Kontrollerin kurulumu ve devreye alınması

Vanalar, aktüatörler, sensörler, kontrolörler ve daha fazlası için pratik kurulum ve devreye alma tavsiyeleri.

Vanalar

Bir kontrol vanası kurmadan önce, boyutunun, basınç derecesinin, malzemelerinin ve uç bağlantılarının vananın çalışması beklenen koşullar için uygun olduğundan emin olmak gerekir. Otomatik kontrol ekipmanının tüm saygın üreticileri, ekipmanlarının doğru kurulum prosedürünü kapsayan ayrıntılı talimatlar sağlayacaktır. Ekipmanın nasıl kurulacağına dair verilerin yanı sıra gerçekleştirilecek rutin ve düzenli bakımlar da sağlanacaktır. Çoğu durumda, üretici ayrıca yerinde bir devreye alma hizmeti de sunacaktır. Bazı durumlarda, düzenli bir satış sonrası bakım sözleşmesi kabul edilebilir. Modül 5.5, kurulumdan önce dikkate alınması gereken ana noktaları kapsar. Kontrol vanasının yukarı ve aşağı akışındaki boru temiz ve engelsiz olmalıdır. Vananın doğru çalışması, hat bozulma gerilmelerine maruz kalırsa bozulacaktır. Tüm flanşlı bağlantıların kare ve düz olduğundan ve boru tesisatının yeterli şekilde desteklendiğinden emin olmak önemlidir. Kontrol vanaları genellikle mileler dikey olacak şekilde yatay boru tesisatına kurulmalıdır. Boru tesisatı sistemleri genellikle kullanımdan önce basınç testine tabi tutulacaktır. Bu test, normal çalışma koşullarının üzerinde bir basınçta gerçekleştirilebilir. Kontrol vanasının ve iç parçalarının bu daha yüksek test basıncına dayanacak şekilde tasarlandığından emin olmak gerekir. Kontrol vanaları özünde enstrümanlardır ve kir veya diğer aşındırıcı veya engelleyici maddelerin girmesine izin verilirse hasar görecektir. Çoğu uygulamada, herhangi bir kontrol vanasının yukarı akışına boru hattı süzgeçleri takarak bunu önlemek esastır. Vanalar, bezlerin yeniden paketlenmesi ve iç parçaların değiştirilmesi gibi rutin bakımlar için erişilebilir olmalıdır. Bu tür işleri kolaylaştırmak için, vananın her iki tarafında tam çaplı desende izolasyon vanaları, iş yürütülürken tesis duruş süresini en aza indirecektir. Bir tesis her durumda çalışır durumda tutulmalıysa, bir kontrol vanası incelenirken veya bakım yapılırken bile, vanalı bir baypas takmak gerekebilir. Ancak baypasta kullanılan vana kaliteli olmalı ve karakterize bir boğma vanası veya doğru Kvs’ye sahip başka bir kontrol vanası olmalıdır. Normal çalışma sırasında vanadan sızıntı, kontrol sisteminin eylemini etkileyecektir. Manuel baypasların herhangi bir koşulda takılması önerilmez. Kontrol vanası, vanadan geçen ortamın doğru akış yönünü sağlamak için kurulmalıdır. Genellikle kontrol vanasının gövdesine ‘akış yönü’ oku dökülür. Vananın uygun bir akış kapasitesine sahip olması ve kabul edilebilir bir basınç düşüşü yaratması gerekir. Buhar hatlarında, Şekil 5.5.1’de gösterildiği gibi, vananın yukarı akışına bir buhar ayırıcı ve/veya bir tahliye noktası sağlamak önemlidir. Bu, aksi takdirde hizmet ömrünü azaltacak kondensin kontrol vanasından taşmasını önleyecektir. Kontrol vanasının herhangi bir süre kapalı kalması muhtemelse, bu tahliye noktası da önemlidir. Bir kondens tahliyesi takılmazsa, vana açıldığında su darbesi ve potansiyel olarak ciddi hasar meydana gelebilir. Bir buhar ayırıcı ve süzgeç sağlanması, iyi bir buhar koşullandırması sağlar.

