Το μυστικό της δόνησης της βαλβίδας ελέγχου.

Στη χημική βιομηχανία, οι βαλβίδες ελέγχου χρησιμοποιούνται ευρέως και για τη δόνηση της βαλβίδας ελέγχου, ορισμένοι φίλοι δεν το καταλαβαίνουν πολύ καλά.

Η δόνηση της βαλβίδας ελέγχου αναφέρεται στο φαινόμενο του γρήγορου κλεισίματος και ανοίγματος της βαλβίδας κατά τη λειτουργία, υποδεικνύοντας ότι η βαλβίδα ελέγχου δεν είναι σε θέση να παραμείνει σταθερή σε μια κατάλληλη θέση για να διατηρήσει τις προβλεπόμενες συνθήκες διεργασίας.

Αυτή η κατάσταση προκαλεί τη διακύμανση της μεταβλητής διεργασίας σε ένα σύστημα κλειστού βρόχου γύρω από το σημείο ρύθμισής του.

• Προβλήματα ελεγκτή: Ένας ελεγκτής που έχει ρυθμιστεί εσφαλμένα ή μια βλάβη των εσωτερικών του εξαρτημάτων μπορεί να οδηγήσει σε ένα ασταθές σήμα ελέγχου, το οποίο με τη σειρά του μπορεί να προκαλέσει τη δόνηση της βαλβίδας.
• Βλάβη εξαρτημάτων βαλβίδας ελέγχου: Η φθορά ή η ζημιά σε συγκεκριμένα εξαρτήματα της βαλβίδας (όπως τα στελέχη, τα καθίσματα ή οι ενεργοποιητές) μπορεί επίσης να οδηγήσει σε φαινόμενα δόνησης.
• Επιρροή της μεθόδου λειτουργίας: Μερικές φορές, ακόμη και αν το ίδιο το υλικό δεν είναι ελαττωματικό, μια ακατάλληλη μέθοδος λειτουργίας ή ο σχεδιασμός της διεργασίας μπορεί να προκαλέσει δόνηση.

Η επίμονη δόνηση της βαλβίδας όχι μόνο επηρεάζει την απόδοση της στεγανοποίησης του αδένα, αλλά μπορεί επίσης να οδηγήσει σε σημαντικές αποκλίσεις από το επιθυμητό σημείο ρύθμισης, επηρεάζοντας την παραγωγικότητα και την ποιότητα του προϊόντος. Ως εκ τούτου, είναι ζωτικής σημασίας να προσδιοριστεί με ακρίβεια η υποκείμενη αιτία της δόνησης, προκειμένου να εφαρμοστούν οι απαραίτητες διορθωτικές ενέργειες για την επίλυση του προβλήματος της δόνησης και τη βελτίωση της συνολικής απόδοσης του βρόχου ελέγχου.

Αυτό το άρθρο θα εμβαθύνει στους διάφορους πιθανούς παράγοντες που προκαλούν τη δόνηση της βαλβίδας και στον τρόπο διάγνωσής τους, με στόχο να βοηθήσει τους αναγνώστες να κατανοήσουν καλύτερα και να αντιμετωπίσουν αυτή την κοινή αλλά πολύπλοκη βιομηχανική πρόκληση ελέγχου. Με την κατανόηση αυτών των πληροφοριών, οι μηχανικοί και οι τεχνικοί μπορούν να συντηρούν και να βελτιστοποιούν πιο αποτελεσματικά τα συστήματα ελέγχου τους για να εξασφαλίσουν την ομαλή λειτουργία των διαδικασιών παραγωγής.

1. Πρόβλημα βρόχου ελέγχου

   Αλλάξτε τη λειτουργία του ελεγκτή από αυτόματη σε χειροκίνητη και αξιολογήστε την απόκριση με τον συνήθη τρόπο για να προσδιορίσετε εάν το πρόβλημα είναι εντός του βρόχου.

   Εάν η ταλάντωση σταματήσει, ο βρόχος είναι ελαττωματικός. Αυτά τα προβλήματα εμφανίζονται συνήθως σε μη γραμμικές διεργασίες. Λόγω των φαινομένων υστέρησης, μπορεί επίσης να εμφανιστεί «κυνήγι». Το αποτέλεσμα είναι ότι ο βρόχος διεργασίας συμπεριφέρεται αργά.

