ما هو الوقاية من الفشل في صمام التحكم؟

ما هو الفشل الآمن في صمام التحكم؟

التصميم الآمن في صمام التحكم: حجر الزاوية في استقرار العملية الصناعية وسلامة الموظفين

خلاصة

في الأتمتة الصناعية الحديثة ، تعمل صمامات التحكم كعناصر تحكم نهائية ، حيث تمثل المسؤولية الهامة المتمثلة في تنظيم معلمات العملية الرئيسية بدقة مثل معدل تدفق السوائل والضغط ودرجة الحرارة والمستوى السائل. ومع ذلك ، قد يواجه أي نظام إخفاقات مفاجئة ، وفي مثل هذه الأوقات ، يصبح التصميم "الآمن من الفشل" لصمامات التحكم آلية الدفاع الأساسية التي تضمن استمرارية العمليات الصناعية ، وسلامة المعدات ، وحتى سلامة الموظفين. ستوفر هذه المقالة تحليلًا خبيرًا لتعريف وتصنيف وآليات التنفيذ واستراتيجيات التطبيق لتصميم صمام التحكم في صمام الفشل عبر سيناريوهات صناعية مختلفة. سوف يستكشف أيضًا كيف تعزز تقنيات تشخيص الأعطال المتقدمة موثوقية صمامات التحكم ، مما يدمج شركة Xiangjning Company بسلاسة (www.shgongboshi.com) المساهمات البارزة والحلول المبتكرة في هذا المجال. الهدف من ذلك هو تزويد القطاع الصناعي برؤى شاملة وعميقة للمساعدة في بناء أنظمة آلية أكثر أمانًا وأكثر كفاءة.

مقدمة

في بيئات الإنتاج الصناعي بشكل متزايد معقدة اليوم ، تلعب تكنولوجيا الأتمتة دورًا محوريًا. من بين هذه التقنيات ، تعمل صمامات التحكم بمثابة "قلب" للعمليات الصناعية ، مع استقرار الأداء والموثوقية التي تؤثر بشكل مباشر على كفاءة الإنتاج وجودة المنتج واستهلاك الطاقة ومقاييس السلامة الحرجة.

الصمامات السيطرة: "قلب" العمليات الصناعية

أصمام التحكمهو نوع من الصمام الذي ينظم تدفق السوائل عن طريق تغيير حجم مرور السائل. يتلقى إشارات من وحدة التحكم للتحكم بشكل مباشر في التدفق والتأثير بشكل غير مباشر على متغيرات العملية مثل الضغط ودرجة الحرارة ومستوى السائل. في مصطلحات التحكم في الأتمتة ،

السيطرة على الصماماتيشار إليها باسم "عناصر التحكم النهائية" وهي من بين عناصر التحكم النهائية الأكثر استخدامًا في الصناعة الحديثة. يعد الاختيار الصحيح وصيانة صمامات التحكم أمرًا بالغ الأهمية لتعزيز الكفاءة والسلامة والربحية وحماية البيئة.

في حلقات التحكم في العمليات ، تتكون المصانع الحديثة من مئات أو حتى الآلاف من حلقات التحكم المترابطة لضمان أن متغيرات العملية الحرجة (مثل الضغط ، والتدفق ، والمستوى ، ودرجة الحرارة) تظل ضمن النطاق المطلوب ، وبالتالي ضمان جودة المنتج النهائي.

تقع صمامات التحكم في قلب هذه الحلقات ، وهي مسؤولة عن تنظيم تدفق السوائل (مثل الغاز أو البخار أو الماء أو الخلائط الكيميائية) للتعويض عن اضطرابات الحمل والحفاظ على متغيرات العملية التي يتم التحكم فيها في أقرب وقت ممكن من نقطة الضبط. تتكون مجموعة صمام التحكم الكاملة عادةً من جسم صمام (يحتوي على مقاطع سائلة وعناصر تنظيم) ، وداخلية الصمامات (مثل أقراص الصمام ، وألواح الصمام ، ومقاعد الصمام ، ونوى الصمامات ، وما إلى ذلك ، والتي تتواصل مباشرة مع السوائل وتنظيم تدفق).

الفشل الآمن: أعلى أولوية في التصميم الصناعي

في مجال الأتمتة الصناعية ، فإن مجرد تحقيق التحكم الوظيفي غير كافٍ ؛ من الضروري أيضًا النظر في سلوك النظام في ظل ظروف غير طبيعية ، أي تصميم "آمن من الفشل". يشير Failt-Safe إلى أن النظام يدخل تلقائيًا إلى حالة محددة مسبقًا غير خطرة عند حدوث خطأ أو فقدان طاقة القيادة ، وبالتالي منع أو تخفيف الحوادث.

يعد التصميم الآمن من الفشل لصمامات التحكم مكونًا لا غنى عنه للإنتاج الصناعي ، وخاصة في إنتاج ومعالجة المواد ذات القيمة العالية ، مثل الزيت الخام ، والغاز الطبيعي ، والمواد الكيميائية. إنه يمنع بشكل فعال الحوادث الرئيسية ، كما هو الحال في خطوط أنابيب الوقود ، حيث تغلق صمامات إغلاق السلامة تلقائيًا عند اكتشاف ظروف غير آمنة ، مما يمنع الوقود من دخول غرفة الاحتراق وبالتالي تجنب الحرائق أو الانفجارات. بالإضافة إلى ذلك ، من خلال توجيه النظام على الفور إلى حالة آمنة ، يمكن تقليل الخسائر الاقتصادية الناجمة عن أضرار المعدات وانقطاع الإنتاج. الأهم من ذلك ، أن آليات الفشل الآمنة تحمي مباشرة المشغلين من المخاطر المحتملة ، والتي هي الأكثر اعتبارًا أساسيًا في جميع التصميمات الصناعية. علاوة على ذلك ، فإن العديد من الصناعات لديها لوائح ومعايير صارمة للسلامة (مثل تصنيفات SIL) التي تتطلب معدات حرجة لامتلاك قدرات محددة آمنة من الفشل ، مما يجعل التصميم الآمن في الفشل شرطًا ضروريًا للامتثال للوائح.