Aktüatörler/sensörler

Yine, üreticinin talimatlarına uyulmalıdır. Aktüatörler normalde kontrol vanasının dikey olarak üzerine monte edilir, ancak bir elektrikli aktüatör yüksek sıcaklıkta bir ortamı (buhar gibi) işleyen bir vanaya monte edilirse farklı düzenlemeler önerilebilir. Genellikle, aktüatörler aşırı ısı, yüksek nem veya aşındırıcı duman gibi koşullardan uzak konumlandırılmalıdır. Bunlar, diyafram veya elektrik/elektronik parçalar gibi bileşenlerde erken arızaya neden olabilir. Üreticiler, ekipmanları için önerilen maksimum ortam sıcaklığı koşullarını belirtmelidir. Bazı elektrikli aktüatörlerde, aktüatör içinde yoğuşma meydana gelme olasılığı varsa, yerleşik ısıtıcılı modeller mevcuttur. Bu tür koşullardan kaçınılamıyorsa, kurulan koşullara uygun aktüatörler satın alınmalıdır. Aktüatörler, konumlayıcılar vb. için muhafazalar, genellikle bir ulusal elektrik koduna uygun bir muhafaza derecesi taşıyacaktır. Bu, kutunun toz ve su girişine karşı bağışıklık derecesini belirtmelidir. Muhtemelen yıkanacaksa, su girişine karşı düşük dereceli muhafazaya sahip bir elektrikli aktüatör kullanmak değersizdir! Sensörlerin algılama fonksiyonlarını etkili bir şekilde yerine getireceklerse tamamen ve doğru şekilde daldırıldığından emin olmak için dikkatli olunmalıdır. Ceplerin kullanılması, boru tesisatı, kap veya proses tesisini boşaltmaya gerek kalmadan inceleme veya değiştirme yapılmasına olanak tanır. Buna karşılık, cepler tepki sürelerini geciktirecektir. Cebinde ısı iletim macunu kullanılması, tepkideki herhangi bir gecikmeyi en aza indirecektir.

Güç ve sinyal hatları

Pnömatik bir sistemle, sıkıştırılmış hava ve pnömatik sinyal hatları kuru, yağ ve kirden arınmış ve sızdırmaz olmalıdır. Pnömatik kontrolörü vanaya ve aktüatöre yakın konumlandırmak, sinyal hattının kapasitesi ve direncinden kaynaklanan gecikmeyi en aza indirecektir. Genellikle, vana, aktüatör ve herhangi bir konumlayıcı veya dönüştürücü, eksiksiz önceden monte edilmiş bir birim olarak tedarik edilir. Değilse, aktüatör vanaya ve konumlayıcı (pnömatik kontrol için) aktüatöre monte edilmesi gerekecektir. Daha sonra, üreticinin talimatlarına uygun olarak, doğru vana stroğu vb. elde edildiğinden emin olmak için düzgün bir şekilde kurulması gerekecektir.

Elektrik/elektronik ve elektropnömatik kontroller için elektrik kabloları

Çoğu zaman, birçok görünür ‘kontrol’ sorunu yanlış kablolamaya kadar izlenir. Aşırı bir örnekte karşılaşılan bariz bir sorunu belirtmek gerekirse, 110 V’luk bir beslemenin 24 V’luk bir motora bağlanması hasara yol açacaktır! Kablolama sistemiyle, üreticinin talimatlarına ve yerel düzenlemelere uygun olarak dikkatli olunmalıdır. Elektrik sistemlerinde ‘gürültü’ veya elektriksel parazit sıklıkla karşılaşılır ve teşhis edilmesi zor çalışma sorunlarına yol açar. Ekranlı kablo, ayrı olarak topraklanmış kanal veya kendinden tahrikli veya analog kontrolör kullanımı gerekebilir. Kablolar mekanik hasardan korunmalıdır.

