پارامترهای عملکرد کنترل ولو

فهرست مطالب

• باند مرده و بک لش ( Dead Band & Back lash )
• طراحی اکچویتور –پوزیشنر
• زمان پاسخ
• تریم ولو
• دد تایم ( Dead Time)
• گین (Gain )
• هیسترزیس
• ویژگی ذاتی
• باد کردن شفت ) Shaft Wind-Up )
• ظرفیت سوپاپ (Cv) و (Kv)
• ظرفیت جریان نسبی
• اقدام ایمن با شکست (Fail-Safe Action )
• کلاس نشتی سیت ولو

باند مرده و بک لش

باند مرده یک پدیده کلی است که در آن یک محدوده یا باند مقادیر خروجی کنترلر (CO) نمی تواند تغییری در متغیر فرآیند اندازه گیری شده (PV) ایجاد کند زمانی که سیگنال ورودی جهت را معکوس می کند. هنگامی که یک اختلال بار رخ می دهد، متغیر فرآیند (PV) از نقطه تنظیم منحرف می شود، این انحراف یک اقدام اصلاحی را از طریق کنترل کننده آغاز می کند و در طول فرآیند باز می گردد. با این حال، یک تغییر اولیه در خروجی کنترلر نمی تواند هیچ تغییر اصلاحی مربوطه را در متغیر فرآیند ایجاد کند. تنها زمانی که خروجی کنترلر به اندازه کافی تغییر کرده باشد تا در باند مرده پیشرفت کند، تغییر متناظر در متغیر فرآیند رخ می دهد.

طبق گفته فیشر-رزمونت (1999)، باند مرده به عنوان «محدوده ای است که سیگنال ورودی را می توان با تغییر جهت، بدون ایجاد تغییر قابل مشاهده در سیگنال خروجی، تغییر داد. باند مرده نامی است که به یک پدیده عمومی داده می شود که می تواند برای هر دستگاهی اعمال شود. یکی از علل باند مرده سوپاپ، واکنش برگشتی است، که تعریف آن این است: «نام‌های کلی که به شکلی از نوار مرده داده می‌شود که از ناپیوستگی موقت بین ورودی و خروجی یک دستگاه در هنگام تغییر جهت ورودی دستگاه ایجاد می‌شود. شلی یا شل بودن یک اتصال مکانیکی یک مثال معمولی است.

طراحی اکچویتور  و پوزیشنر

طراحی اکچویتور  و پوزیشنر باید با هم در نظر گرفته شوند. ترکیب این دو قطعه تجهیزات به شدت بر عملکرد استاتیک (باند مرده) و همچنین پاسخ دینامیکی مجموعه شیر کنترل و مصرف کلی هوای ابزار دقیق سوپاپ تأثیر می گذارد. پوزیشنر ها با اکثر کاربردهای شیر کنترلی که امروزه مشخص شده‌اند استفاده می‌شوند. پوزیشنر ها هنگام استفاده با سیستم کنترل دیجیتال معمولی، دقت موقعیت‌یابی و پاسخ سریع‌تر به اختلالات پردازش را امکان‌پذیر می‌کنند. با تاکید روزافزون بر عملکرد اقتصادی کنترل فرآیند، پوزیشنر‌ها باید برای هر کاربرد شیری که بهینه‌سازی فرآیند مهم است در نظر گرفته شود.

زمان پاسخ

در کنترل اتوماتیک و تنظیمی، عمده تغییرات سیگنال دریافتی از کنترل کننده برای تغییرات کوچک در موقعیت است. اگر یک مجموعه شیر کنترل بتواند به سرعت به این تغییرات کوچک پاسخ دهد، تنوع فرآیند بهبود می یابد. زمان پاسخ سوپاپ توسط پارامتری به نام T63 اندازه گیری می شود. T63 زمان اندازه گیری شده از شروع تغییر سیگنال ورودی تا زمانی است که خروجی به 63 درصد تغییر مربوطه می رسد.

تریم ولو

در بدنه شیر کنترلی، اجزای خاصی که کار دریچه گاز (یا قطع کامل) جریان سیال را انجام می دهند، در مجموع به عنوان تریم ولو نامیده می شوند. برای هر نوع اصلی از شیر کنترل، معمولاً تغییرات زیادی در طراحی تریم وجود دارد.

