Kontrollerin Seçimi ve Seçilmesi

Bu eğitim, mevcut otomatik kontrol seçeneklerine (kendinden tahrikli, pnömatik veya elektrik gibi) ve seçimden önce alınması gereken kararlara odaklanacaktır. Güvenlik, kararlılık ve doğruluk olmak üzere üç en önemli dikkate dayalı olarak rehberlik sunulmaktadır.

Bu Modül, mevcut otomatik kontrol seçeneklerine ve seçimden önce alınması gereken kararlara odaklanacaktır. Burada bir dizi kural yerine rehberlik sunulmaktadır, çünkü gerçek kararlar değişen faktörlere bağlı olacaktır; bunlardan bazıları, maliyet, kişisel tercihler ve mevcut modalar gibi, burada yer alamaz.

Uygulama

Modül 5.1’in başında tartışılan üç temel parametreyi düşünmek önemlidir: Güvenlik, Kararlılık ve Doğruluk. Doğru kontrol vanasını seçmek için, uygulamanın ve prosesin kendisinin ayrıntıları gereklidir. Örneğin:

• Herhangi bir güvenlik özelliği söz konusu mu? Örneğin, enerji kesintisi durumunda vana arızada açık mı yoksa arızada kapalı mı olmalıdır? Üst ve alt limit için ayrı bir kontrol gerekiyor mu?
• Hangi özellik kontrol edilecektir? Örneğin, sıcaklık, basınç, seviye, akış?
• Ortam ve fiziksel özellikleri nedir? Akış hızı nedir?
• Kontrol vanası üzerindeki yük aralığı boyunca diferansiyel basınç nedir?
• Vana malzemeleri ve uç bağlantıları nelerdir?
• Hangi tür proses kontrol edilmektedir? Örneğin, ısıtma veya proses amaçlı kullanılan bir ısı eşanjörü mü?
• Sıcaklık kontrolü için, ayar noktası sıcaklığı sabit mi yoksa değişken mi?
• Yük sabit mi yoksa değişken mi ve değişkense, değişim için zaman ölçeği nedir, hızlı mı yavaş mı?
• Korunacak sıcaklık ne kadar kritik?
• Tek döngülü mü yoksa çok döngülü kontrol mü gerekiyor?
• Kontrol tarafından başka hangi fonksiyonlar (varsa) yerine getirilecektir? Örneğin, bir ısıtma sisteminin normal sıcaklık kontrolü, ancak ‘kapalı’ dönemlerde ek donma koruması ile?
• Tesis veya proses tehlikeli bir alanda mı?
• Atmosfer veya ortam doğası gereği aşındırıcı mı yoksa vana dışarıya mı yoksa ‘kirli’ bir alana mı monte edilecek?
• Elektrik veya sıkıştırılmış hava gibi hangi tahrik gücü mevcut ve hangi voltaj ve basınçta?

Tahrik gücü

Bu, kontrolü çalıştırmak ve vanayı veya diğer kontrollü cihazı sürmek için güç kaynağıdır. Bu genellikle elektrik veya pnömatik sistem için sıkıştırılmış hava veya elektropnömatik sistem için her ikisinin karışımı olacaktır. Kendinden tahrikli kontrol sistemleri, çalışmak için harici bir güç kaynağına ihtiyaç duymaz; kapalı bir hidrolik veya buhar basınç sisteminden kendi güçlerini üretirler. Bir ölçüde, uygulamanın kendisinin detayları kontrol gücünün seçimini belirleyebilir. Örneğin, kontrol tehlikeli bir alandaysa, pahalı intrinsik güvenli veya patlamaya dayanıklı elektrik/elektronik kontrollere tercih edilebilir. Aşağıdaki özellikler, çeşitli güç kaynağı seçenekleri hakkında genel bir yorum olarak listelenmiştir:

Kendinden tahrikli kontroller

Avantajlar:

• Dayanıklı, basit, ‘dost olmayan’ ortamlara karşı toleranslı.
• Kurulumu ve devreye alımı kolaydır.
• Çok yüksek değişkenlik oranı ile oransal kontrol sağlar.
• Kabul edilemez bir sıcaklık aşımı durumunda arızada açık veya arızada kapalı olan kontroller elde edilebilir.
• Tehlikeli alanlarda güvenlidirler.
• Nispeten bakımsızdır. Dezavantajlar:
• Kendinden tahrikli sıcaklık kontrolleri nispeten yavaş tepki verebilir ve İntegral ve Türevsel kontrol fonksiyonları sağlanamaz
• Veriler yeniden iletilemez.