Kontrolörler

Daha önce belirtildiği gibi, uygulama genellikle kontrol sisteminin tepki süresinden daha yavaş olan değişiklikler üretecektir. Bu nedenle kontrolör parametreleri, oransal bant veya kazanç, integral süre ve türevsel süre, her belirli uygulamaya/göreve uyacak şekilde ayarlanmalıdır. Kontrolör parametrelerini ayarlamak için birkaç yöntem vardır; bunların çoğu matematik kullanımını içerir. Bir kontrol döngüsünün davranışı matematiksel olarak tahmin edilebilir, ancak proses veya uygulama özellikleri genellikle zor olabilen ampirik ölçümle belirlenir. Tasarım ısı transfer oranlarına dayalı yöntemler bulunabilir, ancak bunlar bu Modülün kapsamı dışındadır. Kontrol parametrelerini ayarlamadan önce, her bir kontrol terimini (P, I ve D) ve ayarlarla ilgili üç seçeneği incelemek yararlıdır; örneğin, çok geniş, çok dar ve doğru.

P-bandı (Şekil 5.5.2)

P-bandı çok genişse, büyük bir offset oluşur ancak sistem çok kararlıdır (eğri A). P-bandını daraltmak offset’i azaltacaktır. Çok dar bir P-bandı kararsızlık ve salınıma neden olacaktır (eğri B). Optimum P-bandı, eğri C, kalıcı salınıma neden olan ayardan biraz daha geniş bir ayarla elde edilir.

P-bandının (oransal eylem) özeti

Doğru P-bandı = İyi kararlılık, iyi tepki Biraz offset

Daha geniş P-bandı = Daha iyi kararlılık, daha yavaş tepki Daha büyük offset

Daha küçük P-bandı = Kararsızlık, daha hızlı tepki Salınımla daha küçük offset

İntegral eylem (Şekil 5.5.3)

Çok kısa bir integral süresiyle, sıcaklık (eğri A) ayar noktasını geçecek ve biraz salınım meydana gelecektir. Aşırı bir integral süresi, sıcaklığın ayar noktasına geri dönmesinin çok uzun sürmesiyle sonuçlanacaktır (eğri B). Eğri C, sıcaklığın herhangi bir aşırı atlama veya salınım olmadan mümkün olduğunca hızlı bir şekilde ayar noktasına döndüğü doğru integral süresi ayarını gösterir.

Türevsel eylem (Şekil 5.5.4)

Aşırı bir türevsel süre, çok hızlı sıcaklık değişikliğine, aşırı atlamaya ve salınıma neden olacaktır (eğri B). Çok kısa bir türevsel süre, sıcaklığın ayar noktasından çok uzun süre sapmasına izin verir (eğri A). Optimum ayar, sıcaklığı mümkün olduğunca hızlı bir şekilde ayar noktasına döndürür ve iyi kararlılıkla tutarlıdır (eğri C).

Kontrolör ayarlamanın pratik yöntemleri

Her kontrolör, belirli bir sistemin özelliklerine uyacak şekilde ayrı ayrı ayarlanmalıdır. Kararlı ve hızlı kontrol elde etmenin birkaç farklı tekniği olmasına rağmen, Ziegler-Nicholls yöntemi çok etkili olduğunu kanıtlamıştır.

Ziegler-Nicholls yöntemi

Ziegler-Nicholls frekans tepkisi yöntemi (bazen kritik salınım yöntemi olarak da adlandırılır), gerçek yük için kontrolör ayarlarını belirlemede çok etkilidir. Yöntem, kontrolörü kararsızlık noktasına ulaşmak için bir amplifikatör olarak kullanır. Bu noktada tüm sistem, sıcaklığın sabit bir genlikle ayar noktası etrafında dalgalandığı bir şekilde çalışır (Şekil 5.5.5’e bakın). Kazançta küçük bir artış veya azaltılmış bir oransal bant, sistemi kararsız hale getirecek ve kontrol vanası artan genlikle salınmaya başlayacaktır. Tersine, artırılmış bir oransal bant prosesteki kararlılığı artıracak ve genlik artarak azaltılacaktır. Kararsızlık noktasında, ısı eşanjörü, kontrol vanası, aktüatör, boru tesisatı ve sıcaklık sensörü dahil olmak üzere gerçek çalışma koşulları için sistem özelliği elde edilir. Kontrolör ayarları, sıcaklık döngülerinin zaman periyodunu (Tn) okuyarak ve kararsızlık noktasındaki gerçek oransal bant ayarını okuyarak Ziegler-Nicholls yöntemiyle belirlenebilir.