   Ο ελεγκτής δεν είναι διαμορφωμένος για την επίλυση αυτού του μηχανικού προβλήματος. Οι κολλημένες βαλβίδες ελέγχου που προκαλούνται από προβλήματα βρόχου μπορούν να επιλυθούν με τη σωστή ρύθμιση του ελεγκτή. Εάν αυτό δεν αναφέρεται στο εγχειρίδιο, μπορεί να οφείλεται σε άλλες αιτίες, όπως πραγματικές διαφορές στις μεταβλητές διεργασίας, στο μέγεθος της βαλβίδας κ.λπ.

2. Μέγεθος βαλβίδας ελέγχου

   Η δυνατότητα ελέγχου της βαλβίδας επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από το μέγεθος της βαλβίδας ελέγχου. Ο συντελεστής ροής (συντομογραφία Cv) είναι η ποσότητα νερού που μπορεί να περάσει από μια πλήρως ανοιχτή βαλβίδα στους 600°F με πτώση πίεσης 1 psi.

   Το Cv καθορίζεται από τη σχεδίαση της βαλβίδας και παραμένει σταθερό. Ακόμη και οι βαλβίδες ελέγχου του ίδιου μεγέθους μπορεί να έχουν διαφορετικές τιμές Cv εάν το στυλ του σώματος ή τα εσωτερικά της βαλβίδας είναι διαφορετικά. Το πρόβλημα του μεγέθους της βαλβίδας ελέγχου γίνεται εμφανές όταν το συνολικό κέρδος διεργασίας είναι χαμηλό ή πολύ υψηλό. Τα μεγέθη των βαλβίδων ελέγχου επιλέγονται συχνά με βάση την ανάγκη για μελλοντικές αυξήσεις ροής, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει στο να είναι το επιλεγμένο μέγεθος βαλβίδας ελαφρώς μεγαλύτερο από τις τρέχουσες απαιτήσεις εφαρμογής, γεγονός που μπορεί να επηρεάσει την ακρίβεια του ελέγχου.

   Οι βαλβίδες που είναι πολύ μεγάλες μπορεί να οδηγήσουν σε υπερβολικό άνοιγμα και κλείσιμο, προκαλώντας εμπλοκή, ζημιά στη συσκευασία και ανακριβή έλεγχο. Αντίθετα, οι βαλβίδες που είναι πολύ μικρές απαιτούν μεγάλη πτώση πίεσης για να διατηρηθεί η σωστή ροή και μπορεί να μην έχουν την απαραίτητη χωρητικότητα, αυξάνοντας την πίεση της αντλίας και αυξάνοντας τον κίνδυνο σπηλαίωσης. Η σπηλαίωση και η εξάτμιση είναι τα κύρια προβλήματα που προκαλούν ζημιά στα εσωτερικά μέρη της βαλβίδας ελέγχου, γεγονός που με τη σειρά του οδηγεί σε διακυμάνσεις στον έλεγχο της διεργασίας.

3. Θέτης βαλβίδας ελέγχου

   Προκειμένου να διατηρηθεί ο ενεργοποιητής της βαλβίδας ελέγχου στη θέση ισορροπίας που απαιτείται για τον έλεγχο των μεταβλητών διεργασίας, ο θέτης βαλβίδας υλοποιείται ρυθμίζοντας την πίεση του αέρα.

   Έχει ένα στέλεχος για τον έλεγχο της ροής αέρα, αλλά η παρατεταμένη χρήση ή τα σωματίδια σκόνης στον αέρα μπορεί να προκαλέσουν φθορά του στελέχους, προκαλώντας την εμπλοκή του σε μια συγκεκριμένη θέση, με αποτέλεσμα μια ασυνήθιστα υψηλή πίεση αέρα. Μόλις αυξηθεί η πίεση του αέρα, το στέλεχος απελευθερώνεται από την κολλημένη θέση, προκαλώντας υπέρβαση που έχει ως αποτέλεσμα μια ασταθή θέση βαλβίδας, απώλεια αποτελεσματικού ελέγχου της βαλβίδας και εκτροπή.

