صمام التحكم هو جهاز أو نظام ينظم سعة الهواء أو الماء أو البخار أو أي سائل آخر. تتمثل الوظيفة الرئيسية لصمام التحكم في تعديل الغاز أو السائل، ويمكن أن يكون الصمام مفتوحًا أو مغلقًا، أو مفتوحًا في أي موضع سفر.
نحن نعلم أنه يمكن تقسيم صمامات التحكم الشائعة إلى نوعين من صمامات التحكم الهوائية والكهربائية، بالنسبة لأنواع التشغيل المختلفة، تختلف وحدة التحكم أيضًا. نظرًا لأن صمام التحكم لا يمكن أن يفتح أو يغلق من تلقاء نفسه، لذلك نحتاج إلى وحدة تحكم لإرسال إشارة إلى مشغل الصمام أو محدد موضع الصمام أو الطيار للتحكم في صمام فتح.
1. صمامات التحكم الهوائية
تعمل بالهواء المضغوط صمامات التحكم استخدم طيارًا هوائيًا كوحدة تحكم، واستقبل محدد الموضع الميكانيكي للصمام، أو محدد الموضع الرقمي/الذكي الإشارة من وحدة التحكم.
2. كهربائي صمامات التحكم
تستخدم صمامات التحكم الكهربائية المشغلة طيارًا انتقائيًا كوحدة تحكم، ويمكن أن تكون وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة أو وحدة طرفية عن بعد.
كيف يعمل جهاز التحكم في صمام الضغط؟
من المهم الإشارة إلى أنه ليست كل أنظمة التحكم تحتاج إلى وحدة تحكم. على سبيل المثال، يمكن تشغيل صمام التشغيل والإيقاف مباشرة من منظم الحرارة. يمكن استخدام تشغيل ضوابط السلامة ذات الحد العالي لإغلاق الصمامات أو إيقاف إمدادات الوقود.
لذلك تكون هناك حاجة إلى وحدة تحكم عندما تصبح متطلبات تطبيقات التحكم أكثر تقدمًا وتعقيدًا. تحصل وحدة التحكم على إشارة تغذية مرتدة من المعالجة ، ومقارنتها بالمعامل المتغير والبيانات المطلوبة ، ثم تقرر إرسال إشارة لتشغيل عمل الصمام.
كانت وحدات التحكم الهوائية عبارة عن وحدات تحكم شائعة منذ عقد من الزمن، ولكن استخدامها الآن يشير عادةً إلى المواقف في المناطق الخطرة حيث يتم استبعاد خطر حدوث انفجار كهربائي أو إلكتروني من أجل استخدام وحدة تحكم هوائية، لذا فإن استخدام وحدة تحكم هوائية ليس آمنًا فحسب وحدة التحكم، ولكنها تكلف أقل من معظم وحدات التحكم الرقمية الإلكترونية أو وحدات التحكم بالمعالجات الدقيقة الشائعة المتوفرة اليوم.
يمكن أن تكون الوظائف التي ينفذها جهاز التحكم معقدة للغاية ويخرج عن نطاق هذا المنشور شرح كيفية عملها. هناك عدد من الاختلافات الرئيسية التي يجب أخذها في الاعتبار، ونحن فقط ندرج الاختلافات الرئيسية كمرجع لك.
1. تحكم صمام الضغط لحلقة واحدة
يتم استخدام وحدة تحكم أحادية الحلقة لتشغيل صمام/مشغل واحد من جهاز استشعار واحد.
تتمتع وحدة التحكم ذات الحلقة الواحدة بالقدرة على أداء وظائف المنحدر والسكن. قد يكون لها نمط نموذجي متعدد التسلسل مثل ذلك الموضح على شكل ضربة. في هذا الشكل، تم تنفيذ سلسلة من المنحدرات (تغير درجة الحرارة) ووظائف السكن (الحفاظ على درجة الحرارة) على مدى فترة من الزمن.
منحدر نموذجي متعدد التسلسل ونمط السكن
2. وحدة تحكم صمام التحكم للحلقة المتعددة
تتمتع وحدة التحكم متعددة الحلقات بالقدرة على تشغيل أكثر من صمام/مشغل من أكثر من مستشعر واحد.
3. إشارة واحدة
الإشارة الفردية تعني أن وحدة التحكم تقبل إشارة واحدة فقط من المستشعر وترسلها إلى المشغل.
