Valve positioner (Valve Controller) is een apparaat dat wordt gebruikt om de positie van een regelklep nauwkeurig te regelen en te regelen.het past de opening van de klep aan op het gewenste instelpunt, zodat de procesparameters (bijv. druk, temperatuur, doorstroming, enz.) binnen vooraf bepaalde niveaus blijven.en worden veel gebruikt in olie en gas, chemische, farmaceutische, waterbehandeling en andere industrieën.
De stand van een pneumatische bedieningsklep is lineair gerelateerd aan de luchtdruk die op de aandrijver wordt uitgeoefend, omdat mechanische veren de wet van Hooke volgen.waarin staat dat de hoeveelheid veerbeweging (x) recht evenredig is met de aangebrachte kracht (F=kx)De kracht die door een pneumatische aandrijver wordt uitgeoefend, is afhankelijk van de luchtdruk en het zuiger-diafragma-oppervlak (F=PA) en de veer drukken of rekken op zijn beurt.produceren van een gelijke en tegengestelde reactie krachtHet eindresultaat is dat de aandrijflijndruk lineair wordt omgezet in stambeweging (x=PA/k).
1- Controleaansluiting.
Deze lineaire en herhaalbare relatie tussen de druk van het pneumatische signaal en de stand van de stam is alleen geldig als, en alleen als,het bedieningsdiafragma/stempel en de veer zijn de enige krachten die op de stam werkenAls een andere kracht op het mechanisme werkt, zal de relatie tussen de signaaldruk en de stampositie niet langer ideaal zijn.
Helaas zijn er veel andere krachten die op de stam werken, naast de aandrijfkrachten en de veerreactie krachten.en de reactie kracht op de spoel veroorzaakt door de drukverschil in de spoel gebied is een andereDeze krachten combineren zich om de stam te herplaatsen, zodat de beweging van de stam niet nauwkeurig gerelateerd is aan de aandrijvende vloeistofdruk.
Een veel voorkomende oplossing voor dit dilemma is het toevoegen van een kleppositionair aan de besturingsklep. 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:
De kleppositionator zelf is in wezen een besturingssysteem: de stampositie van de klep is de procesvariabele (PV), het commandosignaal naar de positionator is het instelpunt (SP),en het signaal van de positioner naar de klepactuator is de gemanipuleerde variabele (MV) of outputWanneer de procescontroller dus een commando-signaal naar de met positioner uitgeruste klep stuurt,de positioner ontvangt dat commando-signaal en past zoveel of zo weinig luchtdruk toe op de aandrijver als nodig is om de gewenste stampositie te bereikenZo zal de positioner vechten tegen iedere andere kracht die op de klepstam werkt om een duidelijke, nauwkeurige positionering van de klepstam te bereiken in overeenstemming met het commando-signaal.Een goed functionerende positioner zorgt ervoor dat het bedieningsklep behoort aan het commando-signaal.
2. Voorbeeld van pneumatische ventielpositionair
De volgende afbeelding toont een pneumatische positioner van het model Fisher 3582 gemonteerd op een regelklep.
Aan de linkerkant van deze positioner is een deel van het feedbackmechanisme te zien: een metalen beugel die aan de stamconnector is bevestigd en aan een arm wordt bevestigd die zich uitstrekt vanaf de zijkant van de positioner.Elke besturingskleppositionair moet zijn uitgerust met een of ander middel om de positie van de stam te detecteren., anders zou de positioner de positie van de stam niet kunnen vergelijken met het commando-signaal.
Een modernere positioner, de Fisher DVC6200 (opnieuw in een grijze doos met een drukmeter aan de rechterkant), verschijnt op de volgende foto:
Net als de eerdere Model 3582 positioner gebruikt deze DVC6000 een feedback linking aan de linkerkant om de positie van de klepstam te detecteren.De nieuwere DVC6200 maakt gebruik van een magnetische Hall effect sensor om de positie van een magneet geboeid aan de stam te voelenDit niet-mechanische positie-feedbackontwerp elimineert tegenwerking, slijtage, interferentie en andere potentiële problemen die verband houden met mechanische verbindingen.Betere feedback is van cruciaal belang voor een betere positie van de klep.
De besturingselementen zijn meestal ontworpen om hoge luchtstromen te genereren en af te voeren, zodat de positioner ook functioneert als een volumebooster850.de positioner zorgt niet alleen voor een nauwkeuriger positionering van de stam, maar ook snellere stamsnelheden (kortere tijdsvertragingen) dan kleppenactuatoren die rechtstreeks door de I/P-sensor worden aangedreven.
3Valve in positie.
Een ander voordeel van het toevoegen van een kleppositionair aan een pneumatische besturingsklep is dat de klep beter verzegelt.Dit voordeel is op het eerste gezicht niet duidelijk en vereist daarom enige uitleg..
In de eerste plaats moet worden begrepen dat in een regelklep alleen het contact tussen de spoel en de stoel niet voldoende is om een nauwkeurige sluiting te garanderen.De spoel moet hard tegen de stoel worden gedrukt om alle stroom door de klep volledig te sluiten.Iedereen die ooit het handvat van een lekkende kraan heeft getrokken, begrijpt dit principe intuïtief:een bepaalde hoeveelheid contactkracht is vereist tussen de stekker en de stoel om de twee delen licht te vervormenDe technische term voor dit mechanische vereiste is zittingbelasting.
Stel je een diafragma-aangedreven, rechtdoorlopende pneumatische openingscontrole klep voor met een bankinstelling van 3 tot 15 psi.het diafragma genereert net genoeg kracht om de voorbelasting van de aandrijflijn te overwinnen, maar niet genoeg om de spoel van de stoel te verplaatsen.
