สัญญาณการไหลของอากาศที่ส่งไปยังไมโครโปรเซสเซอร์

วาล์วควบคุมเป็นวาล์วใช้ในการควบคุมการไหลของของเหลวโดยการเปลี่ยนแปลงขนาดของทางเดินไหลเป็นผู้กำกับโดยสัญญาณจากตัวควบคุม [1]ซึ่งจะช่วยให้การควบคุมโดยตรงของการไหลของอัตราและการควบคุมเป็นผลสืบเนื่องของปริมาณกระบวนการเช่นความดัน , อุณหภูมิและสภาพคล่องระดับ

ในการควบคุมอัตโนมัติศัพท์วาล์วควบคุมที่เรียกว่าเป็น "องค์ประกอบการควบคุมสุดท้าย"

วาล์วควบคุมที่กระตุ้นด้วยอากาศแต่ละตัวมีคอนเวอร์เตอร์ "I ถึง P" 4-20 มิลลิแอมป์ ซึ่งรวมอยู่ในตัวกำหนดตำแหน่งวาล์ว ในตัวอย่างนี้ ตัวกำหนดตำแหน่งแต่ละตัวกำลังเปรียบเทียบการเคลื่อนที่ของก้านวาล์วกับสัญญาณควบคุม และใช้การแก้ไขใดๆ

การเปิดหรือปิดของวาล์วควบคุมอัตโนมัติมักจะทำโดยการไฟฟ้า , ไฮดรอลิหรือนิวเมติกตัวกระตุ้นโดยปกติเมื่อใช้วาล์วปรับ ซึ่งสามารถตั้งค่าให้อยู่ในตำแหน่งใดก็ได้ระหว่างเปิดเต็มที่และปิดสนิท ตัวกำหนดตำแหน่งวาล์วจะถูกใช้เพื่อให้แน่ใจว่าวาล์วบรรลุระดับการเปิดที่ต้องการ

วาล์วกระตุ้นด้วยลมมักใช้เนื่องจากความเรียบง่าย เนื่องจากต้องใช้เพียงการจ่ายอากาศอัด ในขณะที่วาล์วที่ทำงานด้วยไฟฟ้าต้องการการเดินสายและสวิตช์เกียร์เพิ่มเติม และวาล์วที่กระตุ้นด้วยไฮดรอลิกต้องการการจ่ายแรงดันสูงและท่อส่งกลับสำหรับน้ำมันไฮดรอลิก

โดยทั่วไปแล้ว สัญญาณควบคุมด้วยลมจะอิงตามช่วงแรงดัน 3-15 psi (0.2-1.0 บาร์) หรือมากกว่าปกติในปัจจุบัน สัญญาณไฟฟ้า4-20mAสำหรับอุตสาหกรรม หรือ 0-10V สำหรับระบบHVAC การควบคุมทางไฟฟ้ามักจะรวมสัญญาณการสื่อสาร "อัจฉริยะ" ไว้บนกระแสควบคุม 4-20mA เพื่อให้สถานะวาล์วสมบูรณ์และการตรวจสอบสามารถส่งสัญญาณกลับไปที่ตัวควบคุมได้ HART , FieldbusมูลนิธิและProfibusเป็นโปรโตคอลที่พบมากที่สุด

วาล์วควบคุมอัตโนมัติประกอบด้วยสามส่วนหลัก โดยแต่ละส่วนมีหลายประเภทและหลายแบบ:

• แอคชูเอเตอร์วาล์ว - ซึ่งเคลื่อนองค์ประกอบมอดูเลตของวาล์ว เช่น บอลหรือบัตเตอร์ฟลาย
• ตัวกำหนดตำแหน่งวาล์ว - ซึ่งช่วยให้มั่นใจว่าวาล์วถึงระดับการเปิดที่ต้องการ ซึ่งเอาชนะปัญหาการเสียดสีและการสึกหรอ
• ตัววาล์ว - ซึ่งมีองค์ประกอบการมอดูเลต, ปลั๊ก, ลูกโลก, ลูกบอลหรือผีเสื้อ

แสดงวิวัฒนาการของการส่งสัญญาณลูปควบคุมแบบอะนาล็อกจากยุคนิวแมติกสู่ยุคอิเล็กทรอนิกส์