4. إشارات متعددة
تعني الإشارة المتعددة أن وحدة التحكم يمكنها استقبال إشارات متعددة من المستشعر وإرسالها إلى المشغل.
5. الوقت الحقيقي
قد يتضمن الوقت الفعلي ساعة زمنية للتبديل في أوقات محددة مسبقًا ومحددة مسبقًا.
6. الوقت المنقضي
الوقت المنقضي يعني قبل أو بعد تشغيل أو إيقاف تشغيل عناصر أخرى في المصنع، وقد يتم تشغيله في وقت محدد مسبقًا.
7. أجهزة الاستشعار ومحولات الطاقة
هناك حاجة إلى مجموعة واسعة من أجهزة الاستشعار وأجهزة الإرسال في أنظمة التحكم لمراقبة الضغط أو درجة الحرارة أو مستوى السائل أو الخصائص الفيزيائية الأخرى. تعد المستشعرات جزءًا مهمًا جدًا من نظام التحكم، حيث يتم من خلالها استشعار التغيرات في المتغير المتحكم فيه.
قد يتم تحويل التغييرات الصغيرة في المقاومة المنبعثة من المستشعر استجابة للتغير في درجة الحرارة إلى جهد أو تيار لنقلها إلى وحدة التحكم. أي أن الإشارة الصادرة من المستشعر قد تكون صغيرة جدًا بحيث يمكن ضبطها وتضخيمها محليًا عن طريق تغير في درجة الحرارة يؤدي إلى تغير في الجهد، أو ربما تغير في المقاومة، للحصول على قراءة فعالة.
بسبب المقاومة الناتجة عن الأسلاك وتأثيرات التداخل الكهربائي، سيكون هناك بعض الانحراف في عملية النقل.
8. نظام حساسات أو نظام ضغط مملوء بالسوائل والغاز
يتم استخدام مستشعرات النظام المملوءة مع وحدات التحكم الهوائية. يُستخدم مصطلح "وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)" بشكل متكرر في أدبيات التحكم. في العملية، يجب على وحدة التحكم بدء سلسلة من الإجراءات، مثل تشغيل أو إيقاف تشغيل الصمامات أو المضخات. في بعض الحالات، يكون التسلسل بأكمله على أساس زمني ولكن في كثير من الأحيان قد يتم تشغيل الخطوات المختلفة من خلال الوصول إلى حالة معينة والحفاظ عليها لفترة زمنية معينة. على سبيل المثال، وعاء ممتلئ أو تم الوصول إلى درجة حرارة معينة. يمكن التحكم في العملية بواسطة PLC الذي يستخدم واجهة قياسية للمشغلات وأجهزة الاستشعار.
وحدة التحكم في غرفة الطاحونة هي نوع آخر من وحدات التحكم المعقدة، بشكل عام، يمكن استخدامها للتحكم في المضخة، أو صمام التحكم في التدفئة، أو الغلاية، أو غيرها من المعدات.
كانت وسيلة التعبئة تستخدم الزئبق في السنوات الماضية، ولكن بسبب مشاكل الصحة والسلامة، تستخدم الآن غازًا خاملًا في نظام الاستشعار المملوء، مثل غاز النيتروجين. عندما ترتفع درجة الحرارة، يتوسع السائل الممتلئ ويؤدي إلى تفكك أنبوب بوردون؛ عندما تنخفض درجة الحرارة، ينكمش السائل المملوء، مما يتسبب في التفاف أنبوب بوردون بشكل أكثر إحكامًا. يتم استخدام حركة الملف هذه لتشغيل الرافعات الموجودة داخل وحدة التحكم الهوائية، مما يسمح لها بإنجاز مهمتها. عادةً ما تستخدم نسخة استشعار الضغط ببساطة أنبوب ضغط متصل بأنابيب بوردون.