   Ο θέτης βαλβίδας μπορεί να εκτεθεί σε υψηλές θερμοκρασίες λόγω της ακτινοβολούμενης θερμότητας από τις γύρω δεξαμενές διεργασίας, γεγονός που μπορεί επίσης να είναι ένας παράγοντας που προκαλεί το σταμάτημα της βαλβίδας ελέγχου από τον θέτη, οδηγώντας ενδεχομένως σε ζημιά στις σφραγίδες και τους σωλήνες του θέτη. Ο θέτης χρησιμοποιεί έναν σύνδεσμο ανάδρασης για να ανιχνεύσει την πραγματική θέση της βαλβίδας για να ρυθμίσει την έξοδο.

   Εάν ο σύνδεσμος ανάδρασης αποτύχει, για παράδειγμα λόγω δυνάμεων ρευστών ή τριβής, η βαλβίδα ενδέχεται να μην λειτουργήσει σωστά. Οι σύγχρονοι έξυπνοι θέτες έχουν τη μοναδική δυνατότητα να αναγνωρίζουν τέτοιες αποκλίσεις.

4. Στατική τριβή κατά τη διάρκεια της διαδρομής της βαλβίδας

   Όταν μια βαλβίδα συναντά στατική τριβή (δηλαδή, σταμάτημα), σταματά να κινείται σε μια συγκεκριμένη θέση και απαιτεί πρόσθετη δύναμη για να επανεκκινήσει. Η αιτία αυτού του φαινομένου μπορεί να είναι η σκληρυμένη συσκευασία αδένα ή η ιξώδης ροή εντός του στελέχους.

   Όταν η εφαρμοζόμενη δύναμη είναι επαρκής για να ξεπεραστεί το σημείο του σταματήματος, η βαλβίδα κινείται στην υπέρβαση θέσης, προκαλώντας τη μεταβλητή διεργασίας να υπερβεί το σημείο ρύθμισης. Αυτό το σταμάτημα μπορεί να παρατηρηθεί παρακολουθώντας τη σχέση μεταξύ της εξόδου του ελεγκτή και της μεταβλητής διεργασίας.

   Ο ενεργοποιητής της βαλβίδας θα πρέπει να έχει το σωστό μέγεθος και η ροπή στη στεγανοποίηση του αδένα θα πρέπει να είναι εντός αποδεκτών ορίων για να αποφευχθεί το σταμάτημα.

5. Ελαττώματα υλικού

   Επιπλέον, η φθορά στο εσωτερικό του στελέχους μπορεί να προκαλέσει το σταμάτημα της βαλβίδας, εμποδίζοντας τη βαλβίδα να κλείσει εντελώς. Η ζημιά στο στέλεχος μπορεί να προκαλέσει την απώλεια ελέγχου μιας βαλβίδας ελέγχου στο υψηλό εύρος λειτουργίας.

   Στις βαλβίδες ελέγχου, η συσκευασία αδένα χρησιμοποιείται για να αποτρέψει τη διαρροή μέσων διεργασίας από το σώμα της βαλβίδας. Εάν υποστεί ζημιά, μπορεί να οδηγήσει σε διαρροή στο καπάκι, απειλώντας την ασφάλεια του περιβάλλοντος εργασίας. Οι διαρροές στον ενεργοποιητή της βαλβίδας είναι ένας άλλος παράγοντας που μπορεί να οδηγήσει σε «κυνήγι» της βαλβίδας.

   Το στέλεχος της βαλβίδας τοποθετείται αρχικά με ακρίβεια από τον θέτη βαλβίδας, αλλά λόγω διαρροής, το στέλεχος θα συνεχίσει να κινείται, αναγκάζοντας τον θέτη να ρυθμίζει επανειλημμένα την έξοδο, με αποτέλεσμα μια άπειρη αναζήτηση της θέσης του στελέχους. Αυτό είναι ένα από τα κοινά φαινόμενα ουράς για τις βαλβίδες ελέγχου υπό σταθερά σήματα ελέγχου.

Τα προβλήματα βρόχου ή άλλες επιρροές μπορούν να προκαλέσουν την ταλάντωση των βαλβίδων ελέγχου. Προσδιορίστε την πηγή του προβλήματος μεταβαίνοντας τον ελεγκτή σε χειροκίνητη λειτουργία και παρακολουθώντας για να δείτε εάν η ταλάντωση σταματά. Εάν η ταλάντωση σταματήσει, υποδεικνύει ότι το πρόβλημα οφείλεται σε ένα πρόβλημα στον ίδιο τον βρόχο, το οποίο μπορεί να επιλυθεί με κατάλληλες ρυθμίσεις.