ตัวอย่างลูปปัจจุบันที่ใช้สำหรับการตรวจจับและควบคุมการส่งสัญญาณ ตัวอย่างเฉพาะของตัวกำหนดตำแหน่งวาล์วอัจฉริยะที่ใช้

วาล์วควบคุมลูกโลกพร้อมตัวกระตุ้นไดอะแฟรมนิวเมติกและตัวกำหนดตำแหน่ง "อัจฉริยะ" ซึ่งจะป้อนกลับไปยังตำแหน่งวาล์วจริงไปยังตัวควบคุม

จากตัวอย่างของวาล์วที่ทำงานด้วยอากาศ สามารถควบคุมได้สองแบบ:

• "อากาศหรือกระแสไฟเปิด" - ข้อ จำกัด การไหลลดลงพร้อมค่าสัญญาณควบคุมที่เพิ่มขึ้น
• "อากาศหรือกระแสไฟเพื่อปิด" - การจำกัดการไหลจะเพิ่มขึ้นตามค่าสัญญาณควบคุมที่เพิ่มขึ้น

โหมดปลอดภัยอาจล้มเหลวได้เช่นกัน:

• อากาศหรือสัญญาณควบคุมล้มเหลวในการปิด" - เมื่อเกิดความล้มเหลวในการอัดอากาศไปยังแอคชูเอเตอร์ วาล์วจะปิดภายใต้แรงดันสปริงหรือด้วยพลังงานสำรอง
• อากาศหรือสัญญาณควบคุมล้มเหลวในการเปิด" - เมื่อเกิดความล้มเหลวในการอัดอากาศไปยังแอคชูเอเตอร์ วาล์วจะเปิดขึ้นภายใต้แรงดันสปริงหรือด้วยพลังงานสำรอง

โหมดการทำงานของความล้มเหลวเป็นข้อกำหนดของความล้มเหลวในข้อกำหนดการควบคุมกระบวนการด้านความปลอดภัยของโรงงาน ในกรณีน้ำหล่อเย็นอาจจะเปิดไม่สำเร็จ และกรณีส่งสารเคมีอาจจะปิดไม่สนิท

หน้าที่พื้นฐานของตัวกำหนดตำแหน่งคือการส่งอากาศที่มีแรงดันไปยังตัวกระตุ้นวาล์ว เพื่อให้ตำแหน่งของก้านวาล์วหรือเพลาสอดคล้องกับจุดที่ตั้งไว้จากระบบควบคุม โดยทั่วไปแล้วตัวกำหนดตำแหน่งจะใช้เมื่อวาล์วต้องการการควบคุมปริมาณ ตัวกำหนดตำแหน่งต้องการการป้อนกลับตำแหน่งจากก้านวาล์วหรือเพลา และส่งแรงดันลมไปยังตัวกระตุ้นเพื่อเปิดและปิดวาล์ว ต้องติดตั้งตัวกำหนดตำแหน่งบนหรือใกล้กับชุดวาล์วควบคุม ตัวกำหนดตำแหน่งมีสามประเภทหลัก ขึ้นอยู่กับชนิดของสัญญาณควบคุม ความสามารถในการวินิจฉัย และโปรโตคอลการสื่อสาร: แอนะล็อกแบบนิวเมติกและแบบดิจิตอล [2]

