گروه فنی مهندسی دریا

کنترل ولو ( Control Valve) یکی از مهمترین و پیچیده ترین تجهیزات ابزار دقیق محسوب میگردد و در بیشتر موارد کنترل فلو ، فشار و دمای سیالات به عنوان عنصر نهائی یک لوپ کنترل نقش ایفا میکند .
معمولا برای کنترل دقیق فلو سیالات به صورت اتوماتیک از گلاب ولو که همان نام دیگر شیر کروی است و یا شیر پروانه ای استفاده می گردد. صرف نظر از نوع شیر که بسته به شرایط میتواند از انواع مختلف و مکانیزمهای متفاوت استفاده کند برای داشتن یک کنترل ولو یا شیر خودکار نیاز به یک Actuator یا عمل کننده داریم . متداول ترین عملگر های مورد استفاده برای شیر های خود کار و کنترل عبارتند از : عملگر های بادی (PNEUMATIC) یا دیافراگمی , موتوری از نوع الکتریکی , هیدرولیکی یا پنوماتیکی ، ترموستاتیکی و یا حتی مغناطیسی (SOLENOID) نظیر شیر برقی میباشند . همچنین شیرهای کنترل با الحاق ابزاری به نام Positioner که تجهیزی جهت فیدبک موقعیت ولو و تسریع در فرمان کنترلی است میتواند مقدار سیال عبوری از شیر را به صورت دقیق تر و سریع تر کنترل نماید . ابزار دیگر مورد استفاده در ولوهای کنترل مبدل I/P است . از آنجا که سیگنال کنترلی که به ولو فرمان میدهند میتواند از نوع جریان mA 4-20 باشد ، با اضافه نمودن این ابزار در ولوهای پنوماتیک میتوان سیگنال جریان الکتریکی را به سیگنال پنوماتیکی تبدیل نمود .در این بخش ضمن اشاره به انواع شیرها و شیرهای کنترل و مکانیزمهای کنترل آنها به معرفی ابزار الحاقی نظیر آی تو پی ، پوزیشنر و انواع اکچوئیتور های خواهیم پرداخت .

Actuator:

اکچوئیتور یا عمل کننده در یک لوپ کنترلی به صورت ساده به ابزاری اطلاق می شود که یکی از صورتهای انرژی را به حرکت از نوع دورانی یا طولی تبدیل می کند و باعث اعمال نیرو می شود به عبارت دیگر اکچوئیتور تجهیز الکتریکی یا پنوماتیکی یا هیدرولیکی یا دستی است که انرژی را تبدیل به حرکت دورانی یا طولی می کند.

در کنترل ولو یا شیر کنترل شما برای به حرکت در آوردن ساقه ولو و باز و بسته کردن آن به صورت خودکار و از راه دور از طریق یک لوپ کنترل نیاز به یکی از انواع این عمل کننده ها هستید. برای نمونه رایجترین نوع عمل کننده یا اکچوئیتور پنوماتیک و از نوع دیافراگمی است که از قدیمی ترین ، ساده ترین و ایمن ترین نمونه های اکچوئیتور بوده و انرژی پنوماتیک ناشی از پالس هوائی که معمولا 3 تا 15 psi است را با هدایت پشت دیافراگم به حرکت طولی برای باز و بسته کردن گلاب ولو یا شیرهائی با این مکانیزم تبدیل می کند.
از دیگر نمونه های عمل کنندهای پنوماتیکی میتوان به مدلهای روتاری Rotary یا گردنده برای کنترل ولوهائی با محور گردنده برای مثال شیر پروانه ای Buterfly  یا توپی نام برد . عمل کننده های پیستونی نیوماتیکی نیز گونه ای از عمل کنند های پنوماتیکی مشابه به دیافراگمی میباشند .
در نمونه های دیگر شاهد استفاده از عمل کننده های الکتریکی و موتوری هستیم که با برق مستقیم یا متناوب تک فاز یا سه فاز و به کمک جعبه دنده طراحی شده، انرژی الکتریکی را به دورانی با گشتاور متناسب و تحت زاویه ای که برای باز و بسته کردن ولو نیاز میباشد تبدیل می کند . عمل کننده های الکتریکی بسته به فیدبکی که از وضعیت باز وبسته بودن ولو می گیرند و مکانیزم طراحی می توانند حالت های باز یا بستۀ تنها یا شرایط بینابین آن مورد استفاده قرار گیرند .در نمونه های باز و بسته از دو لیمیت سوئیچ برای کنترل موقعیت باز و بسته و جلوگیری از فشار بیش از حد به ولو استفاده می کنند و در نمونه های تدریجی از فیدبکی که از یک پوزیشنر پتانسیومتری می گرند میتوانند کنترل صحیحی بر موقعیت والو داشته باشند .

Positioner:

برای یک کنترل تدریجی و سریع و دقیق ، شیر کنترل بایستی به تغییرات سیگنال کنترل پاسخ سریع بدهد . در عمل با توجه به تعدد لوپهای کنترلی و فاصله زیاد اتاق کنترل از ولو نیاز به تجهیزی به نام پوزیشنر برای اعمال کنترل سریع و دقیق خواهیم داشت . این تجهیز بسته به مکانیزمهای مختلف از نمونه های مکانیکی ، پنوماتیکی ویا الکتریکی استفاده میکند و علاوه بر اینکه سرعت انتقال پالس نیوماتیکی 3 تا 15 psi را افزایش داده و با فیدبکی که از وضعیت شیر می گیرد شیر کنترل را موجب می شود.

