Zawór kontrolny

Zawór sterujący to zawór używany do kontrolowania przepływu płynu poprzez zmianę wielkości kanału przepływu zgodnie z sygnałem ze sterownika. Umożliwia to bezpośrednią kontrolę przepływu i w konsekwencji kontrolę wielkości procesowych, takich jak ciśnienie , temperatura i poziom cieczy .

W terminologii automatycznego sterowania zawór regulacyjny jest określany jako „końcowy element sterujący”.

Operacja

Zawory sterujące uruchamiane powietrzem, każdy z przetwornikiem „I na P” 4–20 mA zintegrowanym z ustawnikiem pozycyjnym. W tym przykładzie każdy ustawnik pozycyjny porównuje skok trzpienia zaworu z sygnałem sterującym i wprowadza poprawkę.

Otwieranie lub zamykanie automatycznych zaworów regulacyjnych odbywa się zwykle za pomocą siłowników elektrycznych , hydraulicznych lub pneumatycznych . Zwykle w przypadku zaworu modulującego, który można ustawić w dowolnym położeniu pomiędzy całkowicie otwartym a całkowicie zamkniętym, stosuje się pozycjonery zaworów, aby zapewnić osiągnięcie przez zawór pożądanego stopnia otwarcia.

Zawory sterowane pneumatycznie są powszechnie stosowane ze względu na swoją prostotę, ponieważ wymagają jedynie zasilania sprężonym powietrzem, podczas gdy zawory sterowane elektrycznie wymagają dodatkowego okablowania i rozdzielnicy, a zawory uruchamiane hydraulicznie wymagają przewodów zasilających i powrotnych pod wysokim ciśnieniem dla płynu hydraulicznego.

Pneumatyczne sygnały sterujące są tradycyjnie oparte na ciśnieniu w zakresie 3–15 psi (0,2–1,0 bar) lub częściej obecnie na sygnale elektrycznym 4–20 mA w przemyśle lub 0–10 V w systemach HVAC . Sterowanie elektryczne obecnie często obejmuje „inteligentny” sygnał komunikacyjny nałożony na prąd sterujący 4–20 mA, dzięki czemu stan i weryfikacja położenia zaworu mogą być przesyłane z powrotem do sterownika. Najpopularniejsze protokoły to HART , Fieldbus Foundation i Profibus .

Automatyczny zawór regulacyjny składa się z trzech głównych części, z których każda występuje w kilku typach i wersjach:

  • Siłownik zaworu – który porusza elementem modulującym zaworu, takim jak kula lub motyl.
  • Pozycjoner zaworu – który zapewnia, że ​​zawór osiągnął żądany stopień otwarcia. Pozwala to przezwyciężyć problemy związane z tarciem i zużyciem.
  • Korpus zaworu – w którym umieszczony jest element modulujący, grzybek, grzybek, kula lub motylek.

Akcja kontrolna

Pokazuje ewolucję sygnalizacji analogowej pętli sterowania od ery pneumatycznej do ery elektronicznej.
Przykład pętli prądowych wykorzystywanych do transmisji detekcji i sterowania. Konkretny przykład zastosowania inteligentnego pozycjonera zaworu.
Zawór regulacyjny grzybkowy z pneumatycznym siłownikiem membranowym i „inteligentnym” pozycjonerem, który również przekazuje do sterownika aktualną pozycję zaworu

Na przykładzie zaworu sterowanego pneumatycznie możliwe są dwa działania sterujące:

  • „Powietrze lub prąd do otwarcia” – Ograniczenie przepływu zmniejsza się wraz ze wzrostem wartości sygnału sterującego.
  • „Powietrze lub prąd do zamknięcia” – Ograniczenie przepływu zwiększa się wraz ze wzrostem wartości sygnału sterującego.