Met andere woorden, bij een diafragmadruk van 3 psi zal de spoel contact maken met de stoel, maar er zal weinig kracht zijn om een strak afsluitverzegeling te bieden.Als dit bedieningsventiel rechtstreeks wordt aangedreven door een I/P-sensor die is gekalibreerd van 3 tot 15 PsiOm de spoel voor een strakke afdichting volledig te kunnen plaatsen, moet de klep op de klep van de klep worden geplaatst en de klep op de klep van de klep worden geplaatst.alle luchtdruk moet worden verwijderd uit het diafragma om ervoor te zorgen dat er geen diafragma kracht tegen de veerDit is niet mogelijk voor een I/P met een kalibratiebereik van 3-15 Psi.
Stel je nu voor dat dezelfde klep is uitgerust met een positioner die een 3 tot 15 Psi signaal ontvangt van de I/P en gebruikt als een commando (set point) voor de stam positie,met zoveel of zo weinig druk op het diafragma als nodig is om de gewenste stampositie te bereikenDe correcte manier om de positioner te kalibreren is dat de stam pas begint te heffen wanneer het signaal iets hoger is dan 0%,wat betekent dat bij 0% (4mA) de positioner zal proberen om de klep te dwingen tot een licht negatieve stam positieIn een poging deze onmogelijke eis te bereiken, zal de uitgang van de positioner een lage verzadiging bereiken, zonder druk uit te oefenen op het bedieningsdiafragma,resulteert in de volledige veerkracht van de klepstam op de klepstoelEen vergelijking van de twee scenario's is weergegeven in de onderstaande tabel:
Terwijl positioneringsapparaten nuttig zijn voor met veer uitgeruste klepactuatoren, zijn ze absoluut noodzakelijk voor bepaalde andere soorten actuatoren.Beschouw de volgende dubbelwerkende pneumatische zuigeractuator zonder veren:
Zonder een veer om een terughoudende kracht te leveren om de klep terug te brengen naar de "fail-safe"-positie, is er geen Hooke's Law-relatie tussen de toegepaste luchtdruk en de stampositie.De positioner moet afwisselend luchtdruk uitoefenen op beide oppervlakken van de zuiger om de stam te verhogen en te verlagen.
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 accuratelyDaarom, 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.
4. Krachtabalance Pneumatische positioner
Een eenvoudig ontwerp van de krachtabalancerde pneumatische ventielpositionair wordt hieronder weergegeven:
Het besturingssignaal voor deze klep is een pneumatisch signaal van 3 tot 15 psi van een I/P-sensor of een pneumatische regelaar (geen van beide wordt in het diagram weergegeven).Deze druk van het stuursignaal oefent een opwaartse kracht uit op de krachtstraalDe toename van de tegendruk in de spuitstuk zorgt ervoor dat de pneumatische versterking relais meer luchtdruk naar de klep actuator,die op zijn beurt de klepstam optilt (de klep opent)Als de klepstam opsteekt, strekt de veer die de aandrijver met de klepstam verbindt zich verder uit, waardoor extra kracht aan de rechterzijde van de aandrijver wordt uitgeoefend.Wanneer deze extra kracht wordt in evenwicht gebracht met de kracht van de blaasblazers, stabiliseert het systeem zich op een nieuw evenwichtspunt.
Net als bij alle krachtabalanceringssystemen is de beweging van de stuwknop beperkt door de balanskracht, zodat de beweging in de praktijk verwaarloosbaar is.evenwicht wordt bereikt door een kracht die een andere kracht in evenwicht brengt, zoals twee teams mensen die aan een touw trekken: zolang de krachten van de twee teams gelijk zijn in grootte en tegengestelde richting, zal het touw niet afwijken van zijn oorspronkelijke positie.
Het onderstaande schema toont de PMV 1500 Force Balance Positioner voor het plaatsen van een draaiklep-aandrijver met de deksel aan (boven) en onder (onder):
Een pneumatisch besturingssignaal van 3 tot 15 psi komt de blaasbalg binnen en duwt op de horizontale krachtstraal (zwart) af.De pneumatische pilootklep aan de linkerkant van de krachtstraal detecteert elke beweging en verhoogt de luchtdruk op het diafragma dat de klep bedient als er een neerwaartse beweging wordt gedetecteerd, en geeft luchtdruk af aan de aandrijving indien een opwaartse beweging wordt gedetecteerd:
Wanneer de druklucht via de pilootklep de klepactuator binnenkomt, begint de draaiklep in de open richting te draaien.De roterende beweging van de as wordt omgezet in lineaire beweging in de positioner met behulp van een cam: de cam is een schijf met een onregelmatige straal die is ontworpen om een lineaire verplaatsing te produceren uit een hoekverplaatsing:
Een rolvolger aan het einde van de goudkleurige balk beweegt zich langs de omtrek van de cam.De cam beweging wordt omgezet in een rechte slag kracht door compressie van de spoel veer direct tegen de kracht van de pneumatische blaasbalg op de kracht balkWanneer de kambeweging voldoende is om de veer voldoende te comprimeren om de extra kracht van de pneumatische blaas te compenseren,de krachtstraal keert terug naar de evenwichtspositie (zeer dicht bij de startpositie) en de klep stopt met bewegen.
Als je de laatste foto goed bekijkt, zie je de nulskroef van de positioner: een draadstaaf die zich onder de gouden balk uitstrekt.Deze schroef past de compressie van de bias veer zodat de positioner eenheid? denkt? de cam is in een andere positieBijvoorbeeld, het draaien van deze draadstaaf in de wijzerslag (als te zien vanaf het geslepen einde van de schroevendraaier) comprimeert de veer verder, waardoor de donkere staaf met meer kracht naar boven wordt geduwd,met hetzelfde effect als een lichte tegen de klok in draaiende richting van de kamDit zorgt ervoor dat de positioner actie onderneemt en de cam in de wijzerslag draait om te compenseren, waardoor deze dichter bij de 0% stampositie komt.