آی توپی پوزیشنر ، زمانی که برای حرکت در آوردن ساقه شیر نیروی نسبتاً زیادی مورد نیاز باشد باید سطح دیافراگم را بزرگتر انتخاب کرد و این مسئله باعث بزرگ شدن حجم محفظه بالای دیافراگم گشته و در عمل ،حرکت ساقه شیر با تأخیر زیاد توأم خواهد بود . برای رفع این مشکل و درست عمل نمودن شیر باید تا حد امکان از علائم نیوماتیکی با جریان بیشتری استفاده نمود تا بدین وسیله تغییرات فشار روی دیافراگم سریعتر انجام گرفته و حساسیت و سرعت عمل شیر کنترل زیاد شود عمل تقویت جریان علائم نیوماتیکی توسط پوزیشنر یا تقویت کننده انجام می گیرد. بنابراین پوزیشنر یک دستگاه تقویت کننده می باشد که جهت بهبود عملکرد شیر کنترل به عنوان واسطه بین کنترل کننده و شیر کنترل نصب میشود که با دریافت هوای کمکی از تغذیه ،فشار لازم را برای درست عمل کردن سیستم محرک آماده می نماید.

تجهیزات خارجی یک پوزیشنر شامل این موارد می باشند :

اتصال ورودی هوا برای سیگنال کنترلی (Instrument) ، ورودی هوا تغذیه (Supply) ،خروجی هوا ،اتصال تخلیه هوا (Vent) ، یک اتصال فیدبک و گیج ها . تجهیزات داخلی آن بسته به اینکه پوزیشنر نیوماتیکی یا الکتریکی باشد متفاوت می باشند مثلاً برای پوزیشنر الکتریکی داریم : شبکه الکتریکی ترنسدیوسر ،خطوط هوا ،ولوها ،اتصالات.

موارد کاربرد پوزیشنر :

۱-    جهت متناسب کردن شرایط عمل پلاگ شیر ( حرکت مکانیکی شیر ) با سیگنال خروجی از کنترلر که ممکن است در اثر اصطکاک ،غیر خطی بودن فنر و متغیر بودن سطح موثر دیافراگم بوجود آمده باشد که در این حالت با نصب پوزیشنر میتوان با اعمال فشار هوای کافی به سیستم محرکه باعث غلبه بر عاملهای فوق شده و شیر درست عمل نماید.
۲-    جاهایی که فاصله کنترلر از شیر کنترل نسبتاً زیاد باشد و اگر خروجی کنترلر مستقیماً به شیر خودکار برود به علت مسافت زیاد علاوه بر تأخیر باعث افت فشار هوا نیز خواهیم شد که در اینجا نصب یک پوزیشنر باعث نسریع عمل و همچنین تقویت هوای روی شیر خودکار می شود.
۳-    در جاهایی که لازم باشد خروجی کنترلر به بیش از یک شیر کنترل برود، که در این حالت در سر راه هر شیر کنترل یک پوزیشنر نصب می شود.
۴-    در مواردی که اندازه شیر کنترل با مقدار جریان عبوری نامناسب باشد و همچنین در جاهایی که حجم دیافراگم سیستم محرکه زیاد و احتیاج به هوای کافی باشد نیز کاربرد دارد.
در پوزشنر معمولاً سه فشار سنج برای نشان دادن فشار تغذیه ، فشار هوای خروجی از کنترلر و فشار هوای خروجی از پوزیشنر وجود دارد.

I/P Transducer:

مبدلهای فشار به جریان شبیه به ترانسمیتر های فشار وظیفه تبدیل کمیت فیزیکی فشار به کمیت الکتریکی جریان را به عهده دارند . از تفاوتهای عمدۀ این تجهیز با ترانسمیترها ، کاربرد این تجهیز در تبدیل سیگنالهای فشاری که معمولا در محدودۀ 3 تا 15 psi هستند میباشد .این مبدلها بایستی از دقت بالا و قابلیت تنظیم zero و span برخوردار باشند . معمولا مبدلهای فشار به جریان را در نمونه های قابل نصب بر روی ریل و یا نصب بر روی تابلو به کمک پیچ می سازند .

از ویژگیهای بارز این تجیهز در انتخاب بایستی به موارد زیر اشاره کرد

1. کمیت ورودی
2. نوع و بازۀ خروجی
3. نحوه اتصال
4. نوع تغذیه
5. دقت و تکرارپذیری مبدل

I/P ترانسدیوسر یا مبدل I to P سیگنال الکترونیکی را به پنوماتیکی تبدیل میکند که میتواند در موارد متعددی از جمله پوزیشنر ولو کاربرد داشته باشد. سیگنال ورودی معمولا 4-20 میلی آمپر و خروجی 3 تا 15 psi یا 2/. تا یک بار است . این مبدلهای در مدلهای نصب تنها و نصب به صورت بر روی رک (rack mounted) موجود میباشند . در صنایع کنونی با توجه به منسوخ شدن استفاده از سیگنالهای پنوماتیکی جهت پروسس و انجام کنترل و رکورد اطلاعات با استفاده از این مبدلها علاوه بر اینکه می توان از تجهیزات پنوماتیکی مانند ولوهای قدیمی یا فلوترانسمیتر های با خروجی پنوماتیکی استفاده کرد با کمک این مبدلهای از نوع I to P و یا P to I میتوان سیگنال الکتریکی را به پنوماتیکی و سیگنال پنوماتیکی را به الکتریکی در مواقع لزوم تبدیل کرد .