Posicionadores digitais para atuadores de potência fluida

Atuadores pneumáticos e hidráulicos operam rotineiramente acionamentos de amortecedor, válvulas de fluxo, controles de vácuo e outros dispositivos em inúmeras aplicações de processo. No entanto, pode haver uma lacuna de desempenho considerável entre os posicionadores convencionais de malha aberta e os posicionadores digitais de malha fechada usados nessas tarefas. O problema, explicou Ed Steutermann, presidente da KyTronics, Prospect, Ky., É que os controladores de loop aberto aplicam um único comando de controle. Sem o benefício do feedback, o usuário pode assumir apenas resultados precisos, pois não há garantia de que o esforço de controle tenha o efeito desejado.

Por outro lado, os controles em malha fechada garantem que informações precisas fluam continuamente em uma malha de realimentação do sensor do processo para o transmissor, controlador e atuador e vice-versa. Com esses posicionadores, essa sequência de "medir-decidir-atuar" começa no momento em que uma variável controlada muda e não para até que a condição de processo desejada seja atendida, disse Steutermann.

Os posicionadores digitais de circuito fechado da KyTronics controlam atuadores pneumáticos e hidráulicos rotativos ou lineares, como operadores de cilindros ou diafragma. (Eles também podem ser usados com atuadores eletromecânicos.)

Em aplicações pneumáticas, por exemplo, eles usam válvulas solenóides externas de baixa tensão para controlar o fluxo de ar para o atuador. Isso elimina os excêntricos, molas, válvulas oscilantes e orifícios que causam problemas de manutenção nos posicionadores eletropneumáticos convencionais. Um módulo eletrônico compara os sinais do controlador e da posição e, no caso de uma incompatibilidade, abre a válvula solenóide para fornecer fluxo e mover rapidamente o atuador para a posição do ponto de ajuste. Isso resulta em um desempenho confiável, porque o eixo do atuador sempre se move para a mesma posição em resposta ao mesmo sinal, não para uma posição de equilíbrio de força como nos posicionadores convencionais. Assim, os posicionadores KyTronics não são afetados por condições adversas, como “aderência” no atuador ou variação na pressão do ar.

Os posicionadores de malha aberta, por outro lado, são essencialmente controladores proporcionais em que uma válvula deslizante se abre proporcionalmente a uma mudança de sinal. O movimento do atuador não começa até que o ar seja suficiente para atingir a força de ruptura. Isso pode levar a atrasos visíveis, aumento do sinal do controlador, superação e oscilação - tudo isso pode prejudicar o desempenho do sistema.

A capacidade de obter e bloquear rapidamente na posição especificada também possui uma vantagem em aplicações hidráulicas. Isso ocorre porque o posicionador evita o movimento do eixo do atuador, apesar das mudanças dinâmicas (geralmente pressão) devido ao fluxo do fluido no sistema. Por outro lado, os posicionadores convencionais podem permitir que a posição da válvula se desvie do pretendido em resposta a forças externas.

Um elemento chave de feedback é o sensor. Um codificador magnético sem contato conectado ao eixo do atuador fornece um sinal preciso da posição digital para controlar a operação em circuito fechado, disse Steutermann. O dispositivo usa sensores discretos de efeito Hall em uma matriz em uma placa codificadora. Um braço de varredura magnética responde ao movimento do eixo e se move sobre a matriz para gerar um sinal binário exclusivo para cada incremento de movimento. Os sensores são praticamente imunes a choques e os sinais não flutuam devido ao desgaste ou à temperatura, o que elimina efetivamente a necessidade de recalibração em serviço normal. Da mesma forma, os sinais de posição dos transdutores lineares podem ser usados para operar dispositivos como cilindros de potência.

Outro benefício é que o fluido operacional não entra nos posicionadores; portanto, poeira ou água não prejudicam a operação. Isso difere dos posicionadores convencionais que exigem uma sangria de ar contínua para operação, mesmo quando o posicionador não está movendo um atuador. (O ar de purga é retirado do coletor de ar comprimido da fábrica, passa por um posicionador típico e esgota para a atmosfera.) Isso aumenta os custos operacionais. Além disso, esses posicionadores possuem elementos eletrônicos, mecânicos e pneumáticos em interação. O ar de sangria contém água, óleo e sujeira arrastados que podem sujar esses elementos e exigir manutenção.

A KyTronics oferece dois modelos básicos de posicionador. O módulo DLA pode ser montado remotamente (até 2.000 pés da válvula) para evitar sujeitar os eletrônicos a vibrações, temperaturas extremas e ambientes agressivos ou perigosos. O DLA exibe a posição da válvula, a confirmação de que o atuador está funcionando corretamente e uma substituição manual para ignorar o sinal de controle. Os módulos MCDLU são montados na válvula com codificador e componentes eletrônicos alojados no mesmo gabinete.

Os posicionadores podem ajustar e monitorar diretamente atuadores remotos e válvulas on-off, com ou sem um controlador de processo. Os programas armazenados fornecem respostas selecionáveis em campo, como falha na abertura ou fechamento do sinal ou perda de energia, bem como respostas personalizadas, incluindo extensões parciais e intervalos de divisão. A configuração e a calibração são declaradamente rápidas e diretas.

A repetibilidade é de ± 0,5%, a faixa de temperatura de operação de -50 ° a 300 ° F e os dispositivos requerem energia de 12-24 Vdc ou 120/240 Vac.

As unidades DLA e MCDLU são usadas há mais de 15 anos em uma variedade de configurações exigentes. A maioria das unidades originais, disse Steutermann, ainda está em uso. Os modelos DLA são particularmente adequados para condições difíceis, porque os eletrônicos sensíveis estão localizados fora de áreas hostis ou inconvenientes, como em locais de difícil alcance de atuadores de válvulas / amortecedores. Somente o codificador está no atuador. Por exemplo, vários operaram amortecedores de ar quente em um laminador de aço a temperaturas bem acima de 100 ° F. O sinal de posição transmite para um controle remoto localizado a mais de 300 pés de distância. O processador DLA também possui recursos de diagnóstico para alertar e identificar problemas no posicionador ou no sistema. Outras aplicações típicas incluem o uso em máquinas de costura e fabricação de cigarros a vácuo.