Może również wystąpić awaria trybów bezpieczeństwa :

  • „Błąd powietrza lub sygnału sterującego do zamknięcia” – W przypadku braku dopływu sprężonego powietrza do siłownika zawór zamyka się pod naciskiem sprężyny lub przy zasilaniu rezerwowym.
  • „Błąd otwierania powietrza lub sygnału sterującego” – W przypadku braku dopływu sprężonego powietrza do siłownika zawór otwiera się pod naciskiem sprężyny lub przy zasilaniu rezerwowym.

Tryby działania awaryjnego są wymaganiami specyfikacji sterowania procesem braku bezpieczeństwa w zakładzie. W przypadku wody chłodzącej może dojść do nieudanego otwarcia, aw przypadku dostarczania chemikaliów może to być nieudane zamknięcie.

Pozycjonery zaworów

Podstawową funkcją ustawnika pozycyjnego jest doprowadzenie sprężonego powietrza do siłownika zaworu w taki sposób, aby położenie trzpienia lub wałka zaworu odpowiadało wartości zadanej z układu sterowania. Ustawniki pozycyjne są zwykle używane, gdy zawór wymaga działania dławiącego. Pozycjoner wymaga sprzężenia zwrotnego położenia z trzpienia zaworu lub wałka i dostarcza ciśnienie pneumatyczne do siłownika w celu otwarcia i zamknięcia zaworu. Ustawnik pozycyjny musi być zamontowany na zespole zaworu regulacyjnego lub w jego pobliżu. Istnieją trzy główne kategorie ustawników pozycyjnych, w zależności od rodzaju sygnału sterującego, możliwości diagnostycznych i protokołu komunikacyjnego: pneumatyczne, analogowe i cyfrowe.

Pozycjonery pneumatyczne

Jednostki przetwarzające mogą wykorzystywać pneumatyczną sygnalizację ciśnienia jako nastawę kontrolną zaworów sterujących. Ciśnienie jest zwykle modulowane w zakresie od 20,7 do 103 kPa (3 do 15 psig), aby przesunąć zawór z pozycji 0 do 100%. W zwykłym pozycjonerze pneumatycznym położenie trzpienia lub wałka zaworu jest porównywane z położeniem mieszka, który otrzymuje pneumatyczny sygnał sterujący. Gdy sygnał wejściowy wzrasta, mieszek rozszerza się i przesuwa wiązkę. Wiązka obraca się wokół osi wejściowej, która przesuwa klapę bliżej dyszy. Ciśnienie dyszy wzrasta, co zwiększa ciśnienie wyjściowe do siłownika przez przekaźnik wzmacniacza pneumatycznego. Zwiększone ciśnienie wyjściowe do siłownika powoduje ruch trzpienia zaworu.

Ruch trzpienia jest przekazywany z powrotem do belki za pomocą krzywki. Gdy krzywka obraca się, wiązka obraca się wokół osi sprzężenia zwrotnego, aby lekko odsunąć klapę od dyszy. Ciśnienie dyszy zmniejsza się i zmniejsza ciśnienie wyjściowe do siłownika. Ruch trzpienia jest kontynuowany, cofając klapę od dyszy, aż do osiągnięcia równowagi. Kiedy sygnał wejściowy maleje, mieszek kurczy się (wspomagany przez wewnętrzną sprężynę), a wiązka obraca się wokół osi wejściowej, aby odsunąć klapę od dyszy. Dysza opada, a przekaźnik pozwala na uwolnienie ciśnienia w obudowie membrany do atmosfery, co umożliwia ruch trzpienia siłownika w górę.

Poprzez krzywkę ruch trzpienia jest przekazywany z powrotem do belki, aby przesunąć klapę bliżej dyszy. Po uzyskaniu warunków równowagi ruch trzpienia ustaje, a klapa zostaje ustawiona tak, aby zapobiec dalszemu spadkowi ciśnienia w siłowniku.