تتفهم شركة Xiangjing تمامًا أهمية التصميم الآمن من الفشل لصمامات التحكم وتلتزم بتوفير منتجات وحلول صمام التحكم العالية في الموثوقية التي تمتثل لمعايير السلامة الدولية. من خلال الابتكار التكنولوجي المستمر ومراقبة الجودة الصارمة ، يهدف Xiangjing إلى أن يصبح شريكًا موثوقًا به في بناء مستقبل صناعي آمن وفعال. لمزيد من المعلومات ، يرجى زيارةالموقع الرسمي لشركة Xiangjing.

الجزء الأول: أساسيات التحكم في صمامات الفشل

سوف يستكشف هذا القسم المفاهيم الأساسية لتكوين صمام التحكم ، بما في ذلك تعريفه الدقيق ، ودوره الحاسم في السلامة الصناعية ، وعلاقته بمعايير السلامة الدولية (مثل SIL).

1. ما هو صمام التحكم الآمن؟

يشير صمام التحكم الآمن في الفشل إلى الحركة التلقائية لعنصر إغلاق الصمام إلى موضع محدد مسبقًا عند مقاطعة إمدادات طاقة محرك الأقراص (على سبيل المثال ، فشل إمدادات الهواء ، انقطاع الطاقة). يجب أن يكون هذا الموقف المحدد مسبقًا الحالة "الآمنة" اللازمة لحماية العملية والمعدات. إنها خاصية متأصلة مصممة لمعالجة عمليات الإغلاق غير المخطط لها أو تشوهات النظام.

يعد التصميم الآمن من الفشل مكونًا أساسيًا للسلامة الوظيفية ، بهدف تقليل المخاطر على الموظفين والبيئة والممتلكات إلى مستوى مقبول. على سبيل المثال ، في المفاعل ، إذا فشل نظام التبريد ، يجب أن يفتح صمام مياه التبريد تلقائيًا لمنع ارتفاع درجة الحرارة والمخاطر المحتملة. على العكس من ذلك ، إذا فشل صمام إمدادات الوقود في الإغلاق أثناء الخطأ ، فقد يؤدي ذلك إلى تسرب مستمر للوقود ، مما يؤدي إلى إطلاق النار أو الانفجار.

إن الانتقال في الوقت المناسب إلى حالة آمنة يمنع المعدات من الاستمرار في العمل في ظل ظروف الخطأ والتسبب في تلف. الأهم من ذلك ، أن آليات الفشل الآمنة تقلل بشكل مباشر من المخاطر التي يواجهها المشغلون.

يرتبط التصميم الآمن بالفشل ارتباطًا وثيقًا بـ SIL (مستوى سلامة السلامة). SIL هو تصنيف منفصل يستخدم لقياس موثوقية وظائف السلامة وتحديد مدى الحد من المخاطر. مكون واحد (مثل صمام التحكم) لا يمكن أن يكون له تصنيف SIL من تلقاء نفسه ؛ فقط حلقة أمان كاملة أو نظام أدوات السلامة (SIS) يمكنه تحقيق تصنيف SIL. تتضمن حلقة الأمان النموذجية أجهزة استشعار ، وحدات التقييم والإخراج (مثل PLC السلامة) ، وصمامات العملية الآلية (بما في ذلك صمامات الملف اللولبي ، والمحركات ، وصمامات العملية). يعد التصميم الآمن لصمامات التحكم مكونًا مهمًا في تحقيق تصنيف SIL محدد ، مما يضمن تنفيذ وظائف السلامة بشكل موثوق في أوضاع منخفضة الطلب (حيث يتم تنشيط نظام السلامة أكثر من مرة كل عام).

يعد التصميم الآمن من الفشل جانبًا أساسيًا في إدارة المخاطر. تركز أنظمة التحكم التقليدية على الكفاءة والدقة في ظل "ظروف التشغيل العادية". ومع ذلك ، فإن التعقيد والمخاطر المحتملة للإنتاج الصناعي يملي أن السلوك في ظل "الظروف غير الطبيعية" أكثر أهمية. يتمثل جوهر آليات الفشل الآمنة في توقع وتخفيف السيناريوهات الأسوأ خلال مرحلة التصميم ، مما يوجه النظام إلى الحالة "الأقل خطورة". هذا ليس مجرد تطبيق فني بل هو تطبيق ملموس لفلسفة السلامة في الهندسة ، مما يعكس تحولًا في النموذج من "كفاءة الإنتاج أولاً" إلى "السلامة أولاً". هذا يعني أنه عند اختيار صمامات التحكم ، فإن وضع آمن من الفشل ليس مجرد معلمة فنية بل هو قرار استراتيجي يتخذ بعد تقييم شامل وفهم للمخاطر عبر العملية بأكملها. عند شراء وتنفيذ صمامات التحكم ، يجب على الشركات إعطاء الأولوية للوظائف الآمنة الفاشلة على نفس القدر من الأهمية مثل الأداء ، وفي بعض التطبيقات الهامة ، تأخذ السلامة الأسبقية على جميع الاعتبارات الأخرى.

2. تصنيف واختيار أوضاع آمنة الفشل

يتم تصنيف أوضاع صمامات التحكم الآمنة في المقام الأول إلى ثلاثة أنواع ، كل منها يتوافق مع سيناريوهات تطبيق محددة ومتطلبات السلامة. يعد تحديد وضع FAIL Afre المناسب أمرًا ضروريًا لضمان التشغيل الآمن للنظام.

الفشل (FC) / خسار الهواء (مغلق الفشل)

عند توقف طاقة محرك الأقراص (مثل إمدادات الهواء أو الطاقة) ، ينتقل عنصر الإغلاق الخاص بصمام التحكم تلقائيًا إلى الموضع المغلق. هذا يعني أنه خلال الخطأ ، يتم حظر مرور السوائل. يتم تحقيق هذا الوضع بشكل شائع من خلال مشغل عائد الربيع ، حيث تدفع قوة التحميل المسبقة للربيع الصمام إلى الموضع المغلقة عند فقدان ضغط الهواء أو الطاقة.

