Posicionadores digitales para actuadores de potencia fluida

Los actuadores neumáticos e hidráulicos operan rutinariamente accionamientos de amortiguadores, válvulas de flujo, controles de vacío y otros dispositivos en innumerables aplicaciones de proceso. Sin embargo, puede haber una brecha de rendimiento considerable entre los posicionadores de bucle abierto convencionales y los posicionadores digitales de bucle cerrado utilizados en tales tareas. El problema, explicó Ed Steutermann, presidente de KyTronics, Prospect, Ky., Es que los controladores de bucle abierto aplican un solo comando de control. Sin el beneficio de la retroalimentación, el usuario solo puede asumir resultados precisos, ya que no hay garantía de que el esfuerzo de control tenga el efecto deseado.

En contraste, los controles de circuito cerrado aseguran que la información precisa fluya continuamente en un circuito de retroalimentación desde el sensor de proceso al transmisor, controlador y actuador, y viceversa. Con estos posicionadores, esta secuencia de "medir-decidir-actuar" comienza en el momento en que cambia una variable controlada y no se detiene hasta que se cumple la condición de proceso deseada, dijo Steutermann.

Los posicionadores digitales de circuito cerrado KyTronics controlan actuadores rotativos o lineales neumáticos e hidráulicos, como cilindros u operadores de diafragma. (También se pueden usar con actuadores electromecánicos).

En aplicaciones neumáticas, por ejemplo, utilizan válvulas solenoides externas de bajo voltaje para controlar el flujo de aire al actuador. Esto elimina las levas, resortes, válvulas de aleta y orificios que causan problemas de mantenimiento en posicionadores electroneumáticos convencionales. Un módulo electrónico compara el controlador y las señales de posición y, en caso de desajuste, abre la válvula solenoide para suministrar flujo y mueve rápidamente el actuador a la posición de punto de ajuste. Esto da como resultado un rendimiento confiable porque el eje del actuador siempre se mueve a la misma posición en respuesta a la misma señal, no a una posición de equilibrio de fuerza como en los posicionadores convencionales. Por lo tanto