Seviye Kontrol Uygulamaları

Endüstride bir dizi seviye kontrol sistemi ve yöntemi kullanılmaktadır. Sistemler şamandıraların, probların veya daha gelişmiş teknolojilerin kullanımına dayalı olabilir. Bu eğitim, ayarlanabilir ve ayarlanamayan açık/kapalı kontrol ve sıvıların modülasyonlu kontrolünü sağlamak için probların kullanımını incelemektedir. Basit akış kontrol uygulamaları da ele alınmaktadır.

Sıvı seviyelerinin kontrolü, örneğin bir proseste tankta, önemli bir fonksiyondur. Bir örnek, suyun çıkarıldığı (belki yıkama için) ve bir sonraki yıkama döngüsü için seviyenin geri kazanılması gereken bir sıcak su tankı olabilir.Su seviyesinin kontrolü ve buhar kazanları için alarmlar bu Modülden özellikle hariç tutulmuştur ve okuyucu konuyu derinlemesine ele alan Blok 3’e (Kazan Dairesi) yönlendirilir.Endüstride, geniş bir proses yelpazesini kapsayan birçok farklı türde seviye kontrol sistemi kullanılmaktadır. Bazı prosesler, sıvılar dışındaki ortamlarla ilgilenecektir, örneğin kuru tozlar ve kimyasal hammaddeler. Ortam yelpazesi o kadar geniştir ki, hiçbir tek enstrüman tüm uygulamalar için uygun değildir.Bu geniş uygulama yelpazesine hizmet etmek için birçok sistem mevcuttur. Aşağıdaki liste eksiksiz değildir, ancak çoğu durumda son kontrol sinyali, uygulamaya uygun pompaları veya vanaları çalıştırmak için kullanılacaktır:Şamandıralı tipler - bir şamandıra sıvı seviyesindeki değişikliğe göre yükselir ve düşer ve aralıkta önceden belirlenmiş noktalarda anahtarları çalıştırır.Katı prob tipleri - bunlar iletkenliği veya kapasitansı ölçer ve sonraki sayfalarda daha ayrıntılı olarak tartışılmaktadır.Çelik halat kapasitans tipleri - esnek bir çelik halat sıvıya asılır ve kapasitans değişimi su seviyesindeki değişikliğe göre ölçülür.Ultrasonik tipler - yüksek frekanslı akustik bir darbe, ölçülen ortamın yüzeyine dönüştürücüden yönlendirilir ve sıcaklığı ve havadaki ses hızını bilerek, darbenin sensöre geri dönmesi için geçen süre seviyeyi belirlemek için kullanılır.Mikrodalga radar tipleri - prensip olarak ultrasonik türe benzer, ancak akustik enerji yerine yüksek frekanslı elektromanyetik enerji kullanır.Hidrostatik tipler - bir basınç vericisi, sensörün üzerindeki sıvı başının sınırlandırılmış hidrostatik basıncı ile dış atmosfer basıncı arasındaki basınç farkını ölçmek için kullanılır. Basınçtaki değişiklikler, baş farkına göre 4-20 mA çıkış sinyaline dönüştürülür.Fark basınç tipleri - hidrostatik benzer, ancak ölçülen uygulamanın statik basınca ek olarak dinamik basınca maruz kaldığı durumlarda kullanılır. Çıkış sinyal aralığına göre küçük basınç değişikliklerini ölçme yeteneğine sahiptirler. Tipik uygulamalar, bir kazan buhar tamburundaki su seviyesini veya bir yeniden buharlaştırıcı kondens cebindeki kondens seviyesini ölçmek olabilir.Manyetik tipler - bir şamandıra veya koni, ölçülen tank akışkanında tutulan paslanmaz çelik bir prob boyunca yükselip düşebilir. Şamandıra, kontrolöre geri bilgi gönderen tankın dışındaki anahtarlarla manyetik olarak etkileşime girebilir.Torsiyon tipleri - hareketli bir şamandıra mili, bir torsiyon dönüştürücüsü tarafından ölçülen bir torsiyon değişikliği üretir.Seviye kontrol sisteminin uygulama için doğru olduğundan ve seçimden önce üreticiden uzman tavsiyesi alınmasının önemli olduğunu unutmayın.Yukarıdaki tüm kontrol türlerinin artı ve eksilerini ve potansiyel uygulamalarını tartışmak bu Modülün kapsamı dışındadır, çünkü buhar ve kondens döngüsünde ve ilişkili uygulamalarında genellikle kullanılan seviye kontrol sistemi türleri şamandıra ve katı prob tipleridir. Şamandıra tiplerinin çalışması oldukça açıklayıcıdır, ancak iletkenlik ve kapasitans problarının bazı açıklamalara ihtiyacı olabilir. Bu nedenle, bu bölüm ağırlıklı olarak iletkenlik ve kapasitans prob tipi seviye kontrollerine odaklanacaktır.

Seviye kontrolü elde etme yöntemleri

Seviye kontrolü elde etmenin üç ana yöntemi vardır:

Ayarlanamayan açık/kapalı seviye kontrolü.
Ayarlanabilir açık/kapalı seviye kontrolü.
Modülasyonlu seviye kontrolü. Ayarlanamayan açık/kapalı seviye kontrolü (Şekil 8.3.1) Son kontrol elemanı, açık/kapalı anahtarlanan bir pompa veya açılıp kapanan bir vana olabilir. Genellikle iki ana türde açık/kapalı seviye kontrol sistemiyle karşılaşılır; şamandıra çalıştırma tipleri ve iletkenlik probları kullanan tipler. Şamandıra tipi seviye kontrolleri, bir kontrol vanasının doğrudan hareketine veya sıvının yüzeyinde hareket eden bir şamandıra tarafından çalıştırılan elektrik anahtarlarına dayanır. İletkenlik probları (Şekil 8.3.1’e bakın) birkaç prob ucuna sahip olabilir; kontrol noktaları, ayrı uçların farklı uzunluklarda kesildiği yerlerde konumlandırılır. Ayarlanabilir açık/kapalı seviye kontrolü (Şekil 8.3.2) Yine, son kontrol elemanı açık/kapalı anahtarlanan bir pompa veya açılıp kapanan bir vana olabilir. Kontrol noktalarını ayarlamak için kullanılan bir yöntem, bir kapasitans probudur (Şekil 8.3.2’ye bakın). Prob seviyeyi izleyecek, kontrol noktaları kontrolör tarafından ayarlanacaktır. Kapasitans probları, istenen seviyeyi elde etmek için uzunlukta kesilmez ve tabii ki tüm prob uzunluğu tüm kontrol aralığı için yeterli olmalıdır. Modülasyonlu seviye kontrolü (Şekil 8.3.2) Son kontrol elemanı, izlenen seviyenin bir fonksiyonu olarak tamamen açık ve tamamen kapalı arasında bir noktaya ayarlanabilen bir vana olabilir. Modülasyonlu seviye kontrolü, bir iletkenlik probu kullanılarak gerçekleştirilemez. Kapasitans probları bu amaç için idealdir (Şekil 8.3.2’ye bakın). Bu tür sistemlerde, pompa sürekli çalışabilir ve vana uygun miktarda sıvının geçmesine izin verecektir. Alternatif olarak, son kontrol elemanı bir pompa üzerindeki değişken hızlı tahrik olabilir. Tahrikin hızı seçilen bir aralık boyunca ayarlanabilir. Alarmlar - genellikle aşağıdakilerden birini uyarmak için gereklidir:
Tankın taşma riski ve sıcak sıvının dökülmesi, personele yönelik eşlik eden tehlike ile yüksek alarm.
Tank su seviyesinin çok düşük olması riski, tanktan çeken bir pompaya zarar verme veya proses için sıvının tükenmesi potansiyeli ile düşük alarm. Türbülanslı koşullarda şamandıraların ve probların kurulumu Bazı tanklarda ve kaplarda, düzensiz ve temsilci olmayan sinyallere yol açabilecek türbülanslı koşullar mevcut olabilir. Bu tür koşulların muhtemelen mevcut olması (veya zaten mevcut olması) durumunda, şamandıraların veya probların koruma tüpleri içinde kurulması önerilir. Bunlar, algılanan su seviyesi üzerinde bir sönümleme etkisine sahiptir. Bu Modülün geri kalanı, seviye kontrol uygulamaları için şamandıralar yerine problarla ilgilenmektedir.

Ayarlanamayan açık/kapalı seviye kontrolü

Açıklama

Ayarlanamayan açık/kapalı seviye kontrolü, bir elektronik kontrolöre bağlı bir iletkenlik probu kullanır. Prob tipik olarak üç veya dört uca sahiptir ve her biri istenen anahtarlama veya alarm seviyesini elde etmek için kurulum sırasında uzunlukta kesilir (Şekil 8.3.3’e bakın).

Probun ucu sıvıya daldırıldığında, suyun nispeten yüksek iletkenliğini kullanarak tank metal işi ve kontrolör aracılığıyla bir elektrik devresini tamamlar.
Su seviyesi ucun altına düştüğünde, devre direnci önemli ölçüde artar ve kontrolöre ucun sıvıya daldırılmadığını gösterir.
Açık/kapalı seviye kontrolü ile basit bir ‘içeri pompalama’ sistemi durumunda:
Su seviyesi bir ucun altına düştüğünde vana açılır.
Su seviyesi başka bir uca temas edecek şekilde yükseldiğinde vana kapatılır.
Diğer uçlar düşük veya yüksek alarmları etkinleştirmek için kullanılabilir. Avantaj: Basit ama doğru ve nispeten ucuz bir seviye kontrol yöntemi. Uygulamalar: Sistem, iletkenliği 1 μS/cm veya daha yüksek olan sıvılar için kullanılabilir ve kondens tankları, besleme suyu tankları ve proseste küvetleri veya kapları için uygundur. İletkenliğin bu seviyenin altına düştüğü durumlarda kapasitans tabanlı seviye kontrolleri kullanılması önerilir. Dikkat edilecek nokta: Tank iletken olmayan bir malzemeden yapılmışsa, elektrik devresi başka bir prob ucu aracılığıyla gerçekleştirilebilir.

Ayarlanabilir açık/kapalı seviye kontrolü

Açıklama Ayarlanabilir açık/kapalı seviye kontrol sistemi, bir kontrolör ve bir kapasitans probundan oluşur (Şekil 8.3.4’e bakın) ve şunları sağlar:

Vana açık/kapalı kontrolü artı bir alarm noktası.
Alternatif olarak iki alarm - yüksek ve düşük. Vananın çalıştığı seviyeler kontrolör fonksiyonları aracılığıyla ayarlanabilir. Avantaj: Ayarlanabilir açık/kapalı seviye kontrolü, prosesti kapatmadan seviye ayarlarının değiştirilmesine olanak tanır. Dezavantaj: Ayarlanamayan açık/kapalı kontrolden daha pahalı. Uygulamalar: Düşük iletkenliğe sahip olanlar dahil çoğu sıvı için kullanılabilir. Dikkat edilecek nokta: Sıvı yüzeyinin türbansız olduğu durumlarda kullanılabilir ve yerleşik elektronik, pompanın (veya vananın) hızlı açık/kapalı döngüsünü önlemek için ayarlanabilir.

Modülasyonlu seviye kontrolü

Açıklama Modülasyonlu seviye kontrol sistemi, tipik olarak 4-20 mA’lik modülasyonlu bir çıkış sinyali sağlayan bir kapasitans probu ve uygun kontrolörden oluşur. Şekil 8.3.5’e bakın. Bu çıkış sinyali, aşağıdakiler dahil çeşitli cihazları etkilemek için kullanılabilir:

Bir kontrol vanasını modüle etmek.
Değişken hızlı bir pompa tahriki çalıştırmak. Avantaj:

Prob ve kontrolör, bir cihazı çalıştırmak için güç sağlamak yerine yalnızca diğer cihazların tepki verdiği bir sinyal sağladığından, uygulamanın boyutu üzerinde bir sınır yoktur.
Tank içinde seviyenin sabit kontrolü. Dezavantaj:
İletkenlik probu sisteminden daha pahalı.
İletkenlik probu sisteminden daha karmaşık.
Besleme sistemi sürekli olarak şarjlı olmalıdır.
‘Bekleme’ çalışması için daha az uygundur.
Muhtemelen daha yüksek elektrik tüketimi. Dikkat edilecek nokta: Besleme pompasını kapalı bir modülasyonlu vanaya karşı pompalarken aşırı ısınmaktan korumak için, pompa üzerinden minimum akış hızını sağlamak için bir geri sirkülasyon veya geri akış hattı sağlanır (Şekil 8.3.5’te gösterilmemiştir).

Buhar akış kontrol uygulamaları

Buhar akışının kontrolü, basınç ve sıcaklık kontrolünden daha az yaygındır, ancak basınç veya sıcaklık kontrolünün mümkün olmadığı veya proses hedeflerine ulaşmak için uygun olmadığı uygulamalarda kullanılır. Aşağıdaki bölümler, buhar akışının ölçülmesi ve kontrolü hakkında daha fazla bilgi verir.

Akış kontrol sistemi

Tipik uygulamalar:

Kazan tesisindeki ileri besleme sistemlerinde, kazandan buhar akış hızı diğer kontrol noktalarını etkileyecektir, örneğin: besleme suyu tamamlama hızı ve brülör ateşleme hızı.
Yeniden nemlendirme proseste, nakliye veya depolama için kurutulmuş bir ürüne ölçülen miktarda buhar (su) enjekte edilir. Bunun örnekleri tütün, kahve ve hayvan yemi endüstrilerinde bulunabilir.
Parti proseste, deneyimden bilindiği üzere ölçülen miktarda buhar, ürün üzerinde istenen sonucu üretecektir. Akış hızını kontrol etmek için kullanılan bileşenlerin seçimi ve uygulaması dikkatli düşünce gerektirir. Akış ölçer (boru hattı dönüştürücü) Akış ölçer, akışı ölçülebilir bir sinyale dönüştüren bir boru hattı dönüştürücüsüdür. En yaygın kullanılan boru hattı dönüştürücüsü, akışı fark basıncıyla ilişkilendirir. Bu basınç sinyali, fark basıncını elektrik sinyaline dönüştüren başka bir dönüştürücü (tipik olarak standart DP (fark basınç) vericisi) tarafından alınır. Bazı boru hattı dönüştürücüleri, bir DP vericisine ihtiyaç duymadan akış hızını doğrudan elektrik sinyaline dönüştürebilir. Şekil 8.3.6, akış ölçer boyunca ölçülen fark basıncını 4 - 20 mA elektrik sinyaline dönüştüren değişken alanlı bir akış ölçer ve standart DP vericisini gösterir. Standart DP vericisi, belirli bir yukarı akış basıncında çalışacak şekilde kalibre edilir; bu basınç değişirse, çıkış sinyali akışı doğru şekilde temsil etmeyecektir. Bu sorunun üstesinden gelmenin bir yolu, ortam doymuş buharsa bir basınç (veya sıcaklık) sinyali veya akışkan aşırı ısınmış buharsa basınç ve sıcaklık sinyali sağlamak, bir sonraki Bölümde açıklandığı gibi. Başka bir yol, basınç değişikliklerini otomatik olarak telafi eden bir kütle akışı DP vericisi kullanmaktır.

Olası bir bilgisayar ihtiyacı

Hatdaki akışkan buharsa, besleme basıncındaki varyasyonları telafi etmek için diğer sıcaklık ve/veya basınç sensörleri gerekebilir, Şekil 8.3.7’de gösterildiği gibi.

Çoklu girdiler, doymuş veya aşırı ısınmış buharın doğru ölçülmesine izin vermek için bu akış, basınç ve sıcaklık sensörlerinin her birinden gelen sinyalleri işlemesi gereken bir dizi elektronik buhar tablosu içeren ek bir akış bilgisayarının (veya PLC’nin) gerekli olacağı anlamına gelir. Yukarı akış basıncındaki değişiklikleri telafi etmek için bir akış bilgisayarı hemen mevcut değilse, sabit bir basınç sağlamak mümkün olabilir; belki istikrarlı ve doğru basınç kontrolü vermek için yukarı akış kontrol vanasını kullanarak (Şekil 8.3.7’de gösterilmemiştir). Bu basınç kontrol vanasının amacı, azaltılmış yerine sabit bir basınç sağlamak, ancak besleme borusuna doğal olarak bir basınç düşüşü getirecektir. Akış ölçer istasyonundan önce yerleştirilen bir ayırıcı, akış ölçeri ıslak buhardan koruyacak ve basınç kontrol vanasını da tel korumasından koruyacaktır. Kütle akışı DP vericisi kullanma Standart bir DP vericisi yerine bir kütle akışı DP vericisi kullanarak, Şekil 8.3.8’de gösterildiği gibi, doğru ölçüm sağlamak için bilgisayar ihtiyacı gerekmez. Bunun nedeni, kütle akışı vericisinin kendi buhar tablosu setini taşıması ve doymuş buhar besleme basıncındaki herhangi bir değişikliği telafi edebilmesidir. Ancak, maksimum veya minimum yükün zamanları gibi başka önemli akış ölçüm bilgileri gerekiyorsa veya belirli bir zaman diliminde akışı entegre etme ihtiyacı varsa, bir bilgisayar yine de kullanılabilir. Hangi sistem kullanılırsa kullanılsın, akış hızı kontrol edilecekse bir kontrolör hala gereklidir.

Kontrolör DP vericiden veya bilgisayardan gelen çıkış sinyali, kontrol vanası aktüatörünün kabul edebileceği türden olsa bile, aşağıdaki nedenlerden dolayı bir kontrolör hala gereklidir (herhangi bir diğer kontrol sistemi türü için olduğu gibi):

Bazı akış ölçerlerden/bilgisayarlardan gelen çıkış sinyali, bir çizelge kayıt cihazının başarılı bir şekilde çalışması için yeterli bilgi verecek uzun bir zaman tekrar aralığına (yaklaşık 3 saniye) sahiptir, ancak bir kontrol vanası için yeterli tepki sunmayabilir. Bu, verici sinyalinin beslendiği kontrolör veya PLC daha yüksek hızlarda çalışıyorsa, prosesin kararsız hale gelebileceği anlamına gelir.
PID fonksiyonları bir kontrolör olmadan mevcut değildir.
Bir kontrolör olmadan bir ayar noktası seçmek mümkün olmayacaktır.
Sinyalin vana hareketine göre kalibre edilmesi gerekir - kalibrasyon olmadan büyük ölçüde aşırı boyutlandırılmış veya yetersiz boyutlandırılmış bir vana kullanmanın etkileri kolayca sorunlara neden olabilir.

Özet

Genellikle akış ölçüm cihazını akış kontrol vanasının yukarı akışına kurmak daha iyidir. Daha yüksek basınç boyutunu en aza indirecek ve daha uygun maliyetli olmasını sağlayacaktır. Ayrıca akış ölçerin daha sabit bir buhar basıncına (ve yoğunluğa) maruz kalması ve aşağı akış kontrol vanasından gelen türbülansın daha az etkilenmesi muhtemeldir.Bazı durumlarda, uygulamanın sabit bir akış hızında kontrol etmesi gerekebilir. Bu, yüksek çevirme oranları gibi özelliklerin önemli olmadığı ve plaka akış ölçerlerin uygun olduğu anlamına gelir.Ancak, akış hızı büyük miktarlarda değiştirilecekse, ‘çevirme’ ele alınması gereken bir konu haline gelir.Akış ölçümü konusu Blok 4’te daha derinlemesine tartışılmaktadır.