تشمل سيناريوهات التطبيق النموذجية:

• صمامات غاز الوقود: في تطبيقات الموقد ، يجب أن تغلق صمامات الإغلاق السلامة تلقائيًا عندما يتم اكتشاف ظروف غير آمنة (مثل انقطاع التيار الكهربائي) لمنع الوقود (الغاز أو الزيت) من دخول غرفة الاحتراق ، وبالتالي تجنب الحريق أو الانفجار.
• صمامات تغذية المفاعل: في التفاعلات الكيميائية ، إذا أصبح التفاعل غير متحكم فيه (مثل زيادة مفاجئة في درجة الحرارة) ، يجب أن يقترب صمام التغذية على الفور من إيقاف مدخلات المواد ، مما يمنع التفاعل من التصعيد.
• أنظمة الضغط العالي: في أنظمة السوائل ذات الضغط العالي ، يمنع إغلاق الأعطال التسرب العرضي للوسائط ذات الضغط العالي ، مما يقلل من المخاطر.

فتح الفشل (FO) / فقدان الضغط (فتح الفشل)

عند مقاطعة طاقة محرك الأقراص ، ينتقل عنصر ضبط تدفق صمام التحكم تلقائيًا إلى الموضع المفتوح. هذا يعني أنه أثناء الفشل ، يتم فتح مرور السوائل بالكامل. يتم تحقيق هذا الوضع أيضًا من خلال مشغلات العائد الربيعي ، ولكن اتجاه تكوين الربيع عكس وضع FC ، مما يضمن دفع الصمام إلى الموضع المفتوح أثناء الفشل.

تشمل سيناريوهات التطبيق النموذجية:

• صمامات مياه التبريد: في المفاعلات أو الأنظمة الأخرى التي تتطلب التبريد ، إذا فشل نظام التبريد أو مقاطعة الطاقة ، يجب أن يفتح صمام مياه التبريد تلقائيًا لضمان التدفق المستمر لوسط التبريد ، مما يمنع ارتفاع درجة حرارة المعدات.
• صمامات الإغاثة/صمامات الالتفاف: عندما يصبح ضغط النظام مرتفعًا بشكل مفرط ، فإن صمامات الإغاثة أو صمامات الالتفافية مفتوحة تلقائيًا لإطلاق الضغط وحماية المعدات والأنابيب.
• تنفيس الطوارئ: في بعض العمليات التي تتطلب تنفيس الطوارئ ، يضمن فتح الفشل أن يتم تفريغ الوسيلة بسرعة.

الفشل Last (FL) / FAIL في المكان

عند مقاطعة طاقة القيادة ، يظل صمام التحكم في الموضع الأخير قبل حدوث الفشل. يتطلب هذا الوضع عادةً آليات قفل إضافية أو أجهزة تخزين الطاقة للحفاظ على موضع الصمام. عادة ما يتم تحقيق ذلك من خلال محولات خاصة (مع صمامات قفل) أو مشغلات مزدوجة المفعول مع أجهزة تخزين الطاقة (مثل خزانات الهواء أو الأقفال الهيدروليكية). بالنسبة للأنظمة الهوائية ، يمكن أن توفر خزانات الهواء مصدرًا للنسخ الاحتياطي على المدى القصير للمشغلات المزدوجة المفعول ، مما يتيح لها الحفاظ على إجراءات محددة أو إكمالها عند فشل مصدر الهواء الرئيسي.

تشمل سيناريوهات التطبيق النموذجية:

• الأنظمة التي تتطلب تدخلًا يدويًا: في بعض العمليات المعقدة أو الحساسة ، قد يؤدي فتح أو إغلاق الصمامات بشكل كامل على الفور إلى عواقب وخيمة أكثر. تتيح العملية الآمنة من الفشل وقتًا للمشغلين لتقييم الموقف والتدخل يدويًا ، مما يجعل النظام بأمان في حالة مستقرة.
• الحفاظ على الوضع الحالي: في سيناريوهات غير الطور حيث يكون الحفاظ على التدفق ضروريًا ، مثل عندما يكون لتقلبات التدفق الحد الأدنى من التأثير على عمليات المصب ، يمكن أن تمنع العملية الآمنة الفاشلة انقطاع العمليات غير الضروري.
• اللوائح ذات الدقة العالية: في الدوائر التي تتطلب تنظيمًا عالي الدقة ، تمنع التشغيل الآمن من الفشل الصمامات من الفتح أو الإغلاق فجأة عند فقدان الإشارات ، مما يقلل من التأثير على العملية.

مبادئ الاختيار

لا يكون اختيار وضع آمن من الفشل تعسفيًا ولكنه يعتمد على تقييم شامل للمخاطر للعملية المحددة. يجب على المهندسين تحليل حالة الصمام (مغلقة أو مفتوحة أو محافظة) يمكن أن تقلل من خطر الإصابة الشخصية ، وتلف المعدات ، والتلوث البيئي في حالة فشل الطاقة. بالإضافة إلى ذلك ، يجب النظر في عوامل مثل خصائص السوائل (القابلة للاشتعال ، المتفجرة ، التآكل) ، والاستجابة الديناميكية للعملية ، والعلاقات المتشابكة مع المعدات المنبع والمصابة. على سبيل المثال ، بالنسبة للوسائط التي قد تسبب تراكمًا خطيرًا ، يتم تحديد الموضع الافتراضي عادةً على أنه اختفاء الفشل ؛ بالنسبة للأنظمة التي تتطلب تبريدًا مستمرًا أو تخفيفًا للضغط ، يتم تحديد الموضع الافتراضي على أنه فتح فشل. يعد الالتزام بمعايير ولوائح الصناعة ذات الصلة (مثل API و NFPA و IEC 61508) أمرًا بالغ الأهمية أيضًا ، حيث توفر هذه المعايير توصيات أو متطلبات إلزامية للأنماط الآمنة الفاشلة بناءً على تطبيقات محددة.

