Analýza "mŕtveho pásma" v regulačných ventiloch

Pásma necitlivosti sú hlavnou príčinou odchýlok v nadrozmerných procesoch. Riadiace ventily sú hlavným zdrojom mŕtveho pásma v prístrojovej slučke z rôznych dôvodov, ako je trenie, pohyb vzduchu, krútenie cievky, pásmo necitlivosti v zosilňovačoch alebo posuvných ventiloch.

Pásmo necitlivosti je bežný jav a týka sa rozsahu alebo šírky výstupnej hodnoty regulátora, ktorá neumožňuje, aby sa testovaná premenná procesu zmenila, keď vstupný signál zmení smer. Keď dôjde k poruche zaťaženia, procesná premenná sa odchyľuje od nastavenej hodnoty. Tento deporušenie sa potom opraví nápravným opatrením vygenerovaným kontrolórom a vráti sa späť do procesu. Počiatočná zmena na výstupe regulátora však nemusí spôsobiť zodpovedajúcu korekčnú zmenu v procesnej premennej. Zmena zodpovedajúcej procesnej premennej nastane iba vtedy, ak sa výstup regulátora zmení o dostatočne veľkú hodnotu na prekonanie zmeny v mŕtvom pásme.

Ak výstup regulátora zmení smer, signál regulátora musí prekonať pásmo necitlivosti, aby sa vytvorila opravná zmena v procesnej premennej. Prítomnosť pásma necitlivosti v procese znamená, že výstup regulátora sa musí zvýšiť na dostatočne veľkú hodnotu, aby prekonal pásmo necitlivosti. a až potom sa vykoná nápravné opatrenie.

â Príčiny pásov necitlivosti

Existuje mnoho príčin necitlivých pásiem, ale trenie a pohyb vzduchu v regulačných ventiloch, krútenie vretena rotačných ventilov a pásma necitlivosti v zosilňovačoch sú niekoľko bežných foriem. Pretože väčšina modulačných riadiacich činností pozostáva z malých zmien signálu (1 % alebo menej), regulačný ventil s veľkým pásmom necitlivosti nemusí vôbec reagovať na toľko malých zmien signálu. Dobre vyrobený ventil by mal byť schopný reagovať na signály 1% alebo menej, aby sa účinne znížil stupeň odchýlky procesu. Nie je však nezvyčajné, že ventily majú pásmo necitlivosti o 5 % alebo viac. Pri nedávnom audite závodu sa zistilo, že 30 % ventilov má viac ako 4 % mŕtveho pásma. Viac ako 65 % kontrolovaných regulačných slučiek malo pásmo necitlivosti väčšie ako 2 %.

● Vplyv pásov necitlivosti

Tento graf predstavuje test otvorenej slučky troch rôznych regulačných ventilov za normálnych podmienok procesu. Tieto ventily dostávajú rozsah krokových vstupov od 0,5 % do 10 %. Krokové testy v podmienkach kvapaliny sú potrebné, pretože tieto podmienky umožňujú posúdiť výkon celej zostavy riadiaceho ventilu, a nie iba ovládača ventilu, ako je to v prípade väčšiny štandardných testov.

● Výkonnostné testy

Niektoré testy výkonu regulačného ventilu sú obmedzené na porovnanie vstupného signálu so zdvihom táhla ovládača. To je zavádzajúce, pretože ignoruje výkon samotného ventilu.

Rozhodujúce je meranie dynamického výkonu ventilu v podmienkach tekutiny, aby sa zmeny v procesných premenných mohli porovnať so zmenami vo vstupnom signáli do zostavy ventilu. Ak na zmenu vstupného signálu ventilu reaguje iba driek ventilu, potom je tento test málo relevantný, pretože neexistuje žiadna korekcia pre odchýlky procesu bez zodpovedajúcej zmeny riadiacej premennej.

Vo všetkých troch testoch ventilov pohyb tiahla ovládača dobre reagoval na zmeny vstupného signálu. Na druhej strane sa ventily značne líšili vo svojej schopnosti meniť rýchlosť prietoku v reakcii na zmenu vstupného signálu.

Ventil A, procesná premenná (prietok) dobre reaguje na vstupný signál už od 0,5 %.

Ventil B vyžaduje zmenu vstupného signálu väčšiu ako 5 % predtým, ako začne dobre reagovať na každý krok vstupného signálu.

Ventil C, podstatne horší, vyžaduje zmenu signálu o viac ako 10 %, než začne dobre reagovať na každý krok vstupného signálu.

Celkovo je schopnosť ventilov B alebo C zlepšovať odchýlku procesu veľmi slabá.

● Trenie

Trenie je hlavnou príčinou mŕtveho pásma v regulačných ventiloch. Rotačné ventily sú veľmi citlivé na trenie spôsobené vysokým zaťažením sedla potrebným na tesnenie. Pri niektorých typoch tesnení je na dosiahnutie tesnosti potrebné vysoké zaťaženie sedadla. V dôsledku vysokých trecích síl a nízkej tuhosti pohonu sa hriadeľ ventilu krúti a nemôže prenášať pohyb na ovládací prvok. V dôsledku toho môže zle navrhnutý rotačný ventil vykazovať veľké pásmo necitlivosti, ktoré má jednoznačne rozhodujúci vplyv na stupeň odchýlky procesu.

Výrobcovia zvyčajne mazajú tesnenia rotačných ventilov počas výrobného procesu, ale už po niekoľkých stovkách cyklov sa mazacia vrstva opotrebuje. Okrem toho záťaže vyvolané tlakom môžu tiež spôsobiť opotrebovanie tesnenia. Výsledkom je, že u niektorých typov ventilov sa trenie ventilov môže zvýšiť o 400 % alebo viac. To objasňuje, že závery o výkone na základe údajov zo štandardných typov na vyhodnotenie ventilov pred stabilizáciou krútiaceho momentu sú zavádzajúce. Ventily B a C ukazujú, že tieto faktory vyššieho trecieho momentu môžu mať zničujúci vplyv na výkon regulačného ventilu.

Trenie upchávky je hlavným zdrojom trecích ventilov nepriameho zdvihu. V týchto typoch ventilov sa namerané trenie môže značne líšiť v závislosti od tvaru ventilu a konfigurácie tesnenia.

Táto medzera môže spôsobiť diskontinuitu pohybu, keď zariadenie zmení smer. Medzery sa zvyčajne vyskytujú v zariadeniach s rôznymi konfiguráciami ozubených pohonov. Ozubené a pastorkové pohony sú obzvlášť citlivé na mŕtve pásma kvôli vôli. Niektoré pripojenia vretena ventilu majú tiež problémy s mŕtvou oblasťou.

Hoci trenie môže byť výrazne znížené dobrou konštrukciou ventilu, je ťažké ho úplne odstrániť. Dobre navrhnutý a vyrobený regulačný ventil by mal byť schopný eliminovať mŕtve pásma v dôsledku vôle. Na dosiahnutie optimálnych výsledkov pri znížení procesných odchýlok by celkový mŕtvy priestor celej zostavy ventilu mal byť menší alebo rovný 1 %, pričom ideálny výsledok by mal byť len 0,25 %.