پوزیشنر شیر کنترلی Valve Positioner
پوزیشنر یک دستگاه کنترلی است که بر روی عملگر شیر کنترلی نصب می‌شود و نقش واسط بین سیستم کنترل (کنترلر، PLC، DCS) و عملگر را ایفا می‌کند. وظیفه اصلی پوزیشنر، اطمینان از این است که المان مسدودکننده شیر (مانند پلاگ، توپ یا دیسک) دقیقاً در موقعیتی قرار بگیرد که توسط سیگنال کنترلی ارسالی از سیستم کنترل تعیین شده است.
به عبارت دیگر، پوزیشنر یک سیستم فیدبک (حلقه بسته) برای کنترل موقعیت شیر ایجاد می‌کند. این کار را با موارد زیر انجام می‌دهد:
- اندازه‌گیری موقعیت واقعی شیر: پوزیشنر به صورت مکانیکی به استم (Stem) یا شفت شیر متصل می‌شود و موقعیت فعلی المان مسدودکننده را به طور مداوم اندازه‌گیری می‌کند. این اندازه‌گیری معمولاً از طریق یک اهرم و سنسور موقعیت (مانند پتانسیومتر، سنسور اثر هال یا LVDT) انجام می‌شود.
- مقایسه با سیگنال کنترلی: پوزیشنر سیگنال کنترلی دریافتی از سیستم کنترل (معمولاً یک سیگنال جریان ۴-۲۰ میلی‌آمپر یا یک سیگنال دیجیتال نظیر HART، Foundation Fieldbus یا PROFIBUS PA) را با موقعیت واقعی اندازه‌گیری شده مقایسه می‌کند.
- تصحیح موقعیت شیر: در صورتی که بین سیگنال کنترلی مطلوب و موقعیت واقعی شیر اختلاف وجود داشته باشد، پوزیشنر با تنظیم خروجی خود به عملگر (معمولاً تغییر فشار هوای ارسالی به عملگر پنوماتیکی)، سعی می‌کند این اختلاف را از بین ببرد و شیر را به موقعیت مورد نظر برساند.
چرا از پوزیشنر استفاده می‌کنیم؟
استفاده از پوزیشنر مزایای متعددی دارد که عملکرد و دقت شیرهای کنترلی را به طور قابل توجهی بهبود می‌بخشد:
- افزایش دقت: پوزیشنر با ایجاد یک حلقه کنترلی بسته، اثرات عوامل مختلفی مانند اصطکاک، تغییرات فشار سیال فرآیندی، هیسترزیس (Hysteresis) و لقی (Backlash) در عملکرد شیر را به حداقل می‌رساند و اطمینان می‌دهد که شیر به طور دقیق در موقعیت مورد نظر قرار می‌گیرد.
- بهبود خطی بودن (Linearity): پوزیشنر می‌تواند رابطه غیرخطی بین سیگنال کنترلی و جریان عبوری از شیر را تا حدودی جبران کند و یک پاسخ خطی‌تر ایجاد نماید.
- افزایش سرعت پاسخ‌دهی: پوزیشنر می‌تواند با تنظیم سریع‌تر فشار هوای ارسالی به عملگر، سرعت پاسخ‌دهی شیر به تغییرات سیگنال کنترلی را بهبود بخشد.
- غلبه بر اصطکاک: پوزیشنر با اعمال نیروی بیشتر به عملگر در هنگام غلبه بر اصطکاک استاتیک و دینامیک، عملکرد روان‌تر شیر را تضمین می‌کند.
- قابلیت اطمینان بیشتر: با اطمینان از موقعیت دقیق شیر، عملکرد کلی حلقه کنترلی قابل اعتمادتر خواهد بود.
- تشخیص عیب (Diagnostics): بسیاری از پوزیشنرهای هوشمند امروزی قابلیت‌های تشخیص عیب پیشرفته‌ای را ارائه می‌دهند و می‌توانند اطلاعاتی در مورد وضعیت شیر، عملگر و خود پوزیشنر ارائه دهند.
انواع پوزیشنرها:
پوزیشنرها بر اساس نوع سیگنال ورودی، نوع خروجی و قابلیت‌هایشان به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند:
- پوزیشنرهای پنوماتیکی (Pneumatic Positioners): از سیگنال پنوماتیکی (معمولاً ۳-۱۵ psi یا ۰.۲-۱ bar) به عنوان ورودی استفاده می‌کنند و خروجی آن‌ها نیز یک سیگنال پنوماتیکی برای کنترل عملگر است. این نوع پوزیشنرها ساده‌ترین نوع هستند.
- پوزیشنرهای الکترونوماتیکی (Electro-pneumatic Positioners): سیگنال الکتریکی (معمولاً ۴-۲۰ میلی‌آمپر) را به عنوان ورودی دریافت کرده و آن را به یک سیگنال پنوماتیکی برای کنترل عملگر تبدیل می‌کنند. این نوع پوزیشنرها رایج‌ترین نوع در صنایع فرآیندی هستند.
- پوزیشنرهای دیجیتال (Digital Positioners) یا هوشمند (Smart Positioners): از میکروپروسسورها برای پردازش سیگنال و کنترل دقیق‌تر موقعیت شیر استفاده می‌کنند. آن‌ها قابلیت‌های پیشرفته‌ای مانند ارتباطات دیجیتال (HART، Foundation Fieldbus، PROFIBUS PA)، تنظیم خودکار (Auto-tuning)، تشخیص عیب و مشخصه‌سازی شیر (Valve Characterization) را ارائه می‌دهند.
اجزای اصلی یک پوزیشنر الکترونوماتیکی:
- برد الکترونیکی (Electronic Board): سیگنال کنترلی را دریافت و پردازش می‌کند.
- مبدل I/P (Current-to-Pressure Converter): سیگنال جریان الکتریکی (۴-۲۰ mA) را به یک سیگنال فشار هوا متناسب تبدیل می‌کند.
- مجموعه نازل و فلپر (Nozzle and Flapper Assembly) یا اسپول ولو (Spool Valve): به عنوان یک تقویت‌کننده پنوماتیکی عمل می‌کند و جریان هوای ارسالی به عملگر را تنظیم می‌کند.
- مکانیسم فیدبک (Feedback Mechanism): موقعیت واقعی شیر را اندازه‌گیری کرده و یک سیگنال فیدبک به برد الکترونیکی ارسال می‌کند.
- اتصالات پنوماتیکی: برای اتصال به منبع هوای فشرده و عملگر.
درک عملکرد و مزایای پوزیشنر برای بهره‌برداری صحیح و بهینه از شیرهای کنترلی در سیستم‌های اتوماسیون صنعتی بسیار مهم است.