اختيار أوضاع آمن الأعطال هو "خط الدفاع الأول" في تصميم السلامة العملية. تحدد أوضاع الصدع المطبوعة مسبقًا للصمامات السلوك "الافتراضي" للنظام في ظل ظروف الحالات الأسوأ. يجب أن يتماشى هذا السلوك المحدد مسبقًا مع المخاطر الكامنة في العملية لضمان أنه في حالة حدوث خطأ ، يدخل النظام تلقائيًا إلى الحالة المادية الأكثر أمانًا. على سبيل المثال ، يمنع صمام الوقود FC الاحتراق غير المنضبط ، في حين أن صمام التبريد يمنع الانفجارات المترتبة على ارتفاع درجة الحرارة. هذا يجسد مبدأ "السلامة حسب التصميم" بدلاً من الاعتماد فقط على العلاجات اللاحقة. إنه يؤكد على أهمية إجراء تحليلات مخاطر وقابلية التشغيل المفصلة (HASOP) وتقييم مستوى سلامة السلامة (SIL) لتدفق العملية خلال المراحل المبكرة من المشروع. الموردين السيطرة على صمامات مثلشركة Xiangjingالانخراط في مناقشات متعمقة مع العملاء حول خصائص العملية الخاصة بهم عند توفير المنتجات ، وتقديم توصيات مهنية لاختيار وضع آمن من الفشل بدلاً من مجرد بيع المنتجات القياسية.

الجزء الثاني: المكونات الأساسية لتحقيق وظائف آمنة الفشل
سيقدم هذا القسم شرحًا مفصلاً للمكونات الرئيسية لتشغيل صمامات التحكم في محرك الأقراص-المعاملات ومؤلفات الصمامات-وتحليل مبادئ عمل كل منها ، وآليات آمنة من الفشل ، والمزايا والعيوب ، والتطبيقات في الصناعة.

1. المحركات: إجراءات القيادة الآمنة الفاشلة

المحركات هي "عضلات" صمامات التحكم ، وهي مسؤولة عن تحويل إشارات التحكم إلى حركة ميكانيكية لتغيير موضع عنصر إعادة الشحن في الصمام. يحدد تصميمهم مباشرة سلوك الصمام أثناء خطأ. عادة ما يتم تصنيف المحركات إلى ثلاثة أنواع رئيسية: الهوائية والكهربائية والهيدروليكية.

المحركات الهوائية

تستخدم المحركات الهوائية ضغط الهواء المضغوط (عادةً) لدفع مكبس أو حجاب الحاجز ، مما يتسبب في تحرك جذع الصمام للأمام والخلف (الحركة الخطية) أو تدوير عبر آلية تروس. يمكن تطبيق ضغط الغاز بالتناوب على جانبي المكبس (مزدوج المفعول) أو أدخل جانبًا واحدًا فقط ويعتمد على ربيع للعودة (المفعول المفرد).

آليات آمنة من الفشل:

• ربيع العائد: هذه هي الآلية الأكثر شيوعًا والمتأصلة في الفشل في المحركات الهوائية. عند فقدان مصدر الهواء ، تدفع قوة الزنبرك المضغوطة مسبقًا المشغل إلى وضع آمن محدد مسبقًا (مفتوح تمامًا أو مغلق بالكامل) ، هذا التصميم بسيط وموثوق به ، يستخدم على نطاق واسع في التطبيقات التي تتطلب حالة آمنة واضحة.
• خزان الهواء/تراكم الهواء: بالنسبة للمشغلات الهوائية المزدوجة ، عندما يفشل إمدادات الهواء الرئيسية ، يمكن لخزان الهواء المتصاعد توفير الهواء المضغوط للنسخ الاحتياطي ، مما يتيح الصمام مواصلة التشغيل أو إكمال الإجراء الآمن مسبقًا في إطار زمني محدد. يعد هذا مفيدًا بشكل خاص للحفاظ على عمليات العملية أو الإغلاق الآمن على مدى فترة طويلة ، مثل ضمان استمرار صمام التحكم في العمل خلال إطار زمني معين بعد فشل ضاغط الهواء ، مما يسمح بإصلاحات أو إيقاف التشغيل الآمن.

مزايا وعيوب:

• المزايا: بنية بسيطة ، خفيفة الوزن ، وسهلة التثبيت والصيانة نسبيا. وسيط العمل هو الهواء ، وهو أمر سهل للاستنفاد وصديقة للبيئة وفعالة من حيث التكلفة. يمكن تعديل قوة الإخراج وسرعة التشغيل بسهولة ، مع أوقات استجابة سريعة. الموثوقية العالية وحياة الخدمة الطويلة. مقاومة للانفجار ، مقاومة للانفجار ، ومقاومة للرطوبة ، مناسبة للبيئات ذات درجة الحرارة العالية. يمكن تخزين الطاقة ، وتمكين إمدادات الهواء المركزية ونقل المسافات الطويلة.
• العيوب: نظرًا لضغوط الهواء ، تتأثر سرعة التشغيل بسهولة بتغيرات الحمل ، والاستقرار منخفض السرعة أقل من الأسطوانات الهيدروليكية. قوة الخرج عمومًا أقل من قوة الأسطوانات الهيدروليكية. سرعة نقل الإشارة الهوائية البطيئة ، غير مناسبة للأنظمة المعقدة التي تتطلب نقل إشارة عالية السرعة. يتطلب إمدادات مستمرة من الهواء المضغوط والصيانة العادية لمنع التسريبات. قد تكون التكاليف الأولية أقل ، ولكن قد تكون التكاليف التشغيلية طويلة الأجل (الضواغط والأنابيب والصيانة) أعلى.

التطبيقات الصناعية: تستخدم على نطاق واسع في التطبيقات التي تتطلب متطلبات الحركة السريعة والانفجار ، مثل الصناعات البترولية والغاز الطبيعي والكيمياء والغذاء والمشروبات ومعالجة المياه.

المحركات الكهربائية

تعمل المحركات الكهربائية على تحويل الطاقة الكهربائية إلى حركة دورانية أو خطية باستخدام المحركات (عادةً محركات السائر ومحركات المؤازرة) للتحكم في الوضع والسرعة وعزم الدوران ، إلخ.