Pozycjonery analogowe

Drugi typ pozycjonera to analogowy pozycjoner I/P. Większość nowoczesnych jednostek przetwarzających wykorzystuje sygnał prądu stałego od 4 do 20 mA do modulacji zaworów regulacyjnych. Wprowadza to elektronikę do konstrukcji ustawnika pozycyjnego i wymaga, aby ustawnik pozycyjny przetwarzał elektroniczny sygnał prądowy na pneumatyczny sygnał ciśnieniowy (prądowy na pneumatyczny lub I/P). W typowym pozycjonerze analogowym I/P przetwornica odbiera sygnał wejściowy prądu stałego i dostarcza proporcjonalny pneumatyczny sygnał wyjściowy przez układ dysza/klapa. Pneumatyczny sygnał wyjściowy dostarcza sygnał wejściowy do ustawnika pneumatycznego. W przeciwnym razie konstrukcja jest taka sama jak pozycjonera pneumatycznego

Cyfrowe pozycjonery

Podczas gdy pozycjonery pneumatyczne i analogowe pozycjonery I/P zapewniają podstawową kontrolę położenia zaworu, cyfrowe sterowniki zaworów dodają kolejny wymiar możliwościom pozycjonera. Ten typ pozycjonera jest instrumentem opartym na mikroprocesorze. Mikroprocesor umożliwia diagnostykę i dwukierunkową komunikację w celu uproszczenia konfiguracji i rozwiązywania problemów.

W typowym cyfrowym sterowniku zaworu sygnał sterujący jest odczytywany przez mikroprocesor, przetwarzany przez algorytm cyfrowy i przetwarzany na sygnał prądowy sterujący do przetwornika I/P. Algorytm sterowania położeniem wykonuje mikroprocesor, a nie zespół mechanicznej belki, krzywki i klapy. Wraz ze wzrostem sygnału sterującego wzrasta sygnał sterujący do przetwornika I/P, zwiększając ciśnienie wyjściowe z przetwornika I/P. To ciśnienie jest kierowane do przekaźnika wzmacniacza pneumatycznego i dostarcza dwa ciśnienia wyjściowe do siłownika. Wraz ze wzrostem sygnału sterującego jedno ciśnienie wyjściowe zawsze wzrasta, a drugie ciśnienie wyjściowe maleje

Siłowniki dwustronnego działania wykorzystują oba wyjścia, podczas gdy siłowniki jednostronnego działania wykorzystują tylko jedno wyjście. Zmieniające się ciśnienie wyjściowe powoduje ruch trzpienia lub wału siłownika. Pozycja zaworu jest przekazywana z powrotem do mikroprocesora. Trzpień porusza się dalej, aż do osiągnięcia właściwej pozycji. W tym momencie mikroprocesor stabilizuje sygnał sterujący do przetwornika I/P, aż do uzyskania równowagi.

Cyfrowy sterownik zaworu oprócz funkcji sterowania położeniem zaworu posiada dwie dodatkowe możliwości: diagnostykę oraz dwukierunkową komunikację cyfrową.

Szeroko stosowane protokoły komunikacyjne obejmują HART , FOUNDATION fieldbus i PROFIBUS.

Zalety umieszczenia inteligentnego pozycjonera na zaworze regulacyjnym:

  • Automatyczna kalibracja i konfiguracja pozycjonera.
  • Diagnostyka w czasie rzeczywistym.
  • Zmniejszony koszt uruchomienia pętli, w tym instalacji i kalibracji.
  • Wykorzystanie diagnostyki do utrzymania poziomów wydajności pętli .
  • Poprawiona dokładność kontroli procesu, która zmniejsza zmienność procesu.

Rodzaje zaworów regulacyjnych

Zawory regulacyjne są klasyfikowane według atrybutów i cech.

Na podstawie profilu spadku ciśnienia

  • Zawór wysokiego odzysku: te zawory zazwyczaj odzyskują większość spadku ciśnienia statycznego od wlotu do żyły kontraktowej na wylocie. Charakteryzują się niższym współczynnikiem odzysku. Przykłady: zawór motylkowy, zawór kulowy, zawór czopowy, zasuwa
  • Zawór niskiego odzysku: te zawory zwykle odzyskują niewielką część spadku ciśnienia statycznego od wlotu do żyły kontraktowej na wylocie. Charakteryzują się wyższym współczynnikiem odzysku. Przykłady: zawór kulowy, zawór kątowy