Hoewel de cam en de volger in dit positioneringsmechanisme eigenlijk bewegen in reactie op de stambeweging,het kan nog steeds worden beschouwd als een krachtbalansmechanisme, aangezien het dwarslid dat aan de pilootklep is bevestigd, niet aanzienlijk beweegtDoor de krachten op de balk in evenwicht te brengen, is de pilootklep altijd in evenwichtige positie.
5. Dynamisch balancerende pneumatische positioner
Er bestaan ook ontwerpen van pneumatische kleppositionairs die de beweging van de klepstam tegenwerken aan de beweging (niet de kracht) van een ander element.De volgende afkortingsdiagram toont hoe een eenvoudige beweging gebalanceerde positioner werkt:
In dit mechanisme zorgt een toename van de signaaldruk ervoor dat de straal naar de spuitstuk vooruitgaat, wat resulteert in een hogere terugdruk van de spuitstuk,die op zijn beurt ervoor zorgt dat de pneumatische versterking relais meer luchtdruk aan de klep actuator te leverenAls de klepstam opsteekt, wordt door de opwaartse beweging van het rechter uiteinde van de balk de voorgaande vooruitgang van de balk naar de spuit gecompenseerd.de balk zal in een gekantelde positie zijn waar de beweging van de blaasbalg wordt afgewogen door de beweging van de stam.
De volgende foto toont een close-up van het mechanisme van de FISHER model 3582 Pneumatic Balance Positioner:
In het hart van het mechanisme is een D-vormige metalen ring die de beweging van de blaas en de stam in een buffer beweging vertaalt.de blaasbalg (onder de rechterbovenhoek van de D-ring) breidt uitWanneer de positioner is ingesteld voor directwerkende werking, duwt deze schommelbeweging de beugel dichter bij de spuitstuk, waardoor de beugel in de richting van de spuitstuk kan bewegen.die de tegendruk verhoogt en meer gecomprimeerde lucht aan de ventielactuator levert:
Naarmate de stam beweegt, draait de feedbackhefboom de cam aan de bodem van de D-ring.De rol follower op deze cam vertaalt de beweging van de klep stam in een andere schommelende beweging op de balkAfhankelijk van hoe de cam is bevestigd aan de feedback as, kan deze beweging ervoor zorgen dat de klep flap verder weg van de spuitstuk of dichter bij het te rocken.De camrichting moet worden gekozen om aan de werking van de aandrijver te voldoen: rechtstreeks (lucht strekt de klepstam uit) of omgekeerd (lucht trekt de klepstam terug).
Het D-ringmechanisme is heel ingenieus, omdat het een gemakkelijke spanningsverstelling mogelijk maakt door de hoek van de buffer (stopper) -assemblage op verschillende punten langs de omtrek van de ring aan te passen.Als de bufferinstallatie dicht bij horizontaal is geplaatst, zal het het meest gevoelig zijn voor de beweging van de blaasbalken en het minst gevoelig voor de beweging van de stam, waardoor de klep verder moet bewegen om de kleine beweging van de blaasbalken (lange slaglengte) te evenaren.als de klep dicht bij de verticale richting is geplaatst, zal het maximaal gevoelig zijn voor de beweging van de stam en minimaal gevoelig voor de beweging van de blaasbalg, wat resulteert in een zeer kleine kleppenloop (dwz.de blazen moeten aanzienlijk uitbreiden om de kleine hoeveelheid stengelbeweging in evenwicht te brengen).
6Digitale valve positioner
Het doel van een ventielpositionair is ervoor te zorgen dat de positie van een mechanische klep altijd overeenkomt met het opgedragen signaal.de klep positioner zelf is eigenlijk een gesloten lus besturingssysteem: de aandrijving zo min of zo veel mogelijk wordt aangedrukt om altijd de opgedragen stempositie te bereiken.en andere fysische componenten om deze gesloten-loopcontrole te bereiken.
Digitale kleppositionairs (zoals het Fisher DVC6000-model) gebruiken elektronische sensoren om de stammpositie te detecteren,een microprocessor voor het vergelijken van de gedetecteerde stampositie met een besturingssignaal door middel van wiskundige subtractie (fout = positie - signaal), en vervolgens een pneumatische signaalomvormer en een relais om luchtdruk naar de klepactuator te sturen.
Zoals u kunt zien op het diagram, is de interne structuur van een digitale valve positioner erg complex.maar twee besturingsalgoritmen werken in tandem om de juiste kleppositie te behouden: men controleert en controleert de druk die op de aandrijving wordt uitgeoefend (om variaties in de toevoerdruk te compenseren die van invloed kunnen zijn op de positie van de klep),en de andere controleert en controleert de positie van de klepstam zelf, die cascaderende regelsignalen naar de drukregelaarstuur stuurt.
Een commando-signaal (van een proceslusregelaar, PLC of ander besturingssysteem) vertelt de positioner de positie van de klepstam.De eerste controller (PI) in de positioner berekent hoeveel luchtdruk de aandrijver nodig heeft om de vereiste stam positie te bereikenDe volgende controller (PID) stuwt de I/P (current-to-pressure) omvormer aan als nodig is om die druk te bereiken.de twee regelaars in de positioner zullen samenwerken om de klep te dwingen naar de juiste positie.
Een digitale ventiel positioner biedt niet alleen een superieure positie controle in vergelijking met een mechanische ventiel positioner, 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).
De diagnostische gegevens die door de digitale ventielpositioneer worden verstrekt, omvatten:
--Luchttoevoerdruk
--Luchtdruk van de actuator
--Omgevingstemperatuur
--Positie- en drukfout
-Totale stamboordverplaatsing (vergelijkbaar met een kilometerteller voor auto's)
Bovendien kan de microprocessor die in de digitale ventielpositionair is ingebed, zelftests uitvoeren, zelfkalibreren,en andere routineprocedures die van oudsher worden uitgevoerd door instrumententechnici op mechanische kleppenpositionairs. 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!
7Valve position sensor storing.