آليات آمنة من الفشل:

• الطاقة الاحتياطية/مكثف: في حالة حدوث انقطاع رئيسي في الطاقة ، يمكن تجهيز المحركات الكهربائية بحزمة بطارية احتياطية أو مكثف فائق لتوفير طاقة مؤقتة لإكمال الإجراءات الآمنة المسبقة للتفشل (مثل قيادة الصمام إلى الموضع المفتوح بالكامل أو المغلق بالكامل). تضمن هذه الآلية حاجز السلامة النهائي في حالة انقطاع التيار الكهربائي.
• الربيع الميكانيكي: تتضمن بعض المشغلات الكهربائية أيضًا الينابيع الميكانيكية ، والتي تستخدم قوة الربيع لدفع الصمام إلى وضع آمن في حالة حدوث طاقة. يجمع هذا التصميم بين التحكم الدقيق للطاقة الكهربائية مع خصائص الينابيع المتأصلة في الينابيع.

مزايا وعيوب:

• المزايا: يوفر تحديد موقع دقيق وقابل للتكرار ، مما يجعله مثاليًا للمهام الآلية. كفاءة الطاقة العالية ، وخاصة في تطبيقات التحميل الثابتة حيث يتم استهلاك طاقة أقل. متطلبات الصيانة المنخفضة ، وأجزاء أقل ، وليس أنظمة السوائل المعنية. براعة عالية ، قادرة على التكيف مع بيئات مختلفة ، وسهلة البرمجة لأنماط الحركة المعقدة. عملية هادئة. قادرة على تحقيق تحديد المواقع عالية الدقة وسرعات الحركة القابلة للتعديل. لا تتأثر سرعة الدوران بتغيرات الحمل وهي مستقلة عن جهد إمدادات الطاقة وترددها. قادرة على التحكم عن بعد.
• العيوب: التكلفة عادة ما تكون أعلى من المحركات الهوائية. أنظمة التحكم معقدة ، وتتطلب معرفة متخصصة للتركيب والصيانة. قد تكون المقاومة البيئية (على سبيل المثال ، عزل الماء ، عزل الغبار) أقل من المكونات الهوائية. قوة الإخراج صغيرة نسبيا ، غير مناسبة للمهام الشاقة. يعتمد على مصدر طاقة مستقر وقد لا يكون مناسبًا للبيئات المتفجرة (ما لم يتم تصميمه خصيصًا). قد يكون وقت الدورة أبطأ من الأنظمة الهوائية.

التطبيقات الصناعية: مناسبة للسيناريوهات التي تتطلب التحكم الدقيق والتشغيل المرن ، مثل محركات الذراع الآلية ، وتعديلات حزام النقل ، وخطوط التجميع ، والآلات الزراعية ، وأنظمة التهوية ، وأنظمة الطاقة الشمسية ، ومعالجة المواد ، ومعدات التنظيف. كما تستخدم على نطاق واسع في توليد الطاقة ومعالجة المياه والصناعات الصيدلانية.

المحركات الهيدروليكية

تستخدم المحركات الهيدروليكية السائل الهيدروليكي المضغوط (عادةً الزيت) لدفع المكابس أو الشفرات ، وتحويل ضغط السوائل إلى حركة ميكانيكية. إن عدم قابلية السائل الهيدروليكي يمكّنه من توفير قوة هائلة.

آليات آمنة من الفشل:

• عودة الربيع: على غرار الأنظمة الهوائية ، يمكن للمشغلات الهيدروليكية أيضًا دمج الينابيع لدفع الصمام إلى وضع آمن محدد مسبقًا باستخدام قوة الزنبرك عندما يفقد النظام الهيدروليكي الضغط. تستخدم هذه الطريقة بشكل شائع في تطبيقات الطوارئ التي تتطلب إيقاف التشغيل السريع أو الافتتاح.
• القفل الهيدروليكي: عن طريق قفل دائرة الزيت الهيدروليكي ، يظل المحرك في وضعه الأخير عند فقدان الضغط. عادة ما يتم تحقيق ذلك من خلال تصميمات صمام خاصة (مثل الموضعين ، والصمامات اللولبية ثنائية الاتجاه) ، مما يضمن أن يكون قضيب ناتج المكبس مغلقًا في مكانه أثناء انقطاع الإشارة لمنع انقطاع النظام.

مزايا وعيوب:

• المزايا: قادرة على إنتاج إخراج عزم الدوران/التوجه العالي للغاية ، مناسبة لتشغيل صمامات كبيرة أو شاقة أو عالية الضغط. يتيح تحديد المواقع عالية الدقة التحكم الدقيق للعملية. الاستجابة السريعة لإشارات التحكم ، مناسبة لنظام الإغلاق في حالات الطوارئ) وتطبيقات الصمام التي تتطلب إجراءً سريعًا. تصميم قوي ودائم مع متطلبات الصيانة المنخفضة نسبيا وعمر خدمة طويل. لا يضمن عدم قابلية الضغط على السائل الهيدروليكي حركة سلسة ومستقرة.
• العيوب: نظام معقد يتطلب مضخات هيدروليكية ، والخزانات ، والأنابيب ، وما إلى ذلك ، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف التثبيت والصيانة. خطر تسرب السوائل الهيدروليكية ، والتي قد تلوث البيئة أو تسبب مشاكل السلامة. متطلبات عالية لنظافة السوائل ؛ قد يؤدي تلوث السوائل إلى أعطال.

التطبيقات الصناعية: تستخدم في المقام الأول في المهام الشاقة التي تتطلب إنتاج القوة العالية والاستجابة السريعة ، مثل منصات حفر النفط والغاز ، ومحطات الطاقة الكهرومائية ، والآلات الصناعية الكبيرة ، وخطوط أنابيب الغاز.