หน่วยประมวลผลอาจใช้สัญญาณแรงดันนิวแมติกเป็นชุดควบคุมชี้ไปที่วาล์วควบคุม โดยทั่วไปแรงดันจะถูกมอดูเลตระหว่าง 20.7 ถึง 103 kPa (3 ถึง 15 psig) เพื่อย้ายวาล์วจากตำแหน่ง 0 ถึง 100% ในเครื่องกำหนดตำแหน่งนิวเมติกทั่วไป ตำแหน่งของก้านวาล์วหรือเพลาจะถูกเปรียบเทียบกับตำแหน่งของเครื่องสูบลมที่รับสัญญาณควบคุมด้วยลม เมื่อสัญญาณอินพุตเพิ่มขึ้น เครื่องสูบลมจะขยายและเคลื่อนลำแสง ลำแสงจะหมุนรอบแกนอินพุต ซึ่งจะขยับปีกนกให้เข้าใกล้หัวฉีดมากขึ้น แรงดันหัวฉีดเพิ่มขึ้น ซึ่งจะเพิ่มแรงดันเอาต์พุตไปยังแอคทูเอเตอร์ผ่านรีเลย์แอมพลิฟายเออร์นิวเมติก แรงดันเอาต์พุตที่เพิ่มขึ้นไปยังแอคทูเอเตอร์ทำให้ก้านวาล์วเคลื่อนที่ การเคลื่อนไหวของลำต้นจะถูกป้อนกลับไปยังลำแสงโดยใช้ลูกเบี้ยว ขณะที่ลูกเบี้ยวหมุน ลำแสงจะหมุนรอบแกนป้อนกลับเพื่อขยับปีกนกออกจากหัวฉีดเล็กน้อย แรงดันหัวฉีดจะลดลงและลดแรงดันเอาต์พุตไปยังแอคทูเอเตอร์ การเคลื่อนที่ของลำต้นดำเนินต่อไป โดยถอยปีกนกออกจากหัวฉีดจนกว่าจะถึงสมดุล เมื่อสัญญาณอินพุตลดลง เครื่องสูบลมจะหดตัว (ได้รับความช่วยเหลือจากสปริงช่วงภายใน) และลำแสงจะหมุนรอบแกนอินพุตเพื่อขยับปีกนกออกจากหัวฉีด หัวฉีดลดลงและรีเลย์อนุญาตให้ปล่อยแรงดันของปลอกไดอะแฟรมสู่บรรยากาศ ซึ่งช่วยให้ก้านแอคทูเอเตอร์เลื่อนขึ้นด้านบน การเคลื่อนที่ของก้านดอกผ่านลูกเบี้ยวจะถูกส่งกลับไปยังลำแสงเพื่อจัดตำแหน่งลูกนกให้ใกล้กับหัวฉีดมากขึ้น เมื่อได้รับสภาวะสมดุล การเคลื่อนไหวของก้านจะหยุดและลูกนกอยู่ในตำแหน่งเพื่อป้องกันแรงดันแอคทูเอเตอร์ที่ลดลงอีก [2]

ตัวกำหนดตำแหน่งประเภทที่สองคือตัวกำหนดตำแหน่ง I/P แบบอะนาล็อก หน่วยประมวลผลที่ทันสมัยส่วนใหญ่ใช้สัญญาณ DC 4 ถึง 20 mA เพื่อปรับวาล์วควบคุม สิ่งนี้แนะนำระบบอิเล็กทรอนิกส์ในการออกแบบตัวกำหนดตำแหน่ง และต้องการให้ตัวกำหนดตำแหน่งแปลงสัญญาณกระแสไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์เป็นสัญญาณแรงดันลม (กระแสสู่ลมหรือ I/P) ในตัวกำหนดตำแหน่ง I/P แอนะล็อกทั่วไป คอนเวอร์เตอร์จะรับสัญญาณอินพุต DC และให้สัญญาณเอาท์พุตนิวแมติกตามสัดส่วนผ่านการจัดเรียงหัวฉีด/ปีกนก สัญญาณเอาท์พุตนิวแมติกให้สัญญาณอินพุตไปยังตัวกำหนดตำแหน่งนิวแมติก มิฉะนั้น การออกแบบจะเหมือนกับตัวกำหนดตำแหน่งนิวแมติก[2]

ในขณะที่ตัวกำหนดตำแหน่งแบบนิวแมติกและตัวกำหนดตำแหน่ง I/P แบบอะนาล็อกให้การควบคุมตำแหน่งวาล์วพื้นฐาน ตัวควบคุมวาล์วแบบดิจิตอลจะเพิ่มมิติอื่นให้กับความสามารถของตัวกำหนดตำแหน่ง ตัวกำหนดตำแหน่งประเภทนี้เป็นเครื่องมือที่ใช้ไมโครโปรเซสเซอร์ ไมโครโปรเซสเซอร์ช่วยให้การวินิจฉัยและการสื่อสารแบบสองทางทำให้การตั้งค่าและการแก้ไขปัญหาง่ายขึ้น