Sommige smart ventielpositionaars controleren naast de stempositie ook de luchtdruk van de aandrijver.en hebben dus een nuttige eigenschap van het handhaven van een zekere mate van klep controle in het geval van een stengel positie sensor falenAls de microprocessor een storing van het positiefeedbacksignaal (buiten bereik) detecteert, kan hij worden geprogrammeerd om alleen op basis van druk het ventiel te blijven bedienen:
Dit betekent dat de luchtdruk aan de klepactuator wordt aangepast op basis van de in het verleden geregistreerde druk/positiefunctie.Het functioneert niet meer alleen als een positioner., maar kan nog steeds functioneren als een versterker (in vergelijking met de doorstroming van een typische I/P) en zorgt voor een redelijke controle van de klep,Waarbij elke andere (niet-intelligente) ventielpositionair de situatie daadwerkelijk verergert wanneer het de terugkoppeling van de stampositie verliest.
Bij elke zuiver mechanische positioner, als de stengel positie feedback koppeling is losgelaten, zal de besturingsklep meestal satureren en ofwel volledig openen of volledig sluiten.Dit is niet het geval bij de beste "smart" positioners.!
8. Druk van de aandrijver en positie van de stam
Waarschijnlijk is de belangrijkste diagnostische gegevens die door een digitale klep positioner worden verstrekt de vergelijking van de aandrijflijndruk met de stampositie, meestal grafisch weergegeven.De druk van de actuator is een directe weerspiegeling van de kracht die door de actuator op de stam wordt uitgeoefend, aangezien de relatie tussen zuiger- of diafragma kracht en druk eenvoudig F=PA is, waarbij gebied (A) een constante is.de vergelijking van actuator luchtdruk naar stam positie is eigenlijk een uitdrukking van de kracht en de positie van de klepDeze zogenaamde klepcharakterisatie is zeer nuttig bij het identificeren en corrigeren van problemen zoals overmatige wrijving van de verpakking, interferentie met de klepinternen en problemen met de pasvorm van de spoel/zetel.
Hier is een schermopname getoond die klepcharakterisatie toont (afgenomen van Emerson's ValveLink-softwareproduct,een onderdeel van de AMS-suite) van het gedrag van een met lucht geopende Fisher E-body rechtstreekse regelklep:
Deze grafiek toont twee grafieken van de aandrijfsdruk ten opzichte van de stampositie, één in rood en één in blauw.
De rode grafiek toont de reactie van de klep in de open richting, wanneer de klep open is (opwaarts), is extra druk vereist om de wrijving van de verpakking te overwinnen.
De blauwe grafiek toont de klep gesloten, met minder druk die nu op het diafragma wordt uitgeoefend om de veercompressie toe te staan om de wrijving van het pakket te overwinnen wanneer de klep sluit (down) om te rusten.
De scherpe bochten aan de uiteinden van dit diagram geven de positie aan waarin de kleppenstang haar eindpositie bereikt en zich niet verder kan bewegen ondanks verdere veranderingen van de aandrijvingsdruk.
Volgens Hooke's wet, die het gedrag van de springklep beschrijft, is elke grafiek ongeveer lineair.met de op de veer uitgeoefende kracht evenredig aan de verplaatsing (compressie) van die veer: F=kx. Elke afwijking van de afzonderlijke lineaire grafieken geeft aan dat er andere krachten dan de veercompressie en de luchtdruk op de stam werken.Daarom zien we een verticale verschuiving in de twee percelen: de wrijving bij het verpakken is een andere kracht die naast de veercompressie en de door de luchtdruk op het aandrijfsdiafragma uitgeoefende kracht op de stam werkt.De grootte van deze verschuiving is relatief kleinHoe groter de wrijving van de klep, hoe groter de verticale verschuiving van de twee grafieken.
De scherpe daling aan het linker uiteinde van de grafiek waar de klepstop met de klepstoel in contact komt, wordt het stoelprofiel genoemd.Het profiel van de stoel bevindt zich aan het eind van de tabel waar de klep gesloten is en bevat veel nuttige informatie over de fysieke toestand van de klepstop en de stoelEen onregelmatig stoelprofiel kan een diagnose stellen van stoelcorrosie, slijtage of vele andere aandoeningen.
De contouren van de stoel kunnen in detail worden onderzocht door in te zoomen op het onderste linker uiteinde van de tekening van de klepkenmerken.De volgende figuur toont het profiel van de stoel van een Fisher E-body rechtdoorstroomklep in intacte staat.:
Indien het onderhoudspersoneel van een installatie zorgvuldig genoeg is om de kleppenkenmerken van de bedieningskleppen te registreren nadat deze zijn gemonteerd of opnieuw zijn gebouwd,de oorspronkelijke kenmerken van een bepaalde bedieningsklep kunnen op een later tijdstip worden vergeleken met de kenmerken van dezelfde bedieningsklep, waardoor slijtage kan worden bepaald zonder dat de klep moet worden gedemonteerd voor inspectie.
Interessant is dat deze relatie tussen aandrijflijndruk (kracht) en stampositie ook van toepassing is op de digitale ventielpositionairs die in sommige moderne gemotoriseerde kleppen worden gebruikt.de kracht die op de kleppenstam wordt uitgeoefend, is rechtstreeks gerelateerd aan de motorstroom, die gemakkelijk kan worden gemeten en geïnterpreteerd door de digitale ventielpositioneer.
Als gevolg hiervan kan hetzelfde type diagnostische gegevens grafisch worden weergegeven, zelfs wanneer verschillende actuatortechnologieën worden gebruikt, om het gemakkelijker te maken de diagnose van kleppenproblemen te stellen.Deze diagnose geldt zelfs voor geautomatiseerde open/sluitkleppen die niet worden gebruikt in de versperring en is met name van toepassing op de, aansluit- en doorstuurventielen, waarbij de stoelbinding belangrijk is voor een nauwe afsluiting.
