Totband, Hysterese und Haftreibung von Regelventilen: Wie sie die Prozessregelung beeinflussen

Einleitung

Ein Steuerventil kann ein sich veränderndes Steuersignal empfangen, ohne die erwartete Bewegung zu erzeugen.das Ventil kann erst nach spürbarer Verzögerung reagieren, oder der Aktor kann sich wiederholt in kleinen Sprüngen bewegen, anstatt dem Befehl reibungslos zu folgen.

Diese Symptome sind häufig mit Totenband, Hysterese oder Stizierung verbunden.Die Unterscheidung zu verstehen hilft den Ingenieuren, die eigentliche Ursache einer schlechten Steuerung zu identifizieren, anstatt die Steuerung immer wieder anzupassen oder Komponenten unnötig auszutauschen.

1- Was ist ein Kontrollventil?

Der "Deadband" ist ein Bereich der Eingangssignaländerung, über den das Ventil keine erkennbare Änderung der Position oder des Ausgangs erzeugt.

Zum Beispiel kann das Steuersignal leicht ansteigen, aber das Ventil bleibt stationär.

Die Abwehr kann durch mechanische Gegenreaktion in Verbindungen, Lockerheit in Montagekonnektionen, Reibung oder durch die kombinierte Reaktion von Aktor und Positionierer entstehen.Das Problem wird deutlicher, wenn sich die Bewegungsrichtung ändert..

Bei Temperatur-, Druck- oder Durchflussschleifen kann dies dazu führen, dass die Prozessvariable abgleitet, bevor das Ventil reagiert.

2Was ist Hysterese?

Hysterese tritt auf, wenn die Position des Ventils teilweise von der Richtung abhängt, aus der es sich einem gegebenen Eingang nähert.

Zum Beispiel kann das Ventil eine Position erreichen, während das Signal zunimmt, und eine etwas andere Position, wenn sich das gleiche Signal nähert, während das Signal abnimmt.

Mechanische Reibung, elastische Verformung, Rückschlag und andere Merkmale des Ventilbaus können zu diesem Verhalten beitragen.

Die Hysterese macht die Beziehung zwischen Steuersignal und Ventilbewegung weniger wiederholbar.Vor allem, wenn der Prozess innerhalb eines engen Kontrollbereichs betrieben wird.

Der Deadband und die Hysterese können zusammen erscheinen, sind aber nicht identisch. Der Deadband beschreibt einen Bereich, in dem eine Eingabeänderung keine nachweisbare Reaktion hervorruft.Hysterese beschreibt einen Unterschied in der Reaktion je nach Annäherungsrichtung.

3Was ist Stiction?

Striction oder statische Reibung tritt auf, wenn die Kraft, die zur Bewegung der Ventile benötigt wird, größer ist als die Kraft, die zur Aufrechterhaltung der Bewegung erforderlich ist.

Ein Ventil, das von einer Stickung betroffen ist, kann während der Änderung des Steuersignals stecken bleiben. Sobald die Aktorenkraft die Reibung überwunden hat, bewegt sich das Ventil plötzlich.mit einem Schleifmuster.

Zu den häufigsten Ursachen gehören:

• Übermäßige Reibung der Verpackung oder falsch eingestellte Verpackung.

• Korrosion, Ablagerungen oder Verunreinigungen um bewegliche Komponenten herum.

• Verschleierte oder beschädigte Aktorenkomponenten.

• Mechanische Fehlstellung oder schlechte Montage.

• Positionier- oder pneumatische Probleme, die eine reibungslose Bewegung des Aktoren verhindern.

Die Verstrickung kann zu wiederholten Prozessschwingungen, unnötigen Aktorenbewegungen und erhöhtem Verschleiß führen. Ähnliche Symptome können jedoch auch durch Steuerung, Prozessstörungen,oder instabile InstrumentenluftDie Diagnose sollte daher die gesamte Kontrollschleife berücksichtigen.

4. Wie sich diese Probleme auf die Prozessleistung auswirken

Die operativen Folgen hängen von der Anwendung ab, aber zu den häufigen Wirkungen gehören:

• Prozessschwingung:Die Steuerung setzt ihre Leistung fort, weil das Ventil nicht reibungslos reagiert.