Pnömatik kontroller

Avantajlar:

• Dayanıklı.
• Çok hızlı çalışırlar, bu da onları proses değişkenlerinin hızla değiştiği proseslere uygun hale getirir.
• Aktüatörler, yüksek diferansiyel basınçlara karşı vanaları çalıştırmak için yüksek bir kapatma veya açma kuvveti sağlayabilir.
• Vana konumlayıcıların kullanımı, hassas ve tekrarlanabilir kontrol sağlayacaktır.
• Saf pnömatik kontroller doğası gereği güvenlidir ve aktüatörler sorunsuz çalışma sağlar.
• Ek maliyet veya zorluk olmadan arızada açık veya arızada kapalı çalışma sağlayacak şekilde düzenlenebilir. Dezavantajlar:
• Zaten bir besleme yoksa, gerekli sıkıştırılmış hava sistemi kurulumu pahalı olabilir.
• Sıkıştırılmış hava sisteminin düzenli bakımı gerekebilir.
• Temel kontrol modu açık/kapalı veya oransaldır, ancak P+I ve P+I+D kombinasyonları mevcuttur, ancak genellikle eşdeğer bir elektronik kontrol sisteminden daha yüksek maliyetle.
• Kurulum ve devreye alma basittir ve mekanik doğadadır.

Elektrik kontroller

Avantajlar:

• Son derece hassas konumlandırma.
• Açık/kapalı veya P+I+D kontrol modu kombinasyonları ve çok fonksiyonlu çıkışlarla yüksek çok yönlülük sağlayan kontrolörler mevcuttur. Dezavantajlar:
• Elektrikli vanalar nispeten yavaş çalışır, bu da onları hızla değişen proses parametreleri için her zaman uygun kılmaz, örneğin hızlı değişen yüklerde basınç kontrolü.
• Kurulum ve devreye alma hem elektrik hem de mekanik ticaretleri içerir ve kablo döşeme ile ayrı bir güç kaynağının kurulum maliyeti hesaba katılmalıdır.
• Elektrikli aktüatörler pnömatik muadillerine göre daha az sorunsuz olma eğilimindedir. Arızada açık veya arızada kapalı fonksiyonlar için yaylı dönüş aktüatörleri gereklidir: Bu, mevcut kapatma kuvvetini önemli ölçüde azaltabilir ve genellikle daha pahalıdırlar.
• Tehlikeli alanlarda kullanım için intrinsik güvenli veya patlamaya dayanıklı elektrik kontrolleri gereklidir; pahalı bir öneridir ve bu nedenle aşağıda açıklandığı gibi pnömatik veya elektropnömatik bir çözüm gerekebilir. Bu tür tehlikeli alanlar için özel kurulum teknikleri gereklidir

Elektropnömatik kontroller

Avantajlar:

• Elektropnömatik kontroller, elektronik ve pnömatik kontrollerin en iyi özelliklerini birleştirebilir. Bu tür sistemler, pnömatik tahrikli vanalar, elektrik/elektronik kontrolörler, sensörler ve kontrol sistemleri ile elektropnömatik konumlayıcılardan veya dönüştürücülerden oluşabilir Kombinasyon, pnömatik aktüatör/vananın kuvvetini ve sorunsuz çalışmasını, elektronik kontrol sisteminin hızı ve doğruluğu ile birleştirir. Maliyet cezası olmadan arızada açık veya arızada kapalı çalışma sağlanabilir ve uygun bariyerler kullanılarak ve/veya kontrol sisteminin elektrik/elektronik kısmını ‘güvenli’ (tehlikesiz) alanlarla sınırlandırarak, intrinsik güvenliğin gerekli olduğu yerlerde kullanılabilirler. Dezavantajlar:
• Elektrik ve sıkıştırılmış hava beslemeleri gereklidir, ancak bu normalde endüstriyel işleme ortamlarında bir sorun değildir. Uygulamayı ve gerekli güç kaynağını düşünürken hesaba katılması gereken üç önemli faktör vardır:
• Yükteki değişiklikler.
• Ayar değerinin kritik olup olmadığı.
• Ayar değerinin değiştirilip değiştirilmeyeceği Şekil 5.4.1 ve 5.4.2’deki diyagramlar açıklamaya yardımcı olur.

Hangi tür kontroller kurulmalıdır?

Farklı uygulamalar farklı türde kontrol sistemleri gerektirebilir. Yük varyasyonları oldukça yavaşsa ve offset kabul edilebiliyorsa kendinden tahrikli ve pnömatik kontroller kullanılabilir, aksi takdirde elektropnömatik veya elektrik kontrolleri kullanılmalıdır. Şekil 5.4.3, bazı farklı uygulamaları ve hangi kontrol yönteminin kabul edilebileceğine dair önerileri gösterir.

