Martwa strefa i histereza to nieliniowości, które powodują, że zawór regulacyjny reaguje inaczej niż wskazuje na to sygnał sterujący, a obie są częstymi przyczynami powtarzającej się oscylacji znanej jako cykl graniczny (limit cycle) w pętlach sterowania procesem.
Martwa strefa to zakres zmiany wyjścia regulatora, który w ogóle nie powoduje ruchu zaworu. Gdy sygnał zmienia kierunek, musi przekroczyć tę martwą strefę, zanim trzpień zacznie poruszać się w przeciwnym kierunku. Zwykle wynika to z luzów mechanicznych, czyli backlashu, w połączeniu między siłownikiem a zaworem: poluzowanych kołków, zużytych zębów kół zębatych lub luzu w sprzęgłach.
W teście charakterystyki, wykreślając pozycję zadaną względem rzeczywistej pozycji trzpienia, martwa strefa to płaski, niereagujący odcinek tuż po zmianie kierunku.
Histereza jest inna: to nie strefa braku ruchu, lecz przesunięcie zależne od drogi. Zawór porusza się wraz ze zmianą sygnału, ale jego pozycja dla danej wartości sygnału zależy od tego, czy sygnał rośnie, czy maleje. Objawia się to jako luka między „krzywą otwierania” a „krzywą zamykania” w tym samym teście.
Histereza to w większości efekt tarcia, wynikający z oporu pakowania, tarcia uszczelek i łożysk, więc zawór opóźnia się względem sygnału o wartość, która zmienia znak po odwróceniu kierunku. Większość zaworów wykazuje oba efekty razem, a diagnostyka często raportuje „martwą strefę plus histerezę” jako jedną skumulowaną strefę, ponieważ trudno je rozdzielić na danych polowych.
Stiction (tarcie statyczne) to opór, który trzeba pokonać, zanim nieruchomy zawór zacznie się ponownie poruszać; tarcie statyczne jest większe niż tarcie dynamiczne występujące podczas ruchu.
Ta różnica powoduje zjawisko stick-slip: działanie członu całkującego regulatora zwiększa jego wyjście, podczas gdy zawór stoi w miejscu, błąd narasta, a gdy zgromadzona siła przekroczy stiction, zawór uwalnia się i porusza gwałtownie, przesterowując, ponieważ siła nagromadziła się podczas zablokowania. Następnie znowu się zatrzymuje i cykl się powtarza.
Stiction zwykle mierzy się jako procent skoku zaworu lub zakresu sygnału: 2 procent stiction oznacza, że sygnał musi zmienić się o około 2% zakresu, zanim zawór się odblokuje. Do częstych przyczyn należą niedostateczne smarowanie lub nadmierne dokręcenie pakowania, pęcznienie uszczelek, korozja trzpienia lub osady oraz zużyte tuleje prowadzące.
Backlash to fizyczny luz w mechanizmie, najczęściej w łącznikach zaworu, zespołach zębatych i sprzęgłach wałów. Zęby kół zębatych mają celowo nadany luz, aby nie blokowały się wskutek sumowania tolerancji czy rozszerzalności termicznej, ale ten luz oznacza, że zęby lub kołki łączeniowe muszą przebyć przerwę, zanim ponownie zajdą w zazębienie po odwróceniu kierunku napędu.
Do tego momentu siłownik porusza się, podczas gdy zawór nie, to mechaniczne źródło martwej strefy. Zużyte łączniki i poluzowane ramię sprzężenia zwrotnego pozycjonera zwiększają luz z czasem, więc martwa strefa zwykle pogarsza się stopniowo wraz z wiekiem.
Cykl graniczny to trwała, samopowtarzająca się oscylacja: nie zanika ani nie narasta, ustala się na stabilnym wzorcu o mniej więcej stałej amplitudzie i okresie. Mechanizm w pętli PI lub PID działającej na zawór dotknięty stiction lub luzem jest dobrze opisany:
Efektem jest charakterystyczny obraz: mniej więcej prostokątny przebieg zmiennej procesowej sparowany z piłokształtnym przebiegiem wyjścia regulatora, co inżynierowie wykorzystują, by odróżnić zawór z przyklejaniem od regulatora po prostu zbyt agresywnie nastawionego.
