أثناء عملية الاختيار ، غالبًا ما نرى موضع فشل الصمام أو موضع فشل المشغل أو متطلبات فشل أخرى في ورقة البيانات الهندسية. هناك العديد من الطرق المختلفة للتعبير عنها ، ونحن بحاجة إلى إيلاء اهتمام إضافي لما تمثله هذه المصطلحات لأن التصميمات المختلفة تحتوي على تكوينات وتخطيطات ملحقات مختلفة تمامًا. على سبيل المثال ، يتطلب موقف فشل المشغل المشغل الميكانيكي يمكن أن يحقق متطلبات تحكم مختلفة ، ولكن لا يمكن تصميمه بشكل منفصل ويجب أن يتطابق مع منطق معالجة النظام ، وإلا فسيكون عمل الصمام غير صحيح.
6 وضع نموذجي من صمام التحكم موقف الفشل
عادةً في العمليات الصناعية ، تكون الأوضاع الستة التالية لتحديد موقع الخطأ مطلوبة لصمامات التحكم.
1. فشل في الفتح (FO)
ورقة وضع FO / FC
| صمام الجسم | صمام المحرك | عمل الصمام | وضع الفشل |
|---|---|---|---|
| مباشرة | مباشرة | الهواء للإغلاق | فشل فتح |
| عكس | عكس | الهواء للإغلاق | فشل فتح |
| عكس | مباشرة | فتح الهواء | فشل مغلق |
| مباشرة | عكس | فتح الهواء | فشل مغلق |
"فشل الفتح (FO)" يعني إغلاق الهواء ، وعادة ما يكون صمام التحكم في وضع الفتح ، فقط عند فقد إمداد الهواء ، وعودة الزنبرك ، والمشغل الهوائي لفتح الصمام. عندما الهواء إلى مشغل هوائي ، والقيادة لإغلاق الصمام. تعلم من ورقة الوضع FO / FC ، يمكننا أن نعرف أن FO مبني من خلال الجمع بين كل من جسم التمثيل العكسي والمشغل ، أو جسم الصمام المباشر والمشغل.
2. فشل مغلق (FC)
"فشل مغلق (FC)" يعني فتح الهواء ، وعادة ما يكون صمام التحكم في وضع الإغلاق ، فقط عند فقد إمداد الهواء ، وعودة الزنبرك ، والمشغل الهوائي لإغلاق الصمام. عندما الهواء إلى مشغل هوائي ، والقيادة لفتح الصمام. تعلم من ورقة الوضع FO / FC ، يمكننا أن نعرف أن FC تم بناؤه من خلال الجمع بين جسم صمام يعمل مباشرة ومشغل يعمل بعكس الفعل أو جسم صمام يعمل بعكس الفعل ومشغل يعمل مباشرة.
3. فشل مغلق (FL)
هناك العديد من التطبيقات لصمامات التحكم الصناعية التي تتطلب بقاء الصمام في آخر وضع له كشرط خطأ. يُشار إلى هذا غالبًا باسم "آخر موضع فشل" أو "خطأ متجمد" أو "فشل مقفل" أو "خطأ في المكان". هذه المصطلحات قابلة للتبديل ، ولكن لتجنب التعارض مع تعبيرات FL / DC أو FL / DO ، نستخدم في الغالب Fail Locked للتعبير عن أن الصمام في الوضع المجمد في وقت الفشل ، أي أن الصمام مغلق في الموضع الأخير .
"فشل القفل" يعني أنه عندما يفقد صمام التحكم الطاقة ، يظل ساق الصمام في الموضع الأخير لأي لبس يجب تأمينه في موضعه الأخير.
عندما يتم استخدام صمام التحكم بشكل متكامل مع جهاز تحديد المواقع كوحدة كاملة ، نحتاج إلى فهم أن هناك وضعين منفصلين لفشل جهاز تحديد المواقع.
أ. فقدان الإشارة
يعني فقدان الإشارة أن الإشارة من نظام التحكم الذي يوفر نقطة الضبط متوقفة ، أي لا يمكن لمُحدد الموقع استقبال مصدر الإشارة من نظام التحكم المركزي ، مثل إشارة تناظرية 4-20mA ، 3-15PSI.