Οι εσωτερικές ταλαντώσεις μπορεί να προκληθούν από ακατάλληλη ρύθμιση ή δυσλειτουργία του μηχανήματος. Εάν η βαλβίδα εξακολουθεί να παρουσιάζει ακανόνιστη συμπεριφορά σε χειροκίνητη λειτουργία, το πρόβλημα μπορεί να προέρχεται από μια κατεστραμμένη διάταξη βαλβίδας ή μια αλλαγή στις παραμέτρους διεργασίας.

Το κόλλημα και η υπέρβαση του θέτη είναι οι πιο συνηθισμένες αιτίες κολλήματος της βαλβίδας ελέγχου. Η απόκριση εξόδου της βαλβίδας παρουσία ενός φαινομένου κολλήματος μπορεί να αποδειχθεί σαφώς με τη βοήθεια ενός γραφήματος.

Για να προσδιορίσετε εάν το κόλλημα της βαλβίδας ελέγχου οφείλεται σε ακατάλληλη ρύθμιση του ελεγκτή ή σε μηχανική βλάβη της ίδιας της βαλβίδας ελέγχου, συνιστάται η προσωρινή παράκαμψη της εξόδου του ελεγκτή, η παροχή σταθερής πίεσης στον ενεργοποιητή της βαλβίδας ελέγχου και η παρατήρηση της απόκρισης εξόδου.

Τα γραμμικά ποτενσιόμετρα (πομπούς θέσης) χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση της κίνησης του στελέχους, ενώ οι μετατροπείς πίεσης (έξυπνοι θέτες) χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της πίεσης εξόδου του θέτη. Συνδέοντας αυτούς τους αισθητήρες σε ένα σύστημα συλλογής δεδομένων και οπτικοποιώντας αυτά τα δεδομένα χρησιμοποιώντας λογισμικό παρακολούθησης (όπως το Labview), μπορεί να δημιουργηθεί ένα γράφημα της διαδρομής του στελέχους έναντι της εξόδου του ελεγκτή.

Ο μικροελεγκτής λαμβάνει σήματα εισόδου από το σημείο ρύθμισης του ελεγκτή και τους αισθητήρες πίεσης. Όταν σημειώνεται μια απόκλιση πίεσης από το σημείο ρύθμισης, θεωρείται συμπεριφορά «κυνηγιού» εάν αυτή η απόκλιση συμβαίνει περισσότερες από πέντε φορές. Σε αυτήν την περίπτωση, η έξοδος του ελεγκτή απομονώνεται και ο μετατροπέας ρεύματος σε πίεση (μετατροπέας I-P) δημιουργεί αυτόματα μια πίεση που αντιστοιχεί στο σημείο ρύθμισης και την παρέχει ως είσοδο στον θέτη της βαλβίδας ελέγχου. Ελέγξτε ξανά την απόκλιση μετά από λίγα δευτερόλεπτα.

Εάν διαπιστωθεί ότι η απόκλιση έχει μειωθεί, η βαλβίδα ελέγχου και τα εξαρτήματά της δεν είναι ελαττωματικά.

Ως εκ τούτου, απαιτείται μια ειδική ρύθμιση του κυκλώματος του ελεγκτή. Ωστόσο, εάν η βαλβίδα εξακολουθεί να είναι ελαττωματική, τα εσωτερικά μέρη μπορεί να έχουν υποστεί ζημιά ή να έχουν κολλήσει λόγω της στεγανοποίησης του αδένα. Με τη βοήθεια ενός γραφήματος με νεκρές ζώνες, η ακριβής θέση του κολλήματος μπορεί εύκολα να βρεθεί.

Στην περίπτωση επίμονου χτυπήματος αλλά χωρίς στοιχεία νεκρής ζώνης, η δόνηση είναι πιθανότατα να συμβαίνει λόγω ζημιάς σε ένα εξάρτημα όπως το στέλεχος. Αυτή η μέθοδος μπορεί επίσης να βοηθήσει στον προσδιορισμό εάν το φαινόμενο παγίδευσης υπάρχει σε όλο το εύρος ελέγχου ή περιορίζεται σε ορισμένα συγκεκριμένα διαστήματα λειτουργίας.