Oscylacje spowodowane nieliniowościami zaworu nie są kwestią kosmetyczną. Oscylująca zmienna procesowa zwiększa zmienność produktu, przesuwając więcej wyrobów w stronę granic specyfikacji i podnosząc liczbę odrzuceń.
Powtarzające się ruchy stick-slip przyspieszają zużycie pakowania, siedzeń i łączników, więc zawór podatny na przyklejanie zwykle staje się jeszcze bardziej „przyklejający”, jeśli nie zostanie skorygowany, a cykliczne pętle rozprzestrzeniają zakłócenia w dół procesu, ponieważ zmienna procesowa jednej pętli często zasila kolejną jako wejście.
Ponieważ martwa strefa, histereza i stiction łamią założenie, że sygnał powoduje proporcjonalną, powtarzalną i niezależną od kierunku odpowiedź, podważają podstawową przesłankę, od której zależy strojenie PID. Dlatego samo przestrojenie rzadko naprawia „przyklejający” zawór, zwykle potrzebna jest interwencja mechaniczna przy zaworze, pakowaniu lub łącznikach.
Wczesne wykrycie tego rodzaju degradacji to ten sam problem monitorowania stanu co zużycie łożysk i inne tryby awarii związane z tarciem , które wykazują podobny wolno narastający trend i są łatwiejsze do wykrycia na podstawie danych trendu niż pojedyncze sprawdzenie.
Fabrico odczytuje stan maszyn i OEE bezpośrednio z linii, wykorzystując wizję komputerową, która wychwytuje to, co pomijają czujniki, i automatycznie kieruje zlecenie serwisowe w momencie wykrycia pogarszającej się wydajności. Produkt jest zbudowany w UE z przechowywaniem danych w UE i posiada certyfikaty ISO 27001, ISO 20000-1 i ISO 9001. Zarezerwuj demonstrację Fabrico .
Dla pętli już oscylujących standardowym pierwszym krokiem jest wykonanie charakterystyki zaworu lub testu skokowego porównującego pozycję zadaną i rzeczywistą, podobnie jak technicy polegają na kwantyfikowanych kontrolach, takich jak tolerancje wyrównania wału lub kategorie nasilenia drgań, zamiast na domysłach.
Nie. Martwa strefa to zakres, w którym sygnał się zmienia, ale zawór się nie porusza, pochodzi głównie z luzu mechanicznego (backlash). Histereza to opóźnienie zależne od kierunku, gdzie zawór się porusza, ale jego pozycja zależy od kierunku zmiany sygnału, pochodzi głównie z tarcia. Diagnostyka często raportuje je razem, ponieważ trudno je rozdzielić na podstawie rutynowych danych trendu.
Rzadko samo w sobie. Stiction i backlash to problemy mechaniczne po stronie zaworu, a nie problemy związane ze strojením. Zmniejszenie nastaw regulatora może zmniejszyć widoczną amplitudę cyklu, ale nie usuwa podstawowego tarcia i kosztem tego pogarsza szybkość reakcji. Trwalsze rozwiązanie jest mechaniczne: regulacja pakowania, smarowanie lub naprawa łączników.
Jako procent skoku zaworu lub zakresu sygnału sterującego, na podstawie tego, o ile sygnał musi się zmienić, zanim nieruchomy zawór się odblokuje. Standardową metodą jest test charakterystyki zaworu, porównujący sygnał zadany z rzeczywistą pozycją trzpienia przez pełny skok tam i z powrotem.
Zmienne procesowe oscylujące w przybliżeniu w postaci przebiegu prostokątnego w połączeniu z wyjściem regulatora, które narasta w kształcie piły, to jeden ze standardowych sposobów, w jaki inżynierowie rozpoznają problem mechaniczny zaworu w odróżnieniu od zbyt agresywnego strojenia.
Zaloguj
Blog