Valve positioner (Valve Controller) is een apparaat dat wordt gebruikt om de positie van een regelklep nauwkeurig te regelen en te regelen.het past de opening van de klep aan op het gewenste instelpunt, zodat de procesparameters (bijv. druk, temperatuur, doorstroming, enz.) binnen vooraf bepaalde niveaus blijven.en worden veel gebruikt in olie en gas, chemische, farmaceutische, waterbehandeling en andere industrieën.
De stand van een pneumatische bedieningsklep is lineair gerelateerd aan de luchtdruk die op de aandrijver wordt uitgeoefend, omdat mechanische veren de wet van Hooke volgen.waarin staat dat de hoeveelheid veerbeweging (x) recht evenredig is met de aangebrachte kracht (F=kx)De kracht die door een pneumatische aandrijver wordt uitgeoefend, is afhankelijk van de luchtdruk en het zuiger-diafragma-oppervlak (F=PA) en de veer drukken of rekken op zijn beurt.produceren van een gelijke en tegengestelde reactie krachtHet eindresultaat is dat de aandrijflijndruk lineair wordt omgezet in stambeweging (x=PA/k).
1- Controleaansluiting.
Deze lineaire en herhaalbare relatie tussen de druk van het pneumatische signaal en de stand van de stam is alleen geldig als, en alleen als,het bedieningsdiafragma/stempel en de veer zijn de enige krachten die op de stam werkenAls een andere kracht op het mechanisme werkt, zal de relatie tussen de signaaldruk en de stampositie niet langer ideaal zijn.
Helaas zijn er veel andere krachten die op de stam werken, naast de aandrijfkrachten en de veerreactie krachten.en de reactie kracht op de spoel veroorzaakt door de drukverschil in de spoel gebied is een andereDeze krachten combineren zich om de stam te herplaatsen, zodat de beweging van de stam niet nauwkeurig gerelateerd is aan de aandrijvende vloeistofdruk.
Een veel voorkomende oplossing voor dit dilemma is het toevoegen van een kleppositionair aan de besturingsklep. 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:
De kleppositionator zelf is in wezen een besturingssysteem: de stampositie van de klep is de procesvariabele (PV), het commandosignaal naar de positionator is het instelpunt (SP),en het signaal van de positioner naar de klepactuator is de gemanipuleerde variabele (MV) of outputWanneer de procescontroller dus een commando-signaal naar de met positioner uitgeruste klep stuurt,de positioner ontvangt dat commando-signaal en past zoveel of zo weinig luchtdruk toe op de aandrijver als nodig is om de gewenste stampositie te bereikenZo zal de positioner vechten tegen iedere andere kracht die op de klepstam werkt om een duidelijke, nauwkeurige positionering van de klepstam te bereiken in overeenstemming met het commando-signaal.Een goed functionerende positioner zorgt ervoor dat het bedieningsklep behoort aan het commando-signaal.
2. Voorbeeld van pneumatische ventielpositionair
De volgende afbeelding toont een pneumatische positioner van het model Fisher 3582 gemonteerd op een regelklep.
Aan de linkerkant van deze positioner is een deel van het feedbackmechanisme te zien: een metalen beugel die aan de stamconnector is bevestigd en aan een arm wordt bevestigd die zich uitstrekt vanaf de zijkant van de positioner.Elke besturingskleppositionair moet zijn uitgerust met een of ander middel om de positie van de stam te detecteren., anders zou de positioner de positie van de stam niet kunnen vergelijken met het commando-signaal.
Een modernere positioner, de Fisher DVC6200 (opnieuw in een grijze doos met een drukmeter aan de rechterkant), verschijnt op de volgende foto:
Net als de eerdere Model 3582 positioner gebruikt deze DVC6000 een feedback linking aan de linkerkant om de positie van de klepstam te detecteren.De nieuwere DVC6200 maakt gebruik van een magnetische Hall effect sensor om de positie van een magneet geboeid aan de stam te voelenDit niet-mechanische positie-feedbackontwerp elimineert tegenwerking, slijtage, interferentie en andere potentiële problemen die verband houden met mechanische verbindingen.Betere feedback is van cruciaal belang voor een betere positie van de klep.
De besturingselementen zijn meestal ontworpen om hoge luchtstromen te genereren en af te voeren, zodat de positioner ook functioneert als een volumebooster850.de positioner zorgt niet alleen voor een nauwkeuriger positionering van de stam, maar ook snellere stamsnelheden (kortere tijdsvertragingen) dan kleppenactuatoren die rechtstreeks door de I/P-sensor worden aangedreven.
3Valve in positie.
Een ander voordeel van het toevoegen van een kleppositionair aan een pneumatische besturingsklep is dat de klep beter verzegelt.Dit voordeel is op het eerste gezicht niet duidelijk en vereist daarom enige uitleg..
In de eerste plaats moet worden begrepen dat in een regelklep alleen het contact tussen de spoel en de stoel niet voldoende is om een nauwkeurige sluiting te garanderen.De spoel moet hard tegen de stoel worden gedrukt om alle stroom door de klep volledig te sluiten.Iedereen die ooit het handvat van een lekkende kraan heeft getrokken, begrijpt dit principe intuïtief:een bepaalde hoeveelheid contactkracht is vereist tussen de stekker en de stoel om de twee delen licht te vervormenDe technische term voor dit mechanische vereiste is zittingbelasting.
Stel je een diafragma-aangedreven, rechtdoorlopende pneumatische openingscontrole klep voor met een bankinstelling van 3 tot 15 psi.het diafragma genereert net genoeg kracht om de voorbelasting van de aandrijflijn te overwinnen, maar niet genoeg om de spoel van de stoel te verplaatsen.