9. RTDs (كاشفات درجة حرارة المقاومة)
تلعب RTDs دورًا مثل محولات الطاقة الكهربائية التي تحول تغيرات درجة الحرارة إلى تغيرات في المقاومة الكهربائية. مع تغير درجة الحرارة، تتغير المقاومة الكهربائية لبعض المعادن أيضًا. والشكل التالي يوضح العلاقة بين المقاومة ودرجة الحرارة لحساس Pt100. (النيكل والبلاتين والنحاس هي المعادن التي تلبي متطلبات أجهزة الكشف عن درجة الحرارة المقاومة)
يتم تحديد التغير في المقاومة من 0C إلى 100C بواسطة كاشف درجة حرارة المقاومة. يتم استخدام RTDs البلاتينية بشكل أكبر في التطبيقات النموذجية. يتم إنشاء مستشعرات Pt 100 بمقاومة تبلغ 100 أوم عند 0 درجة مئوية، وبدقة عالية تتراوح بين 0 درجة ~ 100 درجة مئوية عندما يمكن استخدامها في نطاق درجة حرارة يتراوح من -200 درجة مئوية إلى +800 درجة مئوية. وفقًا لمخطط المقاومة ودرجة الحرارة، تزداد المقاومة بشكل خطي تقريبًا مع درجة الحرارة، لدى Pt100 تغير بسيط نسبيًا في المقاومة، والذي يحتاج إلى قياسه بعناية. يجب تعويض المقاومة الموجودة في كابل التوصيل بشكل صحيح.
10. الثرمستورات
تستخدم الثرمستورات مادة شبه موصلة تختلف مقاومتها بشكل كبير مع زيادة درجة الحرارة ولكنها غير خطية. تتناقص المقاومة مع زيادة درجة الحرارة (معامل الثرمستور السلبي NTC).
يمكن تصنيع الثرمستورات ذات المعامل الإيجابي PTC إذا زادت المقاومة مع ارتفاع درجة الحرارة، لكن منحنى استجابتها يجعلها غير مناسبة للكشف عن درجة الحرارة.
تعتبر الثرمستورات أقل تعقيدًا وأقل تكلفة من أجهزة RTDs، لكنها لا تتمتع بنفس الدقة وقابلية التكرار. مقاومة كابل التوصيل غير مهمة بسبب مقاومتها العالية.
لا تتمتع الثرمستورات بنفس الدقة العالية وقابلية التكرار التي تتمتع بها أجهزة RTDs، ولكنها أقل تعقيدًا وأقل تكلفة. مقاومتها العالية تعني أن مقاومة كابل التوصيل أقل أهمية.
11. المزدوجات الحرارية
نعلم جميعًا أنه يمكن استخدام أي زوج من المعادن المختلفة لصنع المزدوجات الحرارية، ولكن الأنواع القياسية الشائعة هي النوع J، والنوع K، والنوع T، وغيرها. من بينها، المزدوجات الحرارية للأغراض العامة الأكثر استخدامًا هي النوع K.
المعادن المختلفة المستخدمة في المزدوجات الحرارية من النوع K هي الكروم (90% نيكل، 10% كروم) والألومنيوم (94% نيكل، 3% منجنيز، 2% ألومنيوم و1% سيليكون) ويمكن استخدامها في نطاق من 0 درجة مئوية إلى 1260 درجة مئوية. بالنسبة لمادة ذيول التمديد، من الممكن أيضًا صنع نفس مادة سلك المزدوجة الحرارية نفسها
قد يكون أيضًا كبل تعويض مصنوعًا من سبائك النحاس والنحاس والنيكل. من المهم ملاحظة أن كلا سلكي التمديد يجب أن يكونا من نفس المادة.
هناك مجموعة واسعة من الأحجام والأشكال من المزدوجات الحرارية. على نطاق واسع من درجات الحرارة، فهي ميسورة التكلفة وقوية ودقيقة تمامًا. ومع ذلك، يجب الحفاظ على درجة حرارة الوصلة المرجعية عند قيمة ثابتة، وإلا يجب تعويض الانحراف. تعني الفولتية المنخفضة للوصلات أنه يجب استخدام الكابلات المحمية الخاصة والتركيب الدقيق لمنع التداخل الكهربائي أو "الضوضاء" من تشويه الإشارة.
12. العنونة الرقمية
تتيح العنونة الرقمية لوحدة التحكم إرسال الرسائل عبر مجموعة من الأسلاك التي تحتوي على عدة أجهزة استقبال متصلة بها ولكنها لا تستطيع الاتصال بأحدها إلا إذا لزم الأمر. يتم تحقيق ذلك عن طريق تعيين عنوان لكل جهاز استقبال، والذي يجب على وحدة التحكم بثه أولاً.
توجد عنونة رقمية مشتركة في نظام التحكم، HART، PROFIBUS Fieldbus(PF)، وFoundation™ Fieldbus(FF).
