Бір әрекетті және екі әрекетті атқарғыштар: Таңдау критерийлері, қауіпсіздік дизайны және алаңдағы ақауларды анықтау

Негізгі айырмашылық және оның қауіпсіздік қолданбаларындағы маңызы

Бір бағытты әрекет ететін актуатор бір бағытта қозғалу үшін аспаптық ауаны пайдаланады және ауа алынып тасталғанда қауіпсіз күйге оралу үшін серіппені қолданады. Қос бағытты әрекет ететін актуатор екі бағытта да қозғалу үшін ауа қысымын пайдаланады. Қос бағытты актуатордан ауа алынып тасталғанда клапан соңғы күйінде қалады — ол қауіпсіз күйге қозғалмайды.

Бұл айырмашылық SIS қолданбаларында өте маңызды. IEC 61511 стандарты әрбір соңғы элементтің анықталған және тексерілетін қауіпсіз күйі болуы керек екенін талап етеді. Серіппе аккумуляторы немесе электро-гидравликалық резерві жоқ қос бағытты актуатор аспаптық ауа жоғалғанда бұл талапты қанағаттандыра алмайды. Бір бағытты серіппелі қайтару актуаторлары ауа жетіспеушілігі кезінде автоматты түрде қауіпсіз күй талаптарын орындайды, сондықтан олар SIL 1 және SIL 2 қолданбаларындағы ESD клапандары үшін әдепкі таңдау болып табылады. Woodward ProAct сериясы — электро-гидравликалық актуатор, яғни табиғи түрде қос бағытты, мұнда қауіпсіздік гидравликалық жабдықты серіппелі соленоид арқылы жабу арқылы қамтамасыз етіледі.

Таңдау матрицасы: Актуатор түрін қолданбаға сәйкестендіру

• SIL 1 немесе SIL 2 контурларындағы ESD оқшаулаушы клапандар: бір бағытты, серіппелі қайтару. Қауіпсіз күй тек серіппе арқылы, ауа немесе қуатсыз расталуы керек.
• 0.1% позиция дәлдігін талап ететін басқару клапандары: электро-пневматикалық позиционермен қос бағытты. Мысалға, қоректендіру суы басқару клапандары, компрессор анти-сорғы клапандары.
• Woodward ProAct сериясындағы турбина басқару клапандары: электро-гидравликалық, табиғи түрде қос бағытты. Қауіпсіздік гидравликалық жабдықты жабу және серіппелі соленоид арқылы цилиндрді босату арқылы қамтамасыз етіледі.
• Үлкен диаметрлі құбырлардағы (DN400-ден үлкен) көбелек клапандары: қос бағытты артықшылықты, себебі үлкен дискіні ағын жылдамдығына қарсы айналдыру үшін серіппенің күші тым үлкен серіппе пакетін талап етеді.
• SIL функциясы талап етілетін модуляциялы басқару: жартылай жүріс тесті мүмкіндігі бар қос бағытты актуатор. Allen-Bradley ControlLogix HART DTM арқылы 15% PST орындай алады және RSLogix 5000 AOI арқылы актуатор қолтаңбасын тіркейді.

Актуатор түрін таңдау туралы ақпаратты контур спецификация парағында қауіпсіздік талдауы сілтемесімен бірге құжаттаңыз. Бұл жазба IEC 61511 қауіпсіздік талаптары спецификациясының бөлігі болады.

Бір бағытты актуаторлар үшін серіппе қайтару күшін есептеу

Серіппе қайтару актуаторын өлшеу клапан білігінде ең нашар жағдайда қолжетімді таза моментті есептеуді талап етеді. Орындыққа тиетін қажетті серіппе моменті клапан орнықтыру моменті, максималды қысым айырмашылығындағы динамикалық момент және білік үйкелісінің қосындысына тең. 50 бар қысым айырмашылығындағы типтік 2 дюймдік Class 300 шар клапан үшін орнықтыру моменті шамамен 220 N·м. Үйкеліс үшін 15% және 10 жылдағы серіппе тозуы үшін 10% қосыңыз. Қамтамасыз ету қысымы минималды (әдетте 4.5 бар манометрлік) кезінде кемінде 280 N·м момент беретін серіппе пакетін көрсетіңіз.

Серіппе қайтару актуаторының ауа арқылы ашылу уақыты да маңызды. ESD клапаны SIL жауап беру уақыты шегінде жабылуы керек. Woodward ProAct басқару клапаны қолданбасында актуатордың 100%-дан 0%-ға дейінгі жауап беру уақыты турбина артық жылдамдық қорғау өшіру кешігуден (әдетте 200 мс) аз болуы тиіс. Woodward ProAct II актуаторының жиілік жауабы −3 дБ-де 5 Гц деп көрсетілген, бұл толық жүріс командасы үшін шамамен 70 мс қадамдық жауап береді — 200 мс бюджетке толық сәйкес.

Бір бағытты және қос бағытты актуаторлар үшін соленоид клапан сымдарын жалғау айырмашылықтары

Бір бағытты актуаторлар үшін: ауа беру үшін әдетте ашық (NO) соленоид клапанын пайдаланыңыз. Қуат өшірілгенде (ESD өшіру немесе қуат жоғалту кезінде) соленоид жабылып, актуатор цилиндрін желдетеді. Соленоидты SIS шығыс релесімен тізбектей жалғаңыз. Бір бағытты актуаторда әдетте жабық соленоид қолданбаңыз — қуат өшкенде соленоид ашылып, ауаны береді, серіппеге қарсы әрекет етеді.