Met andere woorden, bij een diafragmadruk van 3 psi zal de spoel contact maken met de stoel, maar er zal weinig kracht zijn om een strak afsluitverzegeling te bieden.Als dit bedieningsventiel rechtstreeks wordt aangedreven door een I/P-sensor die is gekalibreerd van 3 tot 15 PsiOm de spoel voor een strakke afdichting volledig te kunnen plaatsen, moet de klep op de klep van de klep worden geplaatst en de klep op de klep van de klep worden geplaatst.alle luchtdruk moet worden verwijderd uit het diafragma om ervoor te zorgen dat er geen diafragma kracht tegen de veerDit is niet mogelijk voor een I/P met een kalibratiebereik van 3-15 Psi.
Stel je nu voor dat dezelfde klep is uitgerust met een positioner die een 3 tot 15 Psi signaal ontvangt van de I/P en gebruikt als een commando (set point) voor de stam positie,met zoveel of zo weinig druk op het diafragma als nodig is om de gewenste stampositie te bereikenDe correcte manier om de positioner te kalibreren is dat de stam pas begint te heffen wanneer het signaal iets hoger is dan 0%,wat betekent dat bij 0% (4mA) de positioner zal proberen om de klep te dwingen tot een licht negatieve stam positieIn een poging deze onmogelijke eis te bereiken, zal de uitgang van de positioner een lage verzadiging bereiken, zonder druk uit te oefenen op het bedieningsdiafragma,resulteert in de volledige veerkracht van de klepstam op de klepstoelEen vergelijking van de twee scenario's is weergegeven in de onderstaande tabel:
Terwijl positioneringsapparaten nuttig zijn voor met veer uitgeruste klepactuatoren, zijn ze absoluut noodzakelijk voor bepaalde andere soorten actuatoren.Beschouw de volgende dubbelwerkende pneumatische zuigeractuator zonder veren:
Zonder een veer om een terughoudende kracht te leveren om de klep terug te brengen naar de "fail-safe"-positie, is er geen Hooke's Law-relatie tussen de toegepaste luchtdruk en de stampositie.De positioner moet afwisselend luchtdruk uitoefenen op beide oppervlakken van de zuiger om de stam te verhogen en te verlagen.
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 accuratelyDaarom, 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.
4. Krachtabalance Pneumatische positioner
Een eenvoudig ontwerp van de krachtabalancerde pneumatische ventielpositionair wordt hieronder weergegeven:
Het besturingssignaal voor deze klep is een pneumatisch signaal van 3 tot 15 psi van een I/P-sensor of een pneumatische regelaar (geen van beide wordt in het diagram weergegeven).Deze druk van het stuursignaal oefent een opwaartse kracht uit op de krachtstraalDe toename van de tegendruk in de spuitstuk zorgt ervoor dat de pneumatische versterking relais meer luchtdruk naar de klep actuator,die op zijn beurt de klepstam optilt (de klep opent)Als de klepstam opsteekt, strekt de veer die de aandrijver met de klepstam verbindt zich verder uit, waardoor extra kracht aan de rechterzijde van de aandrijver wordt uitgeoefend.Wanneer deze extra kracht wordt in evenwicht gebracht met de kracht van de blaasblazers, stabiliseert het systeem zich op een nieuw evenwichtspunt.
Net als bij alle krachtabalanceringssystemen is de beweging van de stuwknop beperkt door de balanskracht, zodat de beweging in de praktijk verwaarloosbaar is.evenwicht wordt bereikt door een kracht die een andere kracht in evenwicht brengt, zoals twee teams mensen die aan een touw trekken: zolang de krachten van de twee teams gelijk zijn in grootte en tegengestelde richting, zal het touw niet afwijken van zijn oorspronkelijke positie.
Het onderstaande schema toont de PMV 1500 Force Balance Positioner voor het plaatsen van een draaiklep-aandrijver met de deksel aan (boven) en onder (onder):
Een pneumatisch besturingssignaal van 3 tot 15 psi komt de blaasbalg binnen en duwt op de horizontale krachtstraal (zwart) af.De pneumatische pilootklep aan de linkerkant van de krachtstraal detecteert elke beweging en verhoogt de luchtdruk op het diafragma dat de klep bedient als er een neerwaartse beweging wordt gedetecteerd, en geeft luchtdruk af aan de aandrijving indien een opwaartse beweging wordt gedetecteerd:
Wanneer de druklucht via de pilootklep de klepactuator binnenkomt, begint de draaiklep in de open richting te draaien.De roterende beweging van de as wordt omgezet in lineaire beweging in de positioner met behulp van een cam: de cam is een schijf met een onregelmatige straal die is ontworpen om een lineaire verplaatsing te produceren uit een hoekverplaatsing:
Een rolvolger aan het einde van de goudkleurige balk beweegt zich langs de omtrek van de cam.De cam beweging wordt omgezet in een rechte slag kracht door compressie van de spoel veer direct tegen de kracht van de pneumatische blaasbalg op de kracht balkWanneer de kambeweging voldoende is om de veer voldoende te comprimeren om de extra kracht van de pneumatische blaas te compenseren,de krachtstraal keert terug naar de evenwichtspositie (zeer dicht bij de startpositie) en de klep stopt met bewegen.
Als je de laatste foto goed bekijkt, zie je de nulskroef van de positioner: een draadstaaf die zich onder de gouden balk uitstrekt.Deze schroef past de compressie van de bias veer zodat de positioner eenheid? denkt? de cam is in een andere positieBijvoorbeeld, het draaien van deze draadstaaf in de wijzerslag (als te zien vanaf het geslepen einde van de schroevendraaier) comprimeert de veer verder, waardoor de donkere staaf met meer kracht naar boven wordt geduwd,met hetzelfde effect als een lichte tegen de klok in draaiende richting van de kamDit zorgt ervoor dat de positioner actie onderneemt en de cam in de wijzerslag draait om te compenseren, waardoor deze dichter bij de 0% stampositie komt.