ما هو بروتوكول الاتصال هارت؟
بروتوكول الاتصال HART، والذي يرمز إلى Highway Addressable Remote Transducer، هو معيار تم تطويره في الأصل كبروتوكول اتصال للتحكم في الأجهزة الميدانية التي تعمل على إشارة تحكم 4-20 مللي أمبير. يعد HART® معيارًا صناعيًا لتحديد بروتوكولات الاتصال بين أنظمة التحكم والأجهزة الميدانية الذكية. بروتوكول الاتصال الرقمي الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في الصناعات العملية هو هارت®. فيما يلي بعض الأسباب:
- يتم دعم جميع الموردين الرئيسيين للأدوات الميدانية للعملية بواسطة بروتوكول الاتصال HART®.
- يُسمح بإشارات 4-20 مللي أمبير بالتعايش مع الاتصالات الرقمية على حلقات مكونة من سلكين للحفاظ على استراتيجيات التحكم الحالية.
- وهو متوافق مع الأجهزة التناظرية.
- يوفر بروتوكول الاتصال HART® بعض المعلومات القيمة للتثبيت والصيانة، مثل معلومات المنتج وبيانات النطاق والامتداد والقيم المقاسة ومعرفات العلامات والتشخيصات.
- يمكن أن يدعم استخدام الشبكات متعددة القطرات توفير الكابلات.
- يؤدي تحسين إدارة واستخدام شبكات الأجهزة الذكية إلى تقليل تكاليف التشغيل.
ما هي تفاصيل بروفيبوس فيلدبوس (PF) بروتوكول الاتصالات؟
نظرًا لأن PROFIBUS® هو معيار Fieldbus مفتوح، فهو مستقل عن الشركة المصنعة، وبالتالي لديه مجموعة واسعة من التطبيقات في التصنيع وأتمتة العمليات. قد تكون هناك حاجة إلى أي تعديل خاص للواجهة للتواصل بين الأجهزة من مختلف الشركات المصنعة.
يعد PROFIBUS® مناسبًا للتطبيقات عالية السرعة والحساسة للوقت ولمهام الاتصال المعقدة. وهو يوفر بروتوكولات اتصال متدرجة وظيفيًا DP وFMS. اعتمادًا على التطبيق، يمكن استخدام تقنيات النقل مثل RS-485 أو IEC 1158-2 أو الألياف الضوئية.
يحدد PROFIBUS® الخصائص التقنية لنظام Fieldbus® التسلسلي الذي يمكن من خلاله ربط وحدات التحكم الرقمية القابلة للبرمجة الموزعة بالشبكة من مستوى الحقل إلى مستوى الوحدة. PROFIBUS® هو نظام متعدد الأنظمة الرئيسية، وبالتالي يسمح للعديد من أنظمة الأتمتة أو الهندسة أو التصور بالعمل بشكل مشترك مع أجهزتها الطرفية الموزعة على ناقل واحد.
ما هو بروتوكول الاتصال Foundation™ Fieldbus(FF)؟
يعد بروتوكول الاتصال Foundation™ Fieldbus نظام اتصالات رقميًا ومتسلسلًا وثنائي الاتجاه بالكامل يعمل بمثابة شبكة محلية (LAN) لأجهزة القياس ومرافق التحكم في المصنع. بيئة Fieldbus® هي مجموعة الشبكات الرقمية على مستوى الأساس في التسلسل الهرمي لشبكة المصنع. يتم استخدام Foundation™ Fieldbus في كل من تطبيقات التشغيل الآلي للعمليات والتصنيع، كما يتمتع بإمكانية مدمجة لتوزيع تطبيقات التحكم عبر الشبكة.
13. العمل المشترك
يوفر Foundation™ Fieldbus إمكانية التشغيل البيني، ويمكن استبدال جهاز Fieldbus® بأجهزة مماثلة مع ميزات إضافية من موردين مختلفين على نفس شبكة Fieldbus®، مع الحفاظ على العملية المحددة. يتيح ذلك للمستخدمين "مزج ومطابقة" الأجهزة الميدانية والأنظمة المضيفة من موردين مختلفين. يمكن أيضًا لأجهزة Fieldbus® الفردية الاتصال واستقبال البيانات متعددة المتغيرات ونقلها مباشرة إلى بعضها البعض عبر Fieldbus® المشترك، مما يسمح بإضافة أجهزة جديدة إلى Fieldbus® دون انقطاع الخدمة.
