmed to monitor and act on that data).

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

--Πέταση παροχής αέρα

--Πέρος αέρα του ενεργοποιητή

--Θερμοκρασία περιβάλλοντος

- Λάθος θέσης και πίεσης

- Συνολική διαδρομή του στελεχίου (παρόμοια με τον χιλιόμετρο αυτοκινήτου)

Επιπλέον, ο μικροεπεξεργαστής που ενσωματώνεται στον ψηφιακό τοποθετητή βαλβίδων είναι ικανός να εκτελεί αυτο-δοκιμές, αυτοκαθορισμό,και άλλες διαδικασίες ρουτίνας που εκτελούνται παραδοσιακά από τεχνικούς οργάνων σε μηχανικές συσκευές θέσης βαλβίδων. The digital valve positioner also captures measurements such as total stem travel to predict when the packing will wear out and automatically sends out maintenance alerts to notify the operator and/or instrument technician when the stem packing needs to be replaced!

7Λάθος αισθητήρα θέσης βαλβίδας

Ορισμένοι “έξυπνοι” ελεγκτές θέσης βαλβίδων παρακολουθούν την πίεση του αέρα του ενεργοποιητή εκτός από τη θέση του στελέχους,και έχουν ως εκ τούτου ένα χρήσιμο χαρακτηριστικό της διατήρησης κάποιου βαθμού ελέγχου της βαλβίδας σε περίπτωση βλάβης αισθητήρα θέσης στέλεχοςΕάν ο μικροεπεξεργαστής ανιχνεύσει βλάβη του σήματος ανατροφοδότησης θέσης (εκτός εμβέλειας), μπορεί να προγραμματιστεί να συνεχίσει να λειτουργεί την βαλβίδα με βάση την πίεση μόνο:

Δηλαδή, η πίεση του αέρα στον κινητήρα της βαλβίδας ρυθμίζεται με βάση τη συνάρτηση πίεσης / θέσης που καταγράφηκε στο παρελθόν.δεν λειτουργεί πλέον αυστηρά ως τοποθετητής, αλλά μπορεί να λειτουργήσει ως ενισχυτής (σε σύγκριση με τον ρυθμό ροής μιας τυπικής I/P) και να παρέχει λογικό έλεγχο της βαλβίδας,Ενώ οποιοσδήποτε άλλος (μη ευφυής) τοποθετητής βαλβίδας θα επιδεινώσει στην πραγματικότητα την κατάσταση όταν χάσει την ανατροφοδότηση της θέσης του στελέχους.

Με οποιοδήποτε καθαρά μηχανικό τοποθετητή, εάν ο σύνδεσμος ανατροφοδότησης της θέσης του στελεχού απομακρυνθεί, η βαλβίδα ελέγχου συνήθως θα "καταντληθεί" και είτε θα ανοίξει πλήρως είτε θα κλείσει πλήρως.Αυτό δεν ισχύει για τους καλύτερους "έξυπνους" τοποθετητές.!

8. Πίεση ενεργοποιητή και θέση στέλεχος

Πιθανότατα τα σημαντικότερα διαγνωστικά δεδομένα που παρέχονται από έναν ψηφιακό ελεγκτή θέσης βαλβίδας είναι η σύγκριση της πίεσης του ενεργοποιητή με τη θέση του στύλου, συνήθως απεικονίζεται γραφικά.Η πίεση του ενεργοποιητή είναι μια άμεση αντανάκλαση της δύναμης που εφαρμόζεται στο στέλεχος από τον ενεργοποιητή, δεδομένου ότι η σχέση μεταξύ της δύναμης του έμβολο ή του διαφράγματος και της πίεσης είναι απλά F = PA, όπου η περιοχή (A) είναι σταθερή.Η σύγκριση της πίεσης του αέρα του ενεργοποιητή με την θέση του στελέχους είναι στην πραγματικότητα μια έκφραση της δύναμης και της θέσης της βαλβίδαςΟ λεγόμενος αυτός χαρακτηρισμός βαλβίδων είναι πολύ χρήσιμος για τον εντοπισμό και τη διόρθωση προβλημάτων όπως η υπερβολική τριβή της συσκευασίας, οι παρεμβολές με τα εσωτερικά των βαλβίδων και τα προβλήματα προσαρμογής τροχιάς/καθίσματος.

Δείχνει εδώ ένα screenshot που δείχνει “χαρακτηρισμός βαλβίδας” (αποκτηθεί από το λογισμικό προϊόν ValveLink της Emerson,μέρος της δέσμης AMS) της συμπεριφοράς μιας άνοιξης αέρα Fisher E-body ευθείας βαλβίδας ελέγχου:

Αυτό το γράφημα δείχνει δύο σχέδια της πίεσης του ενεργοποιητή σε σχέση με τη θέση του στέλεχος, ένα με κόκκινο και ένα με μπλε.