الخصائص الآمنة من الفشل للمشغل هي خصائص متأصلة ، وليس ميزات إضافية. لا تتم إضافة آليات آمنة من الفشل مثل عودة الربيع والخزانات الجوية ومصادر طاقة النسخ الاحتياطي على أنها إضافات فوق وظائف المشغل الأساسية ، ولكنها خصائص متأصلة يتم اعتبارها ودمجها في التصميم من البداية. على سبيل المثال ، يستخدم عائد الربيع الطاقة المحتملة ، بينما تستخدم خزانات الهواء انضغاط الغاز لتخزين الطاقة. يتم تشغيل هذه الآليات بشكل سلبي في حالة فشل الطاقة ، مما يجسد فلسفة تصميم "السلامة السلبية". هذا يعني أنه عند اختيار صمامات التحكم ، لا ينبغي للمرء أن يركز فقط على قدرة القيادة للمشغل ولكن أيضًا على فهم ما إذا كانت آلياتها المدمجة في الفشل تفي بالمتطلبات المحددة للعملية.شركة Xiangjingيوفر تفسيرات مفصلة لمبادئ فاشلة آمنة للمشغلات المختلفة عند تقديم حلول صمام التحكم ، ومساعدة العملاء على اختيار المنتجات الأنسب لسيناريوهات التطبيق الخاصة بهم وضمان الموثوقية في ظل الظروف القاسية.

2. موقع وضع الصمام: التحكم الدقيق وتشخيص الخطأ

يعد موقع تحديد المواقع الصمام ملحقًا مهمًا في مجموعة صمام التحكم. إنه لا يضمن فقط أن الصمام يستجيب على وجه التحديد للتحكم في الإشارات ولكنه يلعب أيضًا دورًا رئيسيًا في تعزيز موثوقية صمامات التحكم وتمكين تشخيص الصدع المتقدم.

وظيفة وأهمية مواقع الصمامات

تتمثل الوظيفة الأساسية لمقترسة ما في توفير الهواء المضغوط (أو الكهرباء) إلى مشغل الصمام ، مما يضمن أن يكون وضع صمام STEM أو رمح الصمام محاذاة بدقة مع نقطة تحديد نظام التحكم. يتم تحقيق ذلك من خلال مقارنة موضع الصمام الفعلي مع موضع الصمام المطلوب وإجراء التعديلات اللازمة. يتغلب الموضع على عوامل مثل احتكاك تعبئة الجذعية الصمام ، وتأخر المشغل ، والقوى غير المتوازنة على قابس الصمام الذي يؤثر على وضع الصمام الدقيق ، وبالتالي تحسين

دقة التحكم وسرعة الاستجابة لصمام التحكم. بالإضافة إلى ذلك ، يتطلب الموضع عادة ملاحظات في الموضع من رمح STEM أو صمام الصمام وينقل حالة موضع الصمام إلى نظام المستوى العلوي لمراقبة العملية ، أو تشخيص الأعطال ، أو بدء/إيقاف التحقق.

أنواع الإشارات وآليات التغذية المرتدة

تتلقى صمامات التحكم إشارات من وحدات التحكم للعمل.

• أنواع الإشارات:

1. الإشارات الهوائية: تستخدم معدات العملية التقليدية إشارات الضغط الهوائي (عادة من 20.7 إلى 103 كيلو باسكال ، أو من 3 إلى 15 رطل / بوصة مربعة) كنقاط تحكم لصمامات التحكم لتحريك الصمام من 0 ٪ إلى 100 ٪.
2. إشارة I/P التناظرية (4-20 مللي أمبير): تستخدم معظم معدات العمليات الحديثة إشارة من 4 إلى 20 مللي أمبير لتنظيم صمامات التحكم. يحول محول الإدخال/P في الموضع إشارة التيار الإلكتروني إلى إشارة ضغط هوائية. تكمن ميزة إشارة 4-20 Ma في مناعة الضوضاء القوية ، ومقاومة قطرات الجهد ، وقدرة المراقبة الذاتية (التيار أقل من 3.8 مللي أمبير أو فوق 20.5 مللي أمبير يعتبر خطأ).
3. الإشارة الرقمية: وحدات التحكم في الصمامات الرقمية هي أدوات قائمة على المعالجات الدقيقة تتواصل مع نظام التحكم عبر الإشارات الرقمية. تشمل بروتوكولات الاتصالات الرقمية الشائعة HART® (مغطاة بإشارة 4-20 Ma التقليدية) ، Foundation ™ Fieldbus ، و Profibus. توفر التكنولوجيا اللاسلكية أيضًا طريقة بديلة لنقل المعلومات.

• آلية التغذية المرتدة: تتطلب مواقع المواقع ملاحظات في الموضع من STEM Valve أو رمح الصمام للتحكم بدقة في الصمام.

1. التغذية المرتدة الميكانيكية: في المواضع الهوائية التقليدية ، تتم مقارنة موضع ساق/رمح الصمام مع موضع الخوار الذين يتلقون إشارة التحكم الهوائية عبر الروابط الميكانيكية والكاميرات. تحتوي هذه الطريقة على عيوب مثل التآكل العالي ، ودقة منخفضة ، وعمر قصير.
2. ردود الفعل الإلكترونية: يتلقى المعالج الدقيق في وحدة تحكم الصمام الرقمي ردود فعل إلكترونية على موضع الصمام. على سبيل المثال ، تُستخدم أجهزة استشعار تأثير القاعة لقياس كثافة المجال المغناطيسي على صفيف مغناطيس دائم ، مما يتيح ردود الفعل الجذعية غير المتصلة. هذا يلغي قضايا مثل التآكل والتآكل والاهتزاز ، وتحسين الاستقرار والموثوقية بشكل كبير.

أنواع موقع الصمام ودورها في التشغيل الآمن من الفشل

• مواضع الهوائية:

1. الميزات: تلقي الإشارات الهوائية وضغط هواء الإخراج لتنظيم المحرك. تصميم بسيط وتكلفة منخفضة وعملية موثوقة.
2. دور في التشغيل الآمن من الفشل: مناسبة للعمليات البسيطة والقوية ، وخاصة في البيئات التي لا تحتوي على إمدادات الطاقة أو مع مخاطر الانفجار ، لأنها لا تنتج الشرر. يمكن أن توفر قوة كافية لإغلاق الصمامات.

• المواقف الكهربائية المنهرية / مواقع I / P التناظرية:

1. الميزات: تلقي الإشارات الكهربائية (عادةً 4-20mA) ، وتحويلها إلى إشارات هوائية عبر محول I/P ، وإخراجها إلى المشغل. بالمقارنة مع المواقف الهوائية النقية ، فإنها توفر دقة ودقة أعلى.
2. دور في التشغيل الآمن: الجمع بين دقة التحكم الكهربائي مع متانة وسلامة التشغيل الهوائي. مناسبة للبيئات الصناعية مع كل من البنية التحتية الكهربائية والهدية ، وكذلك استراتيجيات التحكم المعقدة التي تتطلب دقة أعلى.