Hoewel de cam en de volger in dit positioneringsmechanisme eigenlijk bewegen in reactie op de stambeweging,het kan nog steeds worden beschouwd als een krachtbalansmechanisme, aangezien het dwarslid dat aan de pilootklep is bevestigd, niet aanzienlijk beweegtDoor de krachten op de balk in evenwicht te brengen, is de pilootklep altijd in evenwichtige positie.
5. Dynamisch balancerende pneumatische positioner
Er bestaan ook ontwerpen van pneumatische kleppositionairs die de beweging van de klepstam tegenwerken aan de beweging (niet de kracht) van een ander element.De volgende afkortingsdiagram toont hoe een eenvoudige beweging gebalanceerde positioner werkt:
In dit mechanisme zorgt een toename van de signaaldruk ervoor dat de straal naar de spuitstuk vooruitgaat, wat resulteert in een hogere terugdruk van de spuitstuk,die op zijn beurt ervoor zorgt dat de pneumatische versterking relais meer luchtdruk aan de klep actuator te leverenAls de klepstam opsteekt, wordt door de opwaartse beweging van het rechter uiteinde van de balk de voorgaande vooruitgang van de balk naar de spuit gecompenseerd.de balk zal in een gekantelde positie zijn waar de beweging van de blaasbalg wordt afgewogen door de beweging van de stam.
De volgende foto toont een close-up van het mechanisme van de FISHER model 3582 Pneumatic Balance Positioner:
In het hart van het mechanisme is een D-vormige metalen ring die de beweging van de blaas en de stam in een buffer beweging vertaalt.de blaasbalg (onder de rechterbovenhoek van de D-ring) breidt uitWanneer de positioner is ingesteld voor directwerkende werking, duwt deze schommelbeweging de beugel dichter bij de spuitstuk, waardoor de beugel in de richting van de spuitstuk kan bewegen.die de tegendruk verhoogt en meer gecomprimeerde lucht aan de ventielactuator levert:
Naarmate de stam beweegt, draait de feedbackhefboom de cam aan de bodem van de D-ring.De rol follower op deze cam vertaalt de beweging van de klep stam in een andere schommelende beweging op de balkAfhankelijk van hoe de cam is bevestigd aan de feedback as, kan deze beweging ervoor zorgen dat de klep flap verder weg van de spuitstuk of dichter bij het te rocken.De camrichting moet worden gekozen om aan de werking van de aandrijver te voldoen: rechtstreeks (lucht strekt de klepstam uit) of omgekeerd (lucht trekt de klepstam terug).
Het D-ringmechanisme is heel ingenieus, omdat het een gemakkelijke spanningsverstelling mogelijk maakt door de hoek van de buffer (stopper) -assemblage op verschillende punten langs de omtrek van de ring aan te passen.Als de bufferinstallatie dicht bij horizontaal is geplaatst, zal het het meest gevoelig zijn voor de beweging van de blaasbalken en het minst gevoelig voor de beweging van de stam, waardoor de klep verder moet bewegen om de kleine beweging van de blaasbalken (lange slaglengte) te evenaren.als de klep dicht bij de verticale richting is geplaatst, zal het maximaal gevoelig zijn voor de beweging van de stam en minimaal gevoelig voor de beweging van de blaasbalg, wat resulteert in een zeer kleine kleppenloop (dwz.de blazen moeten aanzienlijk uitbreiden om de kleine hoeveelheid stengelbeweging in evenwicht te brengen).
6Digitale valve positioner
Het doel van een ventielpositionair is ervoor te zorgen dat de positie van een mechanische klep altijd overeenkomt met het opgedragen signaal.de klep positioner zelf is eigenlijk een gesloten lus besturingssysteem: de aandrijving zo min of zo veel mogelijk wordt aangedrukt om altijd de opgedragen stempositie te bereiken.en andere fysische componenten om deze gesloten-loopcontrole te bereiken.
Digitale kleppositionairs (zoals het Fisher DVC6000-model) gebruiken elektronische sensoren om de stammpositie te detecteren,een microprocessor voor het vergelijken van de gedetecteerde stampositie met een besturingssignaal door middel van wiskundige subtractie (fout = positie - signaal), en vervolgens een pneumatische signaalomvormer en een relais om luchtdruk naar de klepactuator te sturen.
Zoals u kunt zien op het diagram, is de interne structuur van een digitale valve positioner erg complex.maar twee besturingsalgoritmen werken in tandem om de juiste kleppositie te behouden: men controleert en controleert de druk die op de aandrijving wordt uitgeoefend (om variaties in de toevoerdruk te compenseren die van invloed kunnen zijn op de positie van de klep),en de andere controleert en controleert de positie van de klepstam zelf, die cascaderende regelsignalen naar de drukregelaarstuur stuurt.
Een commando-signaal (van een proceslusregelaar, PLC of ander besturingssysteem) vertelt de positioner de positie van de klepstam.De eerste controller (PI) in de positioner berekent hoeveel luchtdruk de aandrijver nodig heeft om de vereiste stam positie te bereikenDe volgende controller (PID) stuwt de I/P (current-to-pressure) omvormer aan als nodig is om die druk te bereiken.de twee regelaars in de positioner zullen samenwerken om de klep te dwingen naar de juiste positie.
Een digitale ventiel positioner biedt niet alleen een superieure positie controle in vergelijking met een mechanische ventiel positioner, 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).
De diagnostische gegevens die door de digitale ventielpositioneer worden verstrekt, omvatten:
--Luchttoevoerdruk
--Luchtdruk van de actuator
--Omgevingstemperatuur
--Positie- en drukfout
-Totale stamboordverplaatsing (vergelijkbaar met een kilometerteller voor auto's)
Bovendien kan de microprocessor die in de digitale ventielpositionair is ingebed, zelftests uitvoeren, zelfkalibreren,en andere routineprocedures die van oudsher worden uitgevoerd door instrumententechnici op mechanische kleppenpositionairs. 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!
7Valve position sensor storing.