Vana ve aktüatör türleri

Aktüatör türü, seçilen tahrik gücü tarafından belirlenir: kendinden tahrikli, elektrik, pnömatik veya elektropnömatik, birlikte kontrol doğruluğu ve aktüatör hızı gereksinimi ile. Vana seçimiyle ilgili olarak, akışkan ortam olarak buhar ile, seçim iki portlu bir vanayla sınırlıdır. Ancak ortam su veya başka bir sıvı ise, iki portlu veya üç portlu vanalar arasında bir seçim vardır. Boru sisteminin dinamikleri üzerindeki temel etkileri zaten tartışılmıştır. Bir su uygulaması genellikle sıvı akışını karıştırmak veya yönlendirmek için üç portlu bir vananın kullanılıp kullanılmayacağını belirler. İki portlu vanalarla sistem basıncındaki değişiklikler kabul edilebilirse, üç portlu vanalara göre avantajları daha düşük maliyet, basitlik ve daha ucuz bir kurulumdur. İki portlu vanaların seçimi, yerleşik sistem basıncı değişimini sıralı pompaları açmak için veya bir değişken hızlı pompanın pompalama hızını yük talebine göre azaltmak veya artırmak için kullanmaya da izin verebilir. Gerçek vanayı seçerken, daha önce düşünülen tüm faktörler hesaba katılmalıdır; bunlar arasında gövde malzemesi, gövde basınç/sıcaklık sınırları, gerekli bağlantılar ve doğru boyutlandırma yönteminin kullanımı yer alır. Ayrıca vana/aktüatör kombinasyonunun, tüm yük durumlarında karşılaşılan diferansiyel basınca karşı çalışabileceğinden emin olmak da gerekir. (Buhar sistemlerinde diferansiyel basınç genellikle maksimum yukarı akış mutlak buhar basıncı olarak kabul edilir. Bu, vananın aşağı akış tarafında atmosfer altı basınçta buhar olasılığını hesaba katar.)

Kontrolörler

Güvenlik her zaman büyük önem taşır. Enerji kesintisi durumunda, vana açık veya kapalı konumda arızada güvenli olmalı mı? Kontrol, doğrudan işleyen (ölçülen değişken artışında kontrolör çıkış sinyali artar) mi yoksa ters işleyen (ölçülen değişken artışında kontrolör çıkış sinyali düşer) mi olmalıdır? Uygulama yalnızca açık/kapalı kontrol gerektiriyorsa, bir kontrolöre hiç ihtiyaç duyulmayabilir. İki pozisyonlu bir aktüatör, bir röle veya termostat gibi bir anahtarlama cihazından çalıştırılabilir. Bir uygulama çok yönlülük gerektiriyorsa, bir elektronik kontrolörün çok fonksiyonlu yeteneğine ihtiyaç vardır; belki sıcaklık ve zaman kontrolü, çok döngülü, çoklu giriş/çıkış ile. Bir kontrolöre ihtiyaç duyulduğu belirlendikten sonra, hangi kontrol eyleminin gerekli olduğunu belirlemek gerekir, örneğin açık/kapalı, P, P I veya P I D. Yapılan seçim, prosesin dinamiklerine ve daha önce düşünülen tepki türlerine, artı gerekli kontrol doğruluğuna bağlıdır. Devam etmeden önce, ‘iyi kontrol’ün ne anlama geldiğini tanımlamak yararlıdır. Bu sorunun basit bir cevabı yoktur. Şekil 5.4.4’te gösterildiği gibi yük değişikliklerine farklı tepkileri düşünün.

Kendinden tahrikli kontrol, ‘birincil taraf’ kapasitesine kıyasla çok büyük bir ‘ikincil taraf’ termal kapasitesinin olduğu uygulamalar için normalde uygundur.

Şekil 5.4.5’te gösterildiği gibi, büyük hacimde depolanmış suyun bir buhar bobini ile ısıtıldığı bir sıcak su depolama kaloriferini düşünün.

Kapta bulunan su soğuk olduğunda, vana tamamen açık olacak ve depolanan su istenen sıcaklığa ısıtılana kadar buharın bobine girmesine izin verecektir. Kaptan sıcak su çekildiğinde, yerini almak için kapa giren soğuk su, kap içindeki su sıcaklığını düşürecektir. Kendinden tahrikli kontroller nispeten büyük bir oransal banda sahip olacak ve sıcaklık düşer düşmez vana açılmaya başlayacaktır. Su ne kadar soğuksa, buhar vanası o kadar açık olur.

Şekil 5.4.6, birincil veya ikincil tarafta az termal depolama kapasitesine sahip ve hızlı tepki süresi olan depolamasız plaka tipi bir ısı eşanjörü göstermektedir. Yük hızla değişirse, kendinden tahrikli kontrol sisteminin başarılı bir şekilde çalışması mümkün olmayabilir. Daha iyi bir çözüm, yük değişikliklerine hızlı tepki verecek ve aynı zamanda doğruluk sağlayacak bir kontrol sistemi kullanmak olacaktır.