• مواضع رقمية/ذكية:

1. الميزات: المعالجات الدقيقة المدمجة القادرة على تلقي إشارات رقمية (مثل ، Hart ، Foundation Fieldbus ، Profibus) أو 4-20MA. يوفر الدقة العالية والدقة العالية والموثوقية العالية ووظائف التشخيص والاتصال المتقدمة.
2. دور في التسامح مع الأخطاء:

• التشخيص المتقدم: قادر على مراقبة في الوقت الفعلي لأداء الصمام ، واكتشاف الحالات الشاذة مثل صمام الصمام ، والتسرب ، وارتداء التعبئة ، وشيخوخة الربيع. يتيح ذلك التحول من الصيانة المجدولة إلى الصيانة التنبؤية ، مما يعزز بشكل كبير موثوقية النظام الآمنة في النظام.
• المعايرة الذاتية والمراقبة عن بُعد: تتميز العديد من مواقع المواقع الذكية بالمعايرة الذاتية والمراقبة عن بُعد ، وتبسيط التثبيت والتكليف ، وتقليل تكاليف الصيانة ، وتمكين التشغيل الآمن في المناطق الخطرة.
• تقنية التغذية المرتدة التي لا تتواصل: استخدام تقنيات التغذية المرتدة غير الملامسة مثل مستشعرات تأثير القاعة يلغي مشكلات التآكل والتآكل والاهتزاز المرتبطة بالروابط الميكانيكية التقليدية ومقاييس الجهد من نوع التلامس. هذا يحسن بشكل أساسي من دقة وموثوقية ردود الفعل في وضع الصمام ، مما يؤدي إلى زيادة أداء آمن الأعطال.

تعد المواقف مفتاح "الذكاء" و "السلامة التنبؤية" لصمامات التحكم. تعاملت المحولات المبكرة في المقام الأول في القضايا غير الخطية في المحركات لضمان استجابة صمام دقيقة لإشارات التحكم. مع التطورات التكنولوجية ، وخاصة في تقنيات المعالجات الدقيقة وأجهزة الاستشعار ، لا يحقق مواقع المواقع الرقمية تحكمًا دقيقًا فحسب ، بل تقوم أيضًا بمراقبة صحة الصمام في الوقت الفعلي من خلال الخوارزميات التشخيصية المدمجة وبروتوكولات الاتصال. يمكّن ذلك الأنظمة من الانتقال من "الاستجابة السلبية للأخطاء" إلى "التنبؤ بنشاط ومنع الأعطال" ، مما يعزز مستويات سلامة الأعطال بشكل كبير. يمثل هذا التطور من "التحكم" إلى "التشخيص" إلى "التنبؤ" اتجاهًا كبيرًا في إدارة المعدات بموجب إطار العمل الصناعي 4.0. لا يتعلق الاستثمار في مواضع Smart فقط بتحسين دقة التحكم في صمامات التحكم ؛ إنه استثمار في "المراقبة الصحية" و "السلامة الوقائية" لتدفق العملية بأكمله. يمكن أن تساعد حلول الموضع الذكية التي توفرها شركة Xiangjing العملاء على تحقيق مستويات أعلى من تشخيص الأعطال والصيانة التنبؤية ، مما يقلل من خطر التوقف عن العمل غير المخطط له وتحسين الكفاءة التشغيلية الشاملة وسلامة المصنع.

الجزء الثالث: الاستراتيجيات والتقنيات الآمنة المتقدمة في الفشل

بالإضافة إلى التصميم الآمن من الفشل لصمامات التحكم الفردية ، هناك حاجة إلى استراتيجيات أمان أكثر تطوراً في العمليات الحرجة ، مثل التصميم الزائد ، وتشخيص الأعطال المتقدمة ، والصيانة التنبؤية ، واعتبارات لظروف التشغيل الخاصة.

1. حلقات التصميم والسلامة الزائدة عن الحاجة

لزيادة تعزيز سلامة النظام وتوافره ، خاصة عند التعامل مع وسائط عالية الخطورة أو عالية القيمة ، فإن التصميم الزائد هو استراتيجية لا غنى عنها.

أنواع التكوينات الزائدة

• تكوين سلسلة 1OO2 (واحد خارج اثنان): يتم تثبيت صمامين تحكم في سلسلة. في حالة فشل صمام واحد أو إشارة التحكم الخاصة به ، يتم إيقاف النظام بأكمله لمنع مزيد من الضرر. يعزز هذا التكوين السلامة بشكل كبير ، حيث أن أي فشل في الصمام يؤدي إلى إيقاف تشغيل آمن. يستخدم عادة في خطوط نقل الوسائط التي تتطلب مستويات أمان أعلى.
• 2OO2 (اثنين خارج اثنان) التكوين المتوازي: يتم تثبيت صمامين تحكم بالتوازي. في حالة فشل صمام واحد أو إشارة التحكم الخاصة به ، يظل النظام نشطًا ويستمر في العمل. يعزز هذا التكوين في المقام الأول توفر النظام ، مما يضمن عدم توقف العملية في حالة فشل مكون واحد. يستخدم عادة في السيناريوهات التي تتطلب توافرًا كبيرًا ، مثل حلقات التبريد.
• تكوين التصويت 2OO3 (اثنين من ثلاثة من ثلاثة): يجمع هذا التكوين بين أعلى السلامة والتوافر. يحتوي النظام على ثلاثة صمامات تحكم ، ويقوم النظام بتنفيذ الإجراء المقابل فقط عندما يرسل اثنان من الصمامات نفس الإشارة. يتيح ذلك اختبار وظائف صمام واحد دون تفعيل المشغل ، بينما يمكن للنظام الاستمرار في العمل بأمان حتى إذا فشل صمام واحد. تجمع الوحدة النمطية الوظيفية 2OO3 بين تقنية السلسلة وتقنية Namur لتوفير أعلى مستوى من السلامة والموثوقية ، وتسمح بالصيانة أثناء التشغيل.

