Usprawnianie pracy zaworów sterowanych pneumatycznie

Pneumatyczny napęd ustawia pozycję zaworu, w zależności od otrzymywanych sygnałów sterujących. Sygnały te mogą być analogowe lub cyfrowe, ale niezależnie od tego, ustawienie napędowego układu pneumatycznego sprawia, że ciśnienie przepływającego powietrza przestawia zawór do nowej pozycji i go w niej utrzymuje. Mechanizm ten, mimo że jest dosyć niezawodny, jest również podatny na dwa czynniki zakłócające jego pracę.

Zanieczyszczenia powietrza

Pierwszym z czynników zakłócających są zanieczyszczenia powietrza używanego w pneumatycznym układzie sterującym. Mogłoby się wydawać, że mikrometrowe pyłki nie wpływają na prace zaworu, ale to nie prawda. Zanieczyszczone powietrze jest najprawdopodobniej główną przyczyną usterek napędów zaworów i związanych z nimi, nieplanowanych przestojów produkcyjnych. Powietrze musi bowiem przedostać się przez niewielkie otwory w układzie napędowym i nawet małe cząsteczki mogą z czasem spowodować nierównomierność jego pracy. Najczęściej mieszają się one z kropelkami smaru i oleju lub z wilgocią a następnie gromadzą wewnątrz układu, destabilizując jego pracę.

Ponieważ jakość dostępnego powietrza roboczego w zakładach fabrycznych może być różna, konieczne jest takie projektowanie układów napędowych zawodów, by minimalizować wpływ zanieczyszczeń. Jednym ze sposobów jest użycie szafirowych kryz, przez które przepływa powietrze. Szafiry te są sztucznie hodowane w taki sposób, by idealnie dopasowały się do dostępnej przestrzeni, co pozwala uzyskać idealnie gładką powierzchnię otworu. Nie wymaga ona obróbki mechanicznej i praktycznie nie powoduje tarcia, co zapobiega osadzaniu się na niej nawet najmniejszych cząsteczek. W przypadku klasycznych, stalowych elementów, w których otwory wykonywane są za pomocą wierteł lub frezów, na ich powierzchni pozostają drobne rysy, do których łatwo przylegają zanieczyszczenia.

Łatwo brudzą się też wewnętrzne ścianki układu pneumatycznego. By zminimalizować wpływ tych nagromadzonych zanieczyszczeń, warto stosować systemy o dużych średnicach układów dolotowych powietrza, w których drobne cząsteczki zabrudzeń nie będą miały dużego wpływu na pracę całego systemu.

Kolejnym sposobem jest usprawnienie filtrowania powietrza, szczególnie tam, gdzie wiadomo, że jego jakość jest wątpliwa. Opracowano nawet specjalne standardy, takie jak ISA 7.0.01, które opisują, jak należy przeprowadzać filtrowanie i suszenie powietrza roboczego. Niestety, warunki te trudno jest utrzymać, a uzyskiwana jakość powietrza ma coraz większe znaczenie, wraz ze wzrostem precyzji stosowanych zaworów. Szczególnie te sterowane cyfrowo są najczęściej na tyle precyzyjne, że nawet niewielkie zmiany w ciśnieniu powietrza wpływają na ich nastawy. Dlatego wielu producentów tego typu urządzeń zaleca stosowanie filtrów wyłapujących coraz to mniejsze cząsteczki. Przykładowo, aby zredukować wilgoć, nierzadko zaleca się używanie filtrów o otworach od 2 do 5 mikrometrów.

Problem wibracji

Drugim czynnikiem, który może mocno wpływać na pracę pneumatycznych napędów zaworów są wibracje. Jeśli mają one zbyt duże natężenie, mogą uszkodzić podsystemy odpowiadające za pomiar pozycji zaworu. Tymczasem wibracje są trudne do wyeliminowania w środowisku przemysłowym, dlatego należy się z nimi liczyć i korzystać z zaworów odpowiednio na nie uodpornionych.

Jednym ze sposobów walki z wibracjami jest zastosowanie pokryć ochronnych. Tłumią one niepożądane wstrząsy, chroniąc podzespoły zaworu. Alternatywnie, można zastosować elementy pomiarowe zupełnie odporne na wibracje, takie jak np. bezkontaktowe czujniki magnetyczne. Ich zaletą jest to, że praktycznie się nie zużywają, a jednocześnie są dosyć precyzyjne i pozwalają na długotrwałą, niezawodną pracę całego zaworu.

Diagnostyka predykcyjna

Nowoczesnym sposobem podejścia do problemu będzie zastosowanie sterowanego cyfrowo, pneumatycznego napędu zaworu, wyposażonego w bogate funkcje diagnostyczne. Ich oferta na rynku istotnie wzrosła w ostatnich latach, tak jak i powiększyły się oferowane przez nich możliwości. Informacje dostarczane przez napędy tego typu pozwalają oceniać aktualny stan zaworu i analizować jego zmiany i planować akcje serwisowe. Informacje diagnostyczne zbierane w czasie rzeczywistym ułatwiają też wykrywanie przyczyn uszkodzeń zaworów. Zarejestrowane zmiany w pracy systemu mogą bowiem jednoznacznie wskazać, co powoduje powstawanie zabrudzeń lub destabilizuje działanie układu zaworowego. Co ważne, cyfrowe systemy diagnostyczne działają „on-line”, bez konieczności przerywania pracy instalacji. Ma to bardzo duże znaczenie dla kosztów funkcjonowania przedsiębiorstwa przemysłowego.