يتم تحقيق ذلك باستخدام أجهزة تحديد المواقع التي تم تكوينها باستخدام وحدة I / P المصممة خصيصًا للحفاظ على ضغط الهواء في المشغل عندما ينخفض جهد الإشارة عن الحد الأدنى المطلوب لتشغيل I / P. يمكن العثور على هذا في النطاق من 9 إلى 12 فولت تيار مستمر. عند فقدان الإشارة ، لن ينجرف الصمام وسيتم تعليقه عند نقطة التحديد أو بالقرب منها. سيستأنف جهاز تحديد المواقع التشغيل العادي عندما تعود الإشارة إلى وضعها الطبيعي.
لا يمكن تحويل أداة تحديد موضع التجميد أو I / P من خاصية التجميد من الفشل إلى الحماية من الفشل والعكس صحيح. لذلك نحن بحاجة إلى شراء أداة تحديد المواقع الصحيحة للتطبيق الحالي.
ب. فقدان الإمداد الجوي
يعني فقدان إمداد الهواء أن إمداد الهواء بالجهاز الذي يشغّل المشغل الهوائي متقطع ، أي أن المشغل الهوائي لا يحتوي على هواء مضغوط لدفعه للعمل.
يجب اعتبار الوضعين المذكورين أعلاه شرطين مستقلين. بالنسبة للفشل المقفل ، يجب أن نفهم تمامًا أي وضع الفشل المطلوب من قبل المستخدم النهائي ، هل مطلوب للفشل مغلق بسبب فقدان الإشارة أو فقدان مصدر الهواء في جهاز تحديد موضع الصمام؟ او كلاهما؟ تتطلب المتطلبات المختلفة أجهزة تحديد مواقع مختلفة أو تصميمات ملحقات أخرى للعمل معها.
هذه حالة فشل يساء فهمها من قبل العديد من المهندسين. يُفترض عمومًا أنه يمكن تحقيق ذلك باستخدام مشغل مزدوج الفعل. في حين أن هذا قد ينطبق على فتح / إغلاق صمامات التحكم ، فإن صمامات التحكم التي تستخدم أجهزة تحديد المواقع تعمل بشكل مختلف. يمكننا تحليل ذلك بناءً على الطرق المختلفة لفقدان الهواء.
فقدان الهواء المفاجئ
فشل مفاجئ في ضغط الهواء لأن خط الطيران الخاص بالأداة ينكسر بالقرب من صمام التحكم ويتم طرد الهواء بسرعة من مجموعة الضبط / المشغل.
في وضع الفشل هذا ، قد يظل الصمام عند نقطة الضبط أو بالقرب منها. ستؤثر قوى العملية ونوع الصمام والمشغل ومعدل فقد الهواء بشكل كبير على موضع الصمام الفعلي بعد فقد الإشارة. في ظل هذه الظروف ، من المرجح أن ينجرف موضع الصمام.
فقدان الهواء البطيء
سيؤدي انخفاض ضغط الهواء ببطء ، ربما بسبب تعثر الضاغط ، إلى انجراف الصمام لأن ضغط الهواء ينخفض ببطء ولا يتمتع المشغل بالقوة اللازمة لتثبيت الصمام في مكانه. لم تعد الضغوط على جانبي المشغل متوازنة وسيُجبر الصمام على الإغلاق لأن أداة الوضع لا يمكنها الحفاظ على توازن الضغط. في هذه الحالة ، سوف ينجرف الصمام تمامًا.
الطريقة الوحيدة لتوفير FAIL LAST بشكل موثوق في حالة فقد إمداد الهواء هي استخدام صمام قفل الهواء بين جهاز تحديد المواقع والمشغل لإنجاز ذلك. يحتوي هذا الصمام على منفذ استشعار متصل بمصدر هواء الجهاز ، وليس بعيدًا عن الصمام. هناك أيضًا نقطة ضبط قابلة للتعديل. من خلال ضبط نقطة الضبط إلى ما يقرب من 10٪ أقل من ضغط هواء الإمداد ، سيتحول صمام القفل للاحتفاظ بالهواء في المشغل عندما ينخفض ضغط هواء الإمداد إلى ما دون نقطة الضبط. مع قفل الصمام ، لن ينجرف الصمام.