Sommige smart ventielpositionaars controleren naast de stempositie ook de luchtdruk van de aandrijver.en hebben dus een nuttige eigenschap van het handhaven van een zekere mate van klep controle in het geval van een stengel positie sensor falenAls de microprocessor een storing van het positiefeedbacksignaal (buiten bereik) detecteert, kan hij worden geprogrammeerd om alleen op basis van druk het ventiel te blijven bedienen:
Dit betekent dat de luchtdruk aan de klepactuator wordt aangepast op basis van de in het verleden geregistreerde druk/positiefunctie.Het functioneert niet meer alleen als een positioner., maar kan nog steeds functioneren als een versterker (in vergelijking met de doorstroming van een typische I/P) en zorgt voor een redelijke controle van de klep,Waarbij elke andere (niet-intelligente) ventielpositionair de situatie daadwerkelijk verergert wanneer het de terugkoppeling van de stampositie verliest.
Bij elke zuiver mechanische positioner, als de stengel positie feedback koppeling is losgelaten, zal de besturingsklep meestal satureren en ofwel volledig openen of volledig sluiten.Dit is niet het geval bij de beste "smart" positioners.!
8. Druk van de aandrijver en positie van de stam
Waarschijnlijk is de belangrijkste diagnostische gegevens die door een digitale klep positioner worden verstrekt de vergelijking van de aandrijflijndruk met de stampositie, meestal grafisch weergegeven.De druk van de actuator is een directe weerspiegeling van de kracht die door de actuator op de stam wordt uitgeoefend, aangezien de relatie tussen zuiger- of diafragma kracht en druk eenvoudig F=PA is, waarbij gebied (A) een constante is.de vergelijking van actuator luchtdruk naar stam positie is eigenlijk een uitdrukking van de kracht en de positie van de klepDeze zogenaamde klepcharakterisatie is zeer nuttig bij het identificeren en corrigeren van problemen zoals overmatige wrijving van de verpakking, interferentie met de klepinternen en problemen met de pasvorm van de spoel/zetel.
Hier is een schermopname getoond die klepcharakterisatie toont (afgenomen van Emerson's ValveLink-softwareproduct,een onderdeel van de AMS-suite) van het gedrag van een met lucht geopende Fisher E-body rechtstreekse regelklep:
Deze grafiek toont twee grafieken van de aandrijfsdruk ten opzichte van de stampositie, één in rood en één in blauw.
De rode grafiek toont de reactie van de klep in de open richting, wanneer de klep open is (opwaarts), is extra druk vereist om de wrijving van de verpakking te overwinnen.
De blauwe grafiek toont de klep gesloten, met minder druk die nu op het diafragma wordt uitgeoefend om de veercompressie toe te staan om de wrijving van het pakket te overwinnen wanneer de klep sluit (down) om te rusten.
De scherpe bochten aan de uiteinden van dit diagram geven de positie aan waarin de kleppenstang haar eindpositie bereikt en zich niet verder kan bewegen ondanks verdere veranderingen van de aandrijvingsdruk.
Volgens Hooke's wet, die het gedrag van de springklep beschrijft, is elke grafiek ongeveer lineair.met de op de veer uitgeoefende kracht evenredig aan de verplaatsing (compressie) van die veer: F=kx. Elke afwijking van de afzonderlijke lineaire grafieken geeft aan dat er andere krachten dan de veercompressie en de luchtdruk op de stam werken.Daarom zien we een verticale verschuiving in de twee percelen: de wrijving bij het verpakken is een andere kracht die naast de veercompressie en de door de luchtdruk op het aandrijfsdiafragma uitgeoefende kracht op de stam werkt.De grootte van deze verschuiving is relatief kleinHoe groter de wrijving van de klep, hoe groter de verticale verschuiving van de twee grafieken.
De scherpe daling aan het linker uiteinde van de grafiek waar de klepstop met de klepstoel in contact komt, wordt het stoelprofiel genoemd.Het profiel van de stoel bevindt zich aan het eind van de tabel waar de klep gesloten is en bevat veel nuttige informatie over de fysieke toestand van de klepstop en de stoelEen onregelmatig stoelprofiel kan een diagnose stellen van stoelcorrosie, slijtage of vele andere aandoeningen.
De contouren van de stoel kunnen in detail worden onderzocht door in te zoomen op het onderste linker uiteinde van de tekening van de klepkenmerken.De volgende figuur toont het profiel van de stoel van een Fisher E-body rechtdoorstroomklep in intacte staat.:
Indien het onderhoudspersoneel van een installatie zorgvuldig genoeg is om de kleppenkenmerken van de bedieningskleppen te registreren nadat deze zijn gemonteerd of opnieuw zijn gebouwd,de oorspronkelijke kenmerken van een bepaalde bedieningsklep kunnen op een later tijdstip worden vergeleken met de kenmerken van dezelfde bedieningsklep, waardoor slijtage kan worden bepaald zonder dat de klep moet worden gedemonteerd voor inspectie.
Interessant is dat deze relatie tussen aandrijflijndruk (kracht) en stampositie ook van toepassing is op de digitale ventielpositionairs die in sommige moderne gemotoriseerde kleppen worden gebruikt.de kracht die op de kleppenstam wordt uitgeoefend, is rechtstreeks gerelateerd aan de motorstroom, die gemakkelijk kan worden gemeten en geïnterpreteerd door de digitale ventielpositioneer.
Als gevolg hiervan kan hetzelfde type diagnostische gegevens grafisch worden weergegeven, zelfs wanneer verschillende actuatortechnologieën worden gebruikt, om het gemakkelijker te maken de diagnose van kleppenproblemen te stellen.Deze diagnose geldt zelfs voor geautomatiseerde open/sluitkleppen die niet worden gebruikt in de versperring en is met name van toepassing op de, aansluit- en doorstuurventielen, waarbij de stoelbinding belangrijk is voor een nauwe afsluiting.