• Verringerte Genauigkeit der Steuerung:Kleine Änderungen des Steuersignals führen nicht zu vorhersehbaren Veränderungen des Flusses.

• Erhöhter Energieverbrauch:Pumpen, Kompressoren, Heizungen oder Kühlsysteme müssen möglicherweise mehr arbeiten, um eine instabile Steuerung auszugleichen.

• Frühzeitiger Verschleiß des Bauteils:Wiederholte Schleifbewegungen können die mechanische Belastung erhöhen.

• Unnötige Wartung:Die Teams können Positionierer oder Aktoren austauschen, wenn das eigentliche Problem mechanische Reibung oder Montage ist.

Diese Effekte können in Prozessen, die von stabilem Druck, Temperatur oder Durchflussregelung abhängen, besonders wichtig sein.

5Praktische Lösungsansätze

Wenn sich die Steuerausgabe kontinuierlich ändert, während die Prozessvariable oszilliert, vergleichen Sie das Steuersignal mit der tatsächlichen Ventilbewegung.wenn eine zuverlässige Positionsrückmeldung verfügbar ist.

Anschließend ist die Ventilmontage in einem kontrollierten Wartungsverfahren zu prüfen.

Überprüfen Sie die mechanischen Komponenten.Überprüfen Sie die Montageanschlüsse, die Rückwirkung der Anschlüsse, den Verpackungszustand, die Bewegung der Aktoren und Anzeichen von Kontamination oder Korrosion.

Überprüfen Sie das Pneumatiksystem.Bestätigen Sie, dass die Luftzufuhr zum Messgerät stabil ist und dass Rohre, Armaturen und Aktorenverbindungen nicht undicht oder eingeschränkt sind.

Beurteilen Sie den Positionierer.Überprüfen Sie die Konfiguration, das Reisefeedback, das Eingabesignal und die diagnostischen Informationen.

Überprüfen Sie die Steuerung.Wenn die mechanischen und pneumatischen Systeme ordnungsgemäß funktionieren, ist zu prüfen, ob die Steuerschleife zu aggressiv ist oder auf Prozessstörungen reagiert.

Vermeiden Sie die Verwendung der Steuerung, um eine starke mechanische Reibung auszugleichen, da dies die Schwingungen vorübergehend reduzieren kann, ohne den Grundfehler zu beheben.

6Kann ein Smart Valve Positioner helfen?

Digitale Ventilpositionierer können je nach Modell und Konfiguration nützliche Informationen über die Ventilbewegung, das Eingangssignal, den Aktorendruck und den diagnostischen Status liefern.

Beispielsweise können die digitalen Ventilsteuerungen Fisher FIELDVUE DVC6200 mit unterstützten Diagnosewerkzeugen zur Bewertung der Ventilleistung verwendet werden.Eine ähnliche Auswertung kann mit anderen digitalen Positionierern möglich sein, einschließlich der Modelle Masoneilan SVI und Neles ND9000, abhängig von ihren individuellen Fähigkeiten.

Die Diagnose kann dabei helfen, eine abnormale Reaktion zu erkennen, beweist aber nicht automatisch, dass ein Ventil eine Verstopfung aufweist.und Betriebsbedingungen.

Schlussfolgerung

Deadband, Hysterese und Stition können alle die Leistung des Steuerventils reduzieren, beschreiben jedoch unterschiedliche Verhaltensweisen und können unterschiedliche Ursachen haben.Die Identifizierung des richtigen Mechanismus ist für die Auswahl einer wirksamen Korrekturmaßnahme unerlässlich.

Eine systematische Untersuchung der mechanischen Komponenten, der Instrumentenluft, des Positioniererfeedbacks und der Steuerung ist im Allgemeinen effektiver als das Ersetzen von Teilen, die allein auf Symptomen basieren.

Bei anhaltenden Ansprechproblemen der Ventile sollten die Betriebsgeschwindigkeiten und die Ventilkonfiguration überprüft werden, bevor entschieden wird, ob eine Anpassung, Wartung oder ein Ersatz erforderlich ist.