عند استعادة ضغط الهواء ، سيتحول الصمام المغلق تلقائيًا لاستعادة إمداد الهواء للمشغل. لا يلزم تدخل عامل التشغيل.
4. فشل غير محدد
عند فقد الإشارة أو فقد الطاقة أو الهواء ، لم يحدد تصميم PID بعد موضع عطل الصمام.
5. فشل الماضي / الانجراف فتح (FL / DO)
"فشل آخر" يعني أنه عندما يفقد صمام التحكم الطاقة ، يظل ساق الصمام في الموضع الأخير.
في حالة "الفشل الأخير" (آخر موضع للفشل) ، تدفع قوة التدفق في النهاية سدادة الصمام إلى وضع الفتح الكامل أو الوضع المغلق بالكامل. لذلك ، بالنسبة لـ FL (Fail Last Position) ، نحتاج إلى ذكر الموضع النهائي لجذع صمام التحكم والسدادة ، مشيرًا إلى موضع القابس بعد "انجرافه" بفعل قوة التدفق. FL / DO تعني الفشل أخيرًا والانجراف مفتوحًا.
6. فشل الماضي / الانجراف مغلق (FL / DC)
وتعني FL / DC الفشل أخيرًا وإغلاق الانجراف ، وتطلب صمام تحكم مع "وضع الفشل الأخير" كحالة آمنة من الفشل.
يستخدم هذا التصميم عادةً محركًا هوائيًا مزدوج المفعول مع أسطوانة محملة بنابض / مشغل هوائي. قد تسأل لماذا لا تستخدم مشغل هوائي أحادي الفعل مع صمام قفل لتحقيق ذلك؟ نظرًا لأن المشغل أحادي المفعول ليس دائرة ذات حلقة مغلقة ، فإن رجوع الزنبرك سوف يفرغ مصدر الهواء مباشرة إلى الغلاف الجوي ، ويبقي الصمام في الموضع الأخير معتمداً كلياً على وظيفة صمام الإمساك لتحقيق قفل الصمام مصدر الهواء ، صمام الإمساك له حد زمني معين ، لا يمكنه دائمًا الحفاظ على كمية مصدر الهواء لا تتسرب ، لذلك لا يمكن ضمان أن الصمام كان في وضع الخطأ الأخير.
التمثيل المزدوج عبارة عن دائرة حلقة مغلقة ، وأيضًا بداخلها زنبرك ، ويتم التحكم بواسطة مصدر الهواء ، ويلعب الزنبرك دورًا ثانويًا فقط ويعمل فقط في حالة حدوث عطل. الشيء المهم هو أن تصميم FL / DC أو FL / DO مزدوج المفعول يوفر قوة دافعة أكبر أثناء عودة الربيع ، كما أن الدفع الكبير يسرع من عمل الصمام ، وبالتالي يقلل من وقت السفر.
يمكننا عادةً أن يكون لدينا متطلبات تصميم موضع الأمان هذه على صمامات التحكم في الطاقة النووية محطات توليد الطاقة، والتي لا تتطلب مشغلًا أصغر فحسب، بل تتطلب أيضًا مستوى معينًا من المقاومة الزلزالية. تكلفة الملحقات لمتطلبات التصميم هذه مرتفعة نسبيًا، كما أن تصميم الدوائر أكثر تعقيدًا نسبيًا.
كيفية تحديد وضع فشل صمام التحكم المناسب
أعلاه ، تعلمنا أنماط الفشل الستة الرئيسية لصمامات التحكم ، ونعلم جميعًا أن هندسة الأمان الممتازة تتطلب أن تحدد عوامل الخطر للعملية وضع فشل الصمام المناسب ، وليس الأعراف أو العادات الخاصة بنظام التحكم.
على سبيل المثال ، يتم إغلاق صمامات التحكم لفتح الهواء بشكل عام في حالتها الطبيعية ، مما يعني أنها أكثر أمانًا لاستخدام الصمام الذي "يغلق بفشل" من استخدام صمام "فشل الفتح" في هذه العملية. إذا كانت العملية أكثر أمانًا باستخدام صمام "فشل الفتح" ، فنحن بحاجة إلى تحديد الهواء لإغلاق صمام التحكم (FO).