التطبيق في أنظمة أداة السلامة (SIS)

يعد التصميم الزائد عنصراً حاسماً للأنظمة المخصصة لأدوات الأمان (SIS). تشكل SIS طبقة وقائية مستقلة من خلال أجهزة الاستشعار ، وحدات التحكم المنطقية ، وعناصر التحكم النهائية (مثل صمامات التحكم) ، تهدف إلى إدخال العملية إلى حالة آمنة عند فشل نظام التحكم في العملية الأساسي (BPCS). تضمن صمامات التحكم المتكررة القدرة التنفيذية النهائية لـ SIS ، وتلبية متطلبات مستوى SIL محددة.

التصميم الزائد هو فن الموازنة السلامة والتوافر. لا تتعلق البنية الزائدة مثل 1OO2 و 2OO2 و 2OO3 فقط بزيادة عدد الأجهزة ولكنها تنطوي على خيارات استراتيجية بين "السلامة" (منع المخاطر) و "التوفر" (الحفاظ على التشغيل) بناءً على متطلبات العملية المختلفة. يعطي 1OO2 الأولوية للسلامة على التوافر ، 2OO2 يعطي الأولوية للتوفر على السلامة ، بينما يسعى 2OO3 إلى تحقيق التوازن الأمثل بين الاثنين. تعكس هذه المفاضلة الاعتبارات العميقة في تصميم النظام المعقد: كيفية تحقيق إدارة المخاطر المثلى والكفاءة التشغيلية في موارد محدودة. هذا يعني أنه عند اختيار استراتيجيات التكرار ، يجب أن يكون لدى الشركات فهم واضح لمستوى مخاطر عمليات العمليات ، وتكاليف التوقف ، ومتطلبات السلامة. يمكن لـ Xiangjing Company ، كمورد محترف لصمامات التحكم ، توفير المنتجات والدعم الفني المصممة لتصميم بنيات مختلفة للتكرار ، مما يساعد العملاء على تصميم وتنفيذ حلقات الأمان الأكثر ملاءمة بناءً على احتياجاتهم المحددة ، وبالتالي تحقيق التوازن الأمثل بين السلامة والتوافر.

2. تشخيص الخطأ والصيانة التنبؤية

وجود آليات آمنة للأخطاء وحدها لا يكفي. تمثل القدرة على تشخيص الأخطاء المحتملة والتنبؤ بها في الوقت الفعلي ، وبالتالي التدخل قبل حدوث خطأ ، شرطًا أعلى مستوى لتعزيز موثوقية أنظمة صمام التحكم.

وظائف تشخيصية لمشاركات ذكية

تم تجهيز محولات الصمامات الذكية الحديثة (مثل المحولات الرقمية) بالمعالجات الدقيقة والخوارزميات المتقدمة لأداء تشخيصات صمام التحكم الشاملة. وتشمل هذه الوظائف التشخيصية:

• اكتشاف الصمامات: يراقب الانحراف بين ردود الفعل في موضع الصمام ونقطة setpoint لتحديد ما إذا كان قد حدث الالتصاق.
• اكتشاف التسرب: يراقب مدى ملاءمة ضغط الهواء الإخراج عبر أجهزة استشعار الضغط لتشخيص التسربات الداخلية أو الخارجية.
• تشخيص التآكل التعبئة: شاشات التغييرات في أقصى قوة الاحتكاك لتحديد شيخوخة أو تصلب تعبئة الغدة.
• شيخوخة الربيع/إمالة: يستخدم تشخيص توازن القوة للكشف عن الحالات غير الطبيعية في ربيع المشغل.
• تشخيص دائرة الهواء: يكتشف شدة تراكم الزيت والمياه داخل الموضع.
• وقت التشغيل/عدد الدورة: صمام السجلات بيانات التشغيل لتقييم مستويات التآكل.

الانتقال من الصيانة المجدولة إلى الصيانة القائمة على الحالة

تعتمد نماذج الصيانة التقليدية على الصيانة المجدولة للوقت ، والتي يمكن أن تؤدي إلى الإفراط في الصيانة أو نقص الصيانة. من خلال الاستفادة من البيانات التشخيصية في الوقت الفعلي من محولات الذكية ، يمكن للمصانع الانتقال من الصيانة القائمة على الوقت (TBM) إلى الصيانة القائمة على الحالة (CBM) والصيانة التنبؤية (PDM). هذا يعني أن التدخلات يتم تنفيذها فقط عندما تشير حالة المعدات إلى الحاجة إلى الصيانة ، وبالتالي تحسين موارد الصيانة ، وتقليل تكاليف الصيانة ، وتقليل وقت التوقف عن العمل. بالإضافة إلى ذلك ، فإن اعتماد تقنيات التغذية المرتدة لموضع STEM غير الملامسة مثل مستشعرات تأثير القاعة يلغي المشكلات المتعلقة بالارتداء والتآكل والاهتزاز المرتبط بالروابط الميكانيكية ومقاييس الجهد من نوع التلامس ، مما يؤدي بشكل أساسي إلى تحسين دقة وموثوقية التغذية الراجعة وتوفير أساس بيانات للتشخيصات الدقيقة.

تمثل الصيانة التنبؤية التي تعتمد على البيانات قفزة من "التفاعل" إلى سلامة الأعطال "الاستباقية". يتم تشغيل سلامة الأعطال التقليدية بشكل سلبي بعد حدوث خطأ ، في حين تستخدم تقنيات التشخيص المتقدمة تحليل البيانات في الوقت الفعلي لإصدار تحذيرات في مرحلة "الأولي" من الخطأ. يمكّن ذلك موظفي الصيانة من جدولة الإصلاحات دون تعطيل الإنتاج ، وتحويل "أحداث مشغل سلامة الأعطال" المحتملة إلى "أحداث الصيانة المخططة" ، وبالتالي تجنب التنشيط الفعلي لآليات سلامة الأعطال وتقليل مخاطر السلامة وخسائر وقت التوقف. ويمثل هذا تقدمًا كبيرًا في الأتمتة الصناعية ، ويت