Ziegler-Nicholls yöntemini kullanarak PID parametreleri için ayarları seçme prosedürü aşağıdaki gibidir:

1. İntegral süresini (Ti) maksimumuna artırarak kontrolördeki integral eylemi kaldırın.
2. Türevsel süreyi (TD) 0’a ayarlayarak kontrolörün türevsel eylemini kaldırın.
3. Proses kararlı bir duruma ulaşana kadar bekleyin.
4. Kararsızlık noktasına ulaşılana kadar oransal bandı azaltın (kazancı artırın).
5. Bir periyot için süreyi (Tn) ölçün ve bu noktadaki kontrolördeki gerçek P-bandı (oransal bant) ayarını kaydedin.
6. Bu ayarı başlangıç noktası olarak kullanarak, Şekil 5.5.6’daki değerlere göre uygun kontrolör ayarlarını hesaplayın.

Şekil 5.5.6 Ziegler-Nicholls hesaplaması

	Oransal bant	İntegral süre	Türevsel süre
P I D kontrol	P-bandı x 1.7	Tn/2	Tn/8
P I kontrol	P-bandı x 2.2	Tn/1.2
P kontrol	P-bandı x 2.0

Kontrolör ayarları, kararlılığı veya tepkiyi artırmak için daha fazla ayarlanabilir. PID parametrelerinin ayarının değiştirilmesinin kararlılık üzerindeki etkisi ve kontrolün tepkisi Şekil 5.5.7’de gösterilmiştir.

Şekil 5.5.7 PID ayarlarını değiştirmenin etkisi

Darbesiz geçiş

Kontrolörlerin teknik özellikleri birçok başka terim içerir ve sıkça karşılaşılanlardan biri ‘darbesiz geçiş’dir. Çoğu kontrolör, ‘Manuel’ – ‘Otomatik’ anahtarını içerir ve bazı kontrol durumlarının manuel kontrol gerektirdiği zamanlar olabilir. Bu, otomatik kontrol döngüsünün kesintiye uğramasını gerekli kılar. Darbesiz geçiş olmadan, Otomatik’ten Manuel’e ve tersi geçiş, manuel çıkış otomatik çıkışla eşleştirilmediği sürece kontrol seviyelerinin kaybolacağı anlamına gelir. Darbesiz geçiş, çıkışların - Manuel’den Otomatik’e veya Otomatik’ten Manuel’e - eşleşmesini sağlar ve yalnızca uygun anahtarı hareket ettirmek gerekir.

Kendinden ayarlı kontrolörler

Çağdaş mikroişlemciler, daha önce bir bilgisayar gerektiren bazı fonksiyonların kontrolörün sınırlı alanına sığdırılmasını sağladı. Bunların arasında, ‘kendinden ayar’ yeteneği vardı. Artık devreye alma mühendisinin PID terimlerini ayarlama sürecinden geçmesini gerektirmeyen kontrolörler uzun yıllardır mevcuttur. Kendinden ayarlı kontrolör, belirli bir süre için açık/kapalı kontrole geçer. Bu süre boyunca tepkilerinin sonuçlarını analiz eder ve kendi PID terimlerini hesaplar ve ayarlar. Kendinden ayar fonksiyonunun yalnızca sistem başlangıcı sırasında kendini uygulayabildiği bir dönem vardı; kontrolör tarafından ayarlandıktan sonra, prosesteki sonraki değişikliklere bakılmaksızın PID terimleri sabit kalırdı. Modern kontrolör artık adaptif fonksiyon olarak adlandırılan şeyi çalıştırabilir; bu yalnızca gerekli başlangıç PID terimlerini ayarlamakla kalmaz, normal çalışma koşulları sırasında prosesteki değişikliklere göre gerekirse bu terimleri izler ve yeniden ayarlar. Bu tür kontrolörler kolayca mevcuttur ve nispeten ucuzdur. Kullanımları, nispeten basit kontrol görevleri için bile giderek yaygınlaşmaktadır.