لذلك في وضع فشل صمام التحكم المحدد ، نحتاج إلى الجمع بين أساس جميع إجراءات الأجهزة في حلقة التحكم الحرجة ، ثم تحديد وضع الفشل الأكثر أمانًا للعملية.
يؤدي تحديد أو تكوين إجراءات الأجهزة المقابلة إلى جعل صمام التحكم يتحرك باستمرار إلى الوضع الأكثر أمانًا.
دراسة حالة - نظام التبريد الأوتوماتيكي لمحرك التوليد
على سبيل المثال ، خذ دراسة الحالة هذه لنظام تبريد أوتوماتيكي لمحرك كبير لتوليد الطاقة.
من الرسم الهندسي للتصميم ، يمكننا أن نعرف أن الصمام المغلق أكثر ضررًا للمحرك من الصمام المفتوح. هذا لأنه إذا تم إغلاق الصمام ، فإن المحرك سوف يسخن بالتأكيد بسبب نقص التبريد.
إذا كان العطل مفتوحًا ، يكون المحرك ببساطة أكثر برودة من التصميم ، والنتيجة السلبية الوحيدة هي انخفاض الكفاءة. مع وضع ذلك في الاعتبار ، فإن الخيار المعقول الوحيد لصمام التحكم هو صمام تحكم مفتوح للخطأ (إغلاق الهواء).
ومع ذلك ، في جميع أنحاء النظام ، لا نحتاج إلى النظر في تصميم عطل صمام التحكم فحسب ، بل نحتاج أيضًا إلى مراقبة تصرفات الأدوات الأخرى ، وفي هذا النظام ، نحتاج إلى التفكير في كيفية الجمع بين أجهزة إرسال درجة الحرارة ، وأجهزة التحكم ، و I / أجهزة استشعار P لتحقيق أقصى قدر من الفعالية.
في كلتا الحالتين ، نحتاج أولاً إلى التأكد من أن الصمام مفتوح على مصراعيه في الوضع الآمن من الفشل ، بغض النظر عن فشل مصدر الغاز أو حدوث فشل في إشارة الإدخال.
يتمثل دور مستشعر I / P في تحويل إشارة التيار 4-20 مللي أمبير إلى ضغط الهواء المقابل الذي يمكن أن يستخدمه مشغل الصمام.
نظرًا لأننا نعلم أن وضع فشل الصمام يعتمد على فقدان ضغط الهواء أثناء التشغيل ، فنحن نريد تكوين I / P بطريقة تؤدي إلى إخراج ضغط أدنى في حالة حدوث عطل في الإشارة الكهربائية في 4-20 الأسلاك إشارة الإدخال مللي أمبير.
نتيجة إما قصور في الأسلاك أو خطأ في الدائرة المفتوحة هي 0 مللي أمبير في أطراف الإدخال I / P. لذلك ، يجب تكوين مستشعر I / P بحيث تنتج إشارة الإدخال من 4 إلى 20 مللي أمبير ضغط إخراج من 3 إلى 15 رطل لكل بوصة مربعة ، على التوالي ، أي أن الحد الأدنى من تيار الإدخال ينتج أقل ضغط خرج.
الأداة التالية في الدورة هي وحدة التحكم. هنا ، نتوقع أن يؤدي فشل إشارة الإدخال الأكثر احتمالاً إلى الحد الأدنى من إشارة الإخراج ، وبالتالي فإن الصمام (مرة أخرى) سيتخلف عن الوضع "الآمن من الفشل".
لذلك ، يجب علينا تكوين وحدة التحكم للعمل بشكل مباشر ، كما فعلنا مع مستشعر I / P (على سبيل المثال ، يؤدي سلك مكسور أو يفقد الاتصال في دائرة الإدخال إلى انخفاض إشارة PV وإشارة خرج منخفضة).