Na podstawie profilu ruchu elementu sterującego

  • Trzpień przesuwny: Trzpień zaworu / grzybek porusza się ruchem liniowym lub prostoliniowym. Przykłady: zawór kulowy, zawór kątowy, zasuwa klinowa
  • Zawór obrotowy: Tarcza zaworu obraca się. Przykłady: zawór motylkowy, zawór kulowy

W oparciu o funkcjonalność

  • Zawór regulacyjny: Reguluje parametry przepływu proporcjonalnie do sygnału wejściowego odbieranego z centralnego układu sterowania. Przykłady: zawór kulowy, zawór kątowy, zawór kulowy
  • Zawór odcinający / włączający: Zawory te są albo całkowicie otwarte, albo zamknięte. Przykłady: zasuwa, zawór kulowy, zawór kulowy, zawór kątowy, zawór zaciskowy, zawór membranowy
  • Zawór zwrotny: Umożliwia przepływ tylko w jednym kierunku
  • Zawór kondycjonujący parę: Reguluje ciśnienie i temperaturę mediów wlotowych do wymaganych parametrów na wylocie. Przykłady: zawór obejściowy turbiny, stacja upuszczania pary technologicznej
  • Sprężynowy zawór bezpieczeństwa: zamykany siłą sprężyny, która otwiera się, gdy ciśnienie wlotowe jest równe sile sprężyny

Na podstawie czynnika uruchamiającego

  • Zawór ręczny: Uruchamiany pokrętłem
  • Zawór pneumatyczny: uruchamiany za pomocą ściśliwego medium, takiego jak powietrze, węglowodór lub azot, z siłownikiem typu sprężyna membranowa, tłokowo-cylindrowy lub tłokowo-sprężynowy
  • Zawór hydrauliczny: Uruchamiany przez nieściśliwe medium, takie jak woda lub olej
  • Zawór elektryczny: uruchamiany silnikiem elektrycznym

Istnieje wiele różnych typów zaworów i operacji sterowania. Istnieją jednak dwie główne formy działania, trzpień przesuwny i obrotowy.

Najbardziej powszechnymi i wszechstronnymi typami zaworów regulacyjnych są zawory kulowe z trzpieniem przesuwnym, kulowe z wycięciem w kształcie litery V, motylkowe i kątowe. Ich popularność wynika z solidnej konstrukcji i wielu dostępnych opcji, dzięki którym nadają się do różnych zastosowań procesowych. Korpusy zaworów sterujących można podzielić na następujące kategorie:

Lista popularnych typów zaworów regulacyjnych

Zobacz też

  • Zawór zwrotny – urządzenie sterujące przepływem
  • Inżynieria sterowania - dyscyplina inżynierska zajmująca się systemami sterowania
  • System sterowania – System zarządzający zachowaniem innych systemów
  • Rozproszony system sterowania - Skomputeryzowane systemy sterowania z rozproszonym podejmowaniem decyzji
  • Fundacja Fieldbus
  • Zawór sterujący przepływem – Zawór regulujący przepływ lub ciśnienie płynu
  • Highway Addressable Remote Transducer Protocol , znany również jako protokół HART – hybrydowy analogowo-cyfrowy protokół automatyki przemysłowej; może komunikować się za pośrednictwem starszych pętli prądowych oprzyrządowania analogowego 4–20 mA, dzieląc parę przewodów używanych przez analogowe systemy hosta
  • Oprzyrządowanie - Przyrządy pomiarowe, które monitorują i kontrolują proces
  • Regulator PID – Mechanizm sprzężenia zwrotnego pętli sterowania
  • Kontrola procesu - Dyscyplina, która wykorzystuje kontrolę przemysłową w celu osiągnięcia poziomu spójności produkcji
  • Profibus – Protokół komunikacyjny
  • SCADA , znany również jako Nadzorczy system sterowania i akwizycji danych – Architektura systemu sterowania do nadzoru maszyn i procesów

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Control_valve&oldid=1139001313 ”