دد تایم

فاصله زمانی (Td) که در آن هیچ پاسخی از سیستم به دنبال یک ورودی کوچک (معمولاً 0.25٪ – 5٪) تشخیص داده نمی شود. از زمانی که ورودی مرحله شروع می شود تا اولین پاسخ قابل تشخیص سیستم مورد آزمایش اندازه گیری می شود. Dead Time می تواند برای مجموعه دریچه یا کل فرآیند اعمال شود.

گین ( Gain   )

بهره در کلی‌ترین مفهوم آن، نسبت مقدار تغییر خروجی یک سیستم یا دستگاه معین به بزرگی تغییر ورودی است که باعث تغییر خروجی شده است.

سود دارای دو جزء است:

بهره استاتیک و بهره دینامیکی. بهره استاتیکی رابطه بهره بین ورودی و خروجی است و نشان‌دهنده سهولت ورودی است که می‌تواند در زمانی که سیستم یا دستگاه در وضعیت پایدار است، تغییری در خروجی ایجاد کند. حساسیت گاهی اوقات به معنای افزایش ثابت استفاده می شود. بهره دینامیک رابطه بهره بین ورودی و خروجی زمانی است که سیستم در حالت حرکت یا شار است. بهره دینامیکی تابعی از فرکانس یا نرخ تغییر ورودی است.

هیسترزیس

هیسترزیس، در مورد شیرهای کنترل، این اصل است که یک شیر کنترل به موقعیت سوپاپ قبلی وابسته است. بسته به باز یا بسته شدن شیر برای رسیدن به آن موقعیت، یک باز شدن معمولی دریچه ممکن است با دبی های مختلف مرتبط باشد. این نشان می‌دهد که جهت تغییر شیر ممکن است نیاز به در نظر گرفتن در یک سیستم کنترل داشته باشد تا نرخ جریان مورد نظر به دست آید. اگر پسماند بیش از حد بزرگ شود، می‌تواند باعث شود که معماری کنترل سیستم را مجبور به نوسان در اطراف یک نقطه دلخواه کند.

ویژگی ذاتی

رابطه بین ضریب جریان و حرکت عضو بسته (دیسک) هنگامی که از موقعیت بسته به مسیر نامی با افت فشار ثابت در سراسر شیر منتقل می شود. معمولاً این مشخصه ها بر روی منحنی ترسیم می شوند که در آن محور افقی بر حسب درصد سفر و محور عمودی به عنوان درصد جریان (یا Cv) برچسب گذاری می شود.

باد کردن شفت

پدیده‌ای که در آن یک سر شفت سوپاپ می‌چرخد و سر دیگر نمی‌چرخد به‌عنوان باد کردن شفت نامیده می‌شود. این معمولاً در شیرهای روتاری رخ می دهد که در آن محرک توسط یک شفت نسبتاً طولانی به عضو بسته کننده شیر متصل می شود. در حالی که اصطکاک آب بندی در شیر یک انتهای شفت را در جای خود نگه می دارد، چرخش شفت در انتهای محرک با چرخاندن شفت جذب می شود تا زمانی که ورودی محرک نیروی کافی برای غلبه بر اصطکاک را منتقل کند.

ظرفیت سوپاپ (Cv) و (Kv)

از آنجایی که یک شیر کنترل مانند یک روزنه عمل می کند و موقعیت دوشاخه تعیین کننده ناحیه باز شدن دهانه است. در شیر کنترل به آن “گلوی دریچه” می گویند. از آنجایی که دبی جریان از یک روزنه را می توان بر حسب فشار دیفرانسیل در آن و گذرگاه باز بیان کرد. بنابراین برای اندازه مناسب یک شیر کنترل، ما علاقه مندیم که بدانیم برای هر دهانه شیر و برای هر اختلاف فشار معین، چقدر می توانیم از شیر عبور کنیم. رابطه بین افت فشار و سرعت جریان از طریق یک شیر به راحتی با ضریب جریان (Cv) و (یا) Kv بیان می شود.

در اینجا برای تعریف ظرفیت جریان یک شیر کنترل، Cv توسط شیرهای کنترل مبتنی بر ایالات متحده آمریکا استفاده می شود و Kv توسط سایر نقاط جهان بیان می شود. Cv ضریب جریان در واحدهای امپریالیستی است. & Kv ضریب جریان در واحدهای متریک است.