أخيرًا ، وصلنا إلى الأداة الأخيرة في حلقة التحكم: جهاز إرسال درجة الحرارة. كما هو الحال مع معظم الأدوات ، لدينا خيار تكوينها للعمل المباشر أو العكسي. يعني الإجراء المباشر محركًا أكثر سخونة = إخراجًا أكثر مللي أمبير ، بينما يعني العكس محركًا أكثر سخونة = ناتجًا أقل مللي أمبير ، فكيف نختار؟
هنا ، يجب أن يكون اختيارنا بحيث يكون التأثير الكلي لنظام التحكم هو ردود فعل سلبية. بمعنى آخر ، نحتاج إلى تكوين جهاز الإرسال بحيث يتسبب المحرك الأكثر سخونة في زيادة تدفق سائل التبريد (يفتح صمام التحكم على نطاق أوسع).
نظرًا لأننا نعلم أن باقي النظام قد تم تصميمه بحيث يميل الحد الأدنى للإشارة في أي مكان إلى دفع الصمام إلى الوضع الآمن من الفشل (مفتوح على مصراعيه) ، يتعين علينا اختيار باعث يعمل في الاتجاه المعاكس ، بحيث يكون المحرك الأكثر سخونة يؤدي إلى انخفاض إشارة المللي أمبير من الباعث.
إذا كان جهاز الإرسال يحتوي على مفتاح لوضع "الحرق" في المستشعر ، فيجب أن نقلب هذا المفتاح إلى وضع الاحتراق المنخفض النطاق ، لذلك سينتج عن المستشعر المحترق خرج 4 مللي أمبير (الطرف المنخفض من 4. مقياس 20 مللي أمبير) ، والذي يدفع الصمام إلى الوضع الأكثر أمانًا (مفتوح على مصراعيه).
قد يبدو هذا التكوين - هواء لإغلاق صمام التحكم وجهاز إرسال يعمل بعكس الاتجاه - غريبًا وغير بديهي ، ولكنه التصميم الأكثر أمانًا لنظام تبريد المحرك هذا.
لقد توصلنا إلى هذا التكوين "الفردي" للأجهزة عن طريق تحديد وضع فشل صمام التحكم الأكثر أمانًا أولاً ثم تحديد إجراء الأجهزة بطريقة تجعل فشل مسار الإشارة الأكثر احتمالاً في أي مكان في النظام يؤدي إلى نفس الاستجابة المتسقة للصمام.
وغني عن القول ، بالطبع ، أن توفير توثيق دقيق في شكل مخطط دائري مع إشارة واضحة لإجراءات الأجهزة هو جزء أساسي للغاية من النظام ككل.
إذا كانت سلامة نظام التحكم تعتمد على استخدام أي تكوينات أداة "غير قياسية" ، فمن الأفضل توثيق هذه التكوينات حتى يعرف أولئك الذين يحافظون على النظام في المستقبل ما يجب عليهم فعله!
من التفاصيل المهمة الأخرى لهذا النظام تكوين وحدة التحكم بحيث يظل عرض المشغل لإشارة الخرج مسجلاً بطريقة بديهية: يمثل 0٪ صمام تحكم مغلقًا ، بينما لا يزال 100٪ يمثل صمامًا مفتوحًا بالكامل.
نظرًا لأن الصمام عبارة عن هواء للإغلاق (إغلاق الإشارة من وجهة نظر وحدة التحكم) ، فهذا يعني أنه يجب تكوين وحدة التحكم للإشارة إلى الاتجاه المعاكس على شاشة الإخراج ، بحيث يكون خرج 4 مللي أمبير (صمام مفتوح عريض) يقرأ على أنه 100٪ مفتوح ، بينما مخرج 20 مللي أمبير (صمام مغلق بالكامل) يقرأ على أنه 0٪.
في حين أن هذا قد يكون مربكًا للفني الذي يخدم وحدة التحكم ، والأهم من ذلك ، أنه من المنطقي الحدسي لما يفعله المشغل الذي يستخدم وحدة التحكم كل يوم.
باختصار
يتم تحديث التصميم في التحكم في العمليات الصناعية باستمرار، وتحتاج صمامات التحكم وأنظمة الأجهزة إلى التحديث لتتناسب مع تكرار الأتمتة. THINKTANKباعتبارنا شركة تصنيع صمامات التحكم التايوانية الموثوقة، نأمل أن نشارك المزيد من الخبرة مع عملائنا، إذا كانت لديك أي شكوك، فلا تتردد في الاتصال بنا.