Қос бағытты актуаторлар үшін: 5/2 бағытты басқару соленоидын пайдаланыңыз. Екі порт актуатор цилиндрінің қарама-қарсы ұштарына қосылады. ESD өшіру кезінде соленоид ауаның ағысын кері бағытқа ауыстырады, клапанды қарама-қарсы күйге жүргізеді. Қуат өшкенде актуаторды анықталған қауіпсіз күйге жеткізу үшін серіппелі қайтару 5/2 клапанын көрсетіңіз (детентті немесе қос соленоидты емес).

Allen-Bradley ControlLogix 1756-OB8EI оқшауланған шығыс модульдерінде соленоид орамдарын 24 VDC-де және әр орамға параллель еркін жүріс диодымен жалғаңыз. 1756-OB8EI электронды қысқа тұйықталудан қорғайды және жеке арна диагностикасын қамтамасыз етеді. RSLogix 5000 AOI “FinalElement” пайдаланып, шығыс күйін бақылап, позиционер кері байланысымен салыстырыңыз. 5%-дан астам сәйкессіздік 500 мс-ден ұзақ болса, ISA-18.2 басымдылығы 2-де клапан ақауы туралы дабыл қосылады.

Екі актуатор түрі үшін алаңдағы ақауды анықтау

• 1-қадам: HART коммуникаторы арқылы актуатор жауап беруін растаңыз. 0% позиция командасын жіберіп, клапан білігінің қозғалуын бақылаңыз. Егер позиция кері байланысы өзгерсе, бірақ білік қозғалмаса, білік қосқышы немесе йок рычагы сынған. Егер ешқайсысы өзгермесе, актуатор кірісіндегі ауа қысымын тексеріңіз (минимум 4.5 бар).
• 2-қадам — Бір бағытты: Ауа беру блок клапанын қолмен ашып, клапанның ауа қысымсыз жабылуын бақылап, серіппе қайтару күшін өлшеңіз. Қысымның 5 секундтан баяу төмендеуі соленоид пилоттық саңылауының бітелуін білдіреді — соленоидты тазалаңыз немесе ауыстырыңыз.
• 3-қадам — Қос бағытты: Ауа кірісі мен шығысы қысымдарын бір уақытта тексеріңіз. Қамтамасыз ету және шығару қысымдарының қосындысы аспаптық ауа басымдылығына тең болуы керек. Егер басымдылық 6.0 бар болса, бірақ қамтамасыз ету қысымы 4.0 бардан төмен болса, 5/2 соленоид денесінде бөгет бар деген сөз.
• 4-қадам: Allen-Bradley AI модулінде позиционер кері байланыс сигналын тексеріңіз. RSLogix 5000 арқылы 4–20 мА мәнін оқыңыз. 3.8 мА-дан төмен оқу сынған кері байланыс потенциометрі немесе LVDT қосылымын білдіреді. 20.5 мА-дан жоғары оқу кері байланыс сымдарында қысқа тұйықталуды көрсетеді. Екі ақау да PLC-де BAD сапа тегін тудырады және автоматты техникалық қызмет көрсету хабарламасын іске қосуы керек.
• 5-қадам — Woodward ProAct: RS-232 қызметтік порт арқылы Woodward ToolKit бағдарламасы орнатылған ноутбукты қосыңыз. Актуатор позициясын, қамтамасыз ету қысымын және басқару тогын нақты уақытта бақылаңыз. Командаланған ток пен актуатор позициясы арасындағы 5%-дан артық сәйкессіздік гидравликалық сервоспул ішіндегі ағып кетуді білдіреді — Woodward қызмет көрсету орталығында жөндеуді талап етеді.

Қорытынды және іс-әрекет бойынша кеңес

Бір бағытты және қос бағытты актуаторлар түбегейлі әртүрлі мақсаттарға қызмет етеді. ESD клапанына дұрыс емес түрді таңдау процесс төтенше жағдайында клапанның қате күйге өтуіне әкелуі мүмкін. Таңдау шешімі функционалдық қауіпсіздік жобалау кезеңінде қабылдануы тиіс, сатып алу өтінімінде емес.

Егер осы тоқсанда жаңа ESD клапандарын іске қосып жатсаңыз, актуатордың қауіпсіздік бағыттарын себеп-салдар матрицасына сәйкес тексеріңіз. Қолданыстағы орнатулар үшін келесі мүмкіндікте жартылай жүріс тестін өткізіп, жүріс уақытын SIL жауап беру бюджетімен салыстырыңыз. Woodward ProAct басқару қолданбалары үшін ToolKit-ті қосып, келесі жоспарланған техникалық қызмет көрсету тоқтауына дейін актуатор жиілік жауабын тіркеңіз. Бүгінгі күні жиналған деректер ертеңгі төтенше жөндеуді болдырмайды.

Автор: Чжан Вэйцзюнь — PLC, DCS және басқару жүйелері саласында 10 жылдан астам тәжірибесі бар өнеркәсіптік автоматтандыру инженері.