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

Το μπλε γράφημα δείχνει την βαλβίδα κλειστή, με λιγότερη πίεση που εφαρμόζεται τώρα στο διάφραγμα για να επιτρέψει στην συμπίεση του ελαστικού να ξεπεράσει την τριβή συσκευασίας καθώς η βαλβίδα κλείνει (κάτω) για να ξεκουραστεί.

Οι απότομες στροφές στις άκρες του διαγράμματος δείχνουν τη θέση στην οποία το στέλεχος της βαλβίδας φτάνει στην τελική του θέση και δεν μπορεί να κινηθεί περαιτέρω παρά τις περαιτέρω αλλαγές της πίεσης του κινητήρα.

Σύμφωνα με τον νόμο του Χουκ, ο οποίος περιγράφει τη συμπεριφορά των ελαστικών βαλβίδων, κάθε γράφημα είναι περίπου γραμμικό,με τη δύναμη που ασκείται στο ελατήριο να είναι ανάλογη με τη μετατόπιση (συμπίεση) του εν λόγω ελαστικούΚάθε απόκλιση από τα μεμονωμένα γραμμικά γράφηματα δείχνει ότι υπάρχουν δυνάμεις εκτός της συμπίεσης του ελαστικού και της πίεσης του αέρα που ενεργούν στο στέλεχος.Αυτός είναι ο λόγος που βλέπουμε μια κατακόρυφη μετατόπιση στα δύο τετράδια: η τριβή συσκευασίας είναι μια άλλη δύναμη που ενεργεί στο στέλεχος εκτός από την συμπίεση του ελαστικού και την δύναμη που ασκείται από την πίεση του αέρα στο διάφραγμα του ενεργοποιητή.Το μέγεθος αυτής της μετατόπισης είναι σχετικά μικρόΌσο μεγαλύτερη είναι η τριβή της βαλβίδας, τόσο μεγαλύτερη είναι η κατακόρυφη μετατόπιση των δύο διαγραμμάτων.

Η απότομη πτώση στο αριστερό άκρο του γραφήματος όπου η πρίζα της βαλβίδας έρχεται σε επαφή με το κάθισμα της βαλβίδας ονομάζεται προφίλ του καθίσματος.Το προφίλ του καθίσματος βρίσκεται στο τέλος του διαγράμματος, όπου η βαλβίδα είναι κλειστή και περιέχει πολλές χρήσιμες πληροφορίες σχετικά με τη φυσική κατάσταση της πρίζας της βαλβίδας και του καθίσματοςΚαθώς αυτά τα εσωτερικά τμήματα βαλβίδας φθαρούν σε μια βαλβίδα ελέγχου, το σχήμα του προφίλ του καθίσματος αλλάζει.

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

Εάν το προσωπικό συντήρησης της εγκατάστασης είναι αρκετά επιμελής ώστε να καταγράφει τα χαρακτηριστικά των βαλβίδων των βαλβίδων ελέγχου μετά την συναρμολόγησή τους ή την ανακατασκευή τους,τα χαρακτηριστικά της αρχικής βαλβίδας ελέγχου μπορούν να συγκριθούν με τα χαρακτηριστικά της ίδιας βαλβίδας ελέγχου σε οποιαδήποτε μεταγενέστερη ημερομηνία., επιτρέποντας τον προσδιορισμό της φθοράς χωρίς την ανάγκη αποσυναρμολόγησης της βαλβίδας για έλεγχο.

Είναι ενδιαφέρον ότι αυτή η σχέση μεταξύ της πίεσης του ενεργοποιητή (δύναμης) και της θέσης του στελέχους ισχύει επίσης για τους ψηφιακούς τοποθετητές βαλβίδων που χρησιμοποιούνται σε ορισμένες σύγχρονες μηχανοκίνητες βαλβίδες.η δύναμη που ασκείται στο στέλεχος της βαλβίδας σχετίζεται άμεσα με το ρεύμα του κινητήρα, η οποία μπορεί εύκολα να μετρηθεί και να ερμηνευθεί από τον ψηφιακό εντοπιστή θέσης βαλβίδας.

Ως εκ τούτου, το ίδιο είδος διαγνωστικών δεδομένων μπορεί να παρουσιαστεί γραφικά, ακόμη και όταν χρησιμοποιούνται διαφορετικές τεχνολογίες ενεργοποιητών, για να διευκολυνθεί η διάγνωση προβλημάτων βαλβίδας.Η διάγνωση αυτή ισχύει ακόμη και για ανοικτές/κλειστές κινητήριες βαλβίδες που δεν χρησιμοποιούνται σε υπηρεσία θρόμβωσης και είναι ιδιαίτερα εφαρμόσιμες στις πύλες, βύσματα και βαλβίδες ελέγχου, όπου η εμπλοκή του καθίσματος είναι σημαντική για στενό κλείσιμο.