ในตัวควบคุมวาล์วดิจิตอลทั่วไป สัญญาณควบคุมจะถูกอ่านโดยไมโครโปรเซสเซอร์ ประมวลผลโดยอัลกอริธึมดิจิทัล และแปลงเป็นสัญญาณกระแสของไดรฟ์ไปยังตัวแปลง I/P ไมโครโปรเซสเซอร์ดำเนินการอัลกอริธึมการควบคุมตำแหน่งมากกว่าการประกอบลำแสงกล ลูกเบี้ยว และปีกนก เมื่อสัญญาณควบคุมเพิ่มขึ้น สัญญาณไดรฟ์ไปยังคอนเวอร์เตอร์ I/P จะเพิ่มขึ้น ส่งผลให้แรงดันเอาต์พุตจากคอนเวอร์เตอร์ I/P เพิ่มขึ้น แรงดันนี้ถูกส่งไปยังรีเลย์แอมพลิฟายเออร์นิวเมติกและให้แรงดันเอาต์พุตสองแรงดันไปยังแอคชูเอเตอร์ ด้วยสัญญาณควบคุมที่เพิ่มขึ้น แรงดันเอาต์พุตหนึ่งจะเพิ่มขึ้นเสมอ และแรงดันเอาต์พุตอื่นๆ จะลดลง

แอคทูเอเตอร์แบบดับเบิลแอคทูเอเตอร์ใช้เอาต์พุตทั้งสอง ในขณะที่แอคทูเอเตอร์แบบแอคทูเอเตอร์เดียวใช้เอาต์พุตเดียวเท่านั้น แรงดันเอาต์พุตที่เปลี่ยนไปทำให้ก้านหรือเพลาของแอคทูเอเตอร์เคลื่อนที่ ตำแหน่งวาล์วถูกป้อนกลับไปยังไมโครโปรเซสเซอร์ ก้านยังคงเคลื่อนที่ต่อไปจนกว่าจะถึงตำแหน่งที่ถูกต้อง ณ จุดนี้ ไมโครโปรเซสเซอร์จะทำให้สัญญาณของไดรฟ์เสถียรกับคอนเวอร์เตอร์ I/P จนกว่าจะได้สมดุล

นอกจากหน้าที่ในการควบคุมตำแหน่งของวาล์วแล้ว ตัวควบคุมวาล์วดิจิตอลยังมีความสามารถเพิ่มเติมอีกสองอย่าง: การวินิจฉัยและการสื่อสารแบบดิจิตอลสองทาง [2]

โปรโตคอลการสื่อสารที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ได้แก่HART , FOUNDATION fieldbusและPROFIBUS

ข้อดีของการวางตำแหน่งอัจฉริยะบนวาล์วควบคุม:

1. การสอบเทียบอัตโนมัติและการกำหนดค่าตัวกำหนดตำแหน่ง 2. การวินิจฉัยตามเวลาจริง 3. ลดค่าใช้จ่ายในการทดสอบการทำงานของลูป รวมถึงการติดตั้งและการสอบเทียบ 4. การใช้การวินิจฉัยเพื่อรักษาระดับประสิทธิภาพของลูป 5. ปรับปรุงความแม่นยำในการควบคุมกระบวนการซึ่งลดความแปรปรวนของกระบวนการ

วาล์วควบคุมถูกจำแนกตามคุณลักษณะและคุณลักษณะหลายประการ ชอบ

1. ขึ้นอยู่กับโปรไฟล์แรงดันตก:

- วาล์วกู้คืนสูง - วาล์วเหล่านี้มักจะคืนแรงดันสถิตส่วนใหญ่จากทางเข้าไปยัง vena contracta ที่ทางออก วาล์วเหล่านี้มีลักษณะเฉพาะด้วยค่าสัมประสิทธิ์การกู้คืนที่ต่ำกว่า ตัวอย่างของวาล์วกู้คืนสูง - วาล์วผีเสื้อ บอลวาล์ว ปลั๊กวาล์ว วาล์วประตู ฯลฯ - วาล์วกู้คืนต่ำ - โดยทั่วไปวาล์วเหล่านี้จะมีแรงดันสถิตตกจากทางเข้าไปยัง vena contracta ที่ทางออกน้อยมาก วาล์วเหล่านี้มีค่าสัมประสิทธิ์การฟื้นตัวที่สูงขึ้น ตัวอย่างวาล์วคืนตัวต่ำ - วาล์วโลก, วาล์วมุม

2. ขึ้นอยู่กับโปรไฟล์การเคลื่อนไหวขององค์ประกอบควบคุม:

- ก้านเลื่อน - ที่นี่ก้านวาล์ว / ปลั๊กเคลื่อนในการเคลื่อนที่เป็นเส้นตรง ตัวอย่าง - วาล์วโลก วาล์วมุม วาล์วประตูแบบลิ่ม - วาล์วโรตารี่ - ในที่นี้แผ่นวาล์วมีการเคลื่อนที่แบบหมุน ตัวอย่าง - วาล์วปีกผีเสื้อ บอลวาล์ว

3. ขึ้นอยู่กับการทำงาน:

- วาล์วควบคุม - ที่นี่วาล์วจะควบคุมพารามิเตอร์การไหลตามสัดส่วนกับสัญญาณอินพุตที่ได้รับจากระบบควบคุมส่วนกลาง ตัวอย่าง - โกลบวาล์ว, แองเกิลวาล์ว, บอลวาล์ว - ชัต-ออฟ / เปิด-ปิด วาล์ว - ที่นี่วาล์วเป็นแบบเปิดเต็มหรือปิดเต็มตัว ตัวอย่าง - เกทวาล์ว บอลวาล์ว โกลบอลวาล์ว วาล์วมุม พินช์วาล์ว ไดอะแฟรมวาล์ว ฯลฯ . - เช็ควาล์ว - ที่นี่วาล์วอนุญาตให้ไหลในทิศทางเดียวเท่านั้น - วาล์วปรับสภาพไอน้ำ - วาล์วเหล่านี้ควบคุมโปรไฟล์ความดันและอุณหภูมิของสื่อขาเข้าตามพารามิเตอร์ที่จำเป็นที่ทางออก ตัวอย่าง - วาล์วบายพาสกังหัน สถานีปล่อยไอน้ำในกระบวนการ ฯลฯ - วาล์วนิรภัยแบบสปริงโหลด - วาล์วเหล่านี้ปิดด้วยแรงกดของสปริง ซึ่งจะหดกลับเพื่อเปิดเมื่อแรงดันขาเข้าเท่ากับแรงสปริง

4. ขึ้นอยู่กับสื่อกระตุ้น:

- วาล์วแบบแมนนวล - วาล์วถูกกระตุ้นด้วยล้อเลื่อนด้วยมือ - วาล์วนิวแมติก - วาล์วถูกกระตุ้นโดยใช้สื่ออัดแรง เช่น อากาศ ไฮโดรคาร์บอน ไนโตรเจน ฯลฯ โดยปกติแล้ว แอคทูเอเตอร์อาจเป็นชนิดไดอะแฟรมสปริง ชนิดกระบอกสูบลูกสูบ หรือชนิดสปริงลูกสูบ วาล์ว - วาล์วที่กระตุ้นด้วยตัวกลางที่ไม่บีบอัด เช่น น้ำหรือน้ำมัน - วาล์วไฟฟ้า - วาล์วที่กระตุ้นด้วยมอเตอร์ไฟฟ้า

มีวาล์วหลายประเภทและการควบคุมการทำงาน อย่างไรก็ตาม การกระทำมีสองรูปแบบหลัก ก้านเลื่อนและการกระทำแบบหมุน

วาล์วควบคุมที่ใช้กันทั่วไปและหลากหลายที่สุด ได้แก่ ลูกโลกก้านเลื่อน บอลบากวี แบบผีเสื้อ และแบบทำมุม ความนิยมของพวกเขามาจากโครงสร้างที่ทนทานและมีตัวเลือกมากมายที่ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานในกระบวนการที่หลากหลาย [3] ตัววาล์วควบคุมอาจแบ่งได้ดังนี้: [2]

รายการวาล์วควบคุมทั่วไป

• ก้านเลื่อน
  • วาล์วโลก  – ประเภทของอุปกรณ์สำหรับปิดกั้นหรือควบคุมการไหลของของเหลว
  • วาล์วมุม
  • วาล์วลูกสูบที่นั่งมุม
• โรตารี
  • วาล์วผีเสื้อ
  • บอลวาล์ว
• อื่นๆ
  • หยิกวาล์ว
  • วาล์วไดอะแฟรม

• เครื่องมือวัดกระบวนการ (บทที่ 8): วาล์วควบคุมบทความจากเว็บไซต์ของมหาวิทยาลัยเซาท์ออสเตรเลีย
• เครื่องคำนวณขนาดวาล์วควบคุม เครื่องคำนวณขนาดวาล์วควบคุมเพื่อกำหนด Cv สำหรับวาล์ว