ضریب جریان یک شیر کنترل (Cv) یک مقدار عددی است که تعداد گالن آمریکا در دقیقه جریان آب را در 600F که شیر با افت فشار ثابت 1 PSI از شیر عبور می‌کند، بیان می‌کند. این درجه بندی معمولاً برای شیر در حالت باز بودن آن داده می شود.

در حالی که Kv به عنوان مقدار عددی متر مکعب در ساعت (Nm3/hr) آب در دمای 160 درجه سانتیگراد تعریف می شود که از دریچه ای با افت فشار 1 بار عبور می کند.

بدیهی است که هر شیر کنترلی باید به اندازه کافی بزرگ باشد (یعنی دارای حداکثر ظرفیت Cv کافی) تا بیشترین نرخ جریان مورد انتظار را در هر نصب فرآیندی خاص جریان دهد. دریچه ای که برای کاربرد بسیار کوچک است نمی تواند در صورت نیاز سیال فرآیندی کافی را از آن عبور دهد.

رابطه بین Cv و Kv به صورت زیر آورده شده است

ظرفیت جریان نسبی

ظرفیت جریان یک شیر (Cv) یک رتبه بندی کمی از توانایی آن در عبور جریان سیال برای مجموعه ای از شرایط فشار و چگالی سیال است. بنابراین همه انواع شیرهای کنترل ضرایب Cv یکسان را برای اندازه لوله یکسان نشان نمی دهند. به عنوان مثال ما شیر کره ای داریم و شیر پروانه ای با قطر یکسان دارای Cv متفاوت هستند. یک شیر گلوب به سادگی در ایجاد تلاطم سیال و در نتیجه اتلاف انرژی جنبشی سیال موثرتر از شیر پروانه ای با اندازه لوله یکسان است، زیرا طراحی دریچه کره ای سیال را مجبور به تغییر جهت بیشتر و به روش های مختلف می کند. بنابراین برای غلبه بر این مسئله، کمی کردن توانایی طراحی یک شیر خاص برای کاهش جریان سیال بیانگر این توانایی به صورت نسبت ضریب جریان (Cv) به سطح مقطع لوله است. به آن ظرفیت جریان نسبی می گویند.

از آنجایی که سطح مقطع لوله:

می‌توانیم این نسبت را با حذف همه ثابت‌ها مانند π و ارتباط ساده فاکتور Cv با مجذور قطر لوله (d2) ساده کنیم. این نسبت ظرفیت جریان نسبی یا Cd نامیده می شود.

اقدام ایمن با شکست

توجه به این نکته مهم است که هر شیر کنترلی نصب شده در یک سیستم فرآیندی باید دارای یک موقعیت خرابی مشخص باشد. این یک نیاز اساسی فرآیند برای خاموش کردن ایمن یک فرآیند برای ایمنی انسان است و همچنین بر چرخه فرآیند تأثیر نمی گذارد یا تلفات محصول را به حداقل نمی رساند.

مشخصه یک شیر و محرک آن، که باعث می شود یک عضو بسته سوپاپ به طور کامل بسته، کاملاً باز شود یا در صورت از دست دادن منبع انرژی فعال، در هر موقعیتی که برای محافظت از فرآیند لازم است، در آخرین موقعیت باقی بماند. عملکرد ایمن خرابی می تواند شامل استفاده از کنترل های کمکی متصل به محرک باشد.

• بسته نشدن (باز شدن هوا)
• باز نشدن (هوا برای بسته شدن)
• نوع قفل شد

کلاس نشتی سیت ولو

در برخی از کاربردهای فرآیندی، مهم است که شیر کنترل باید بتواند جریان سیال را هنگامی که در موقعیت «بسته» قرار می‌گیرد کاملاً متوقف کند. توانایی توقف کامل مایع برای عبور از آن در شرایط خاموشی محکم توسط کلاس Leakage تعریف شده است. این کلاس نشتی با استفاده از رویه‌ای آزمایش می‌شود که تحت فشار معین اصطلاح «بستن محکم حباب‌ها» نامیده می‌شود. برای رتبه‌بندی شیر کنترل بر اساس توانایی خاموش کردن خیلی محکم، تحمل‌های نشتی صندلی با استفاده از نام‌گذاری‌های اعداد رومی ارائه می‌شوند، ANSI شش کلاس نشتی مختلف را مشخص می‌کند که «نشتی» بر حسب ظرفیت کامل سوپاپ باز تعریف شده است، همانطور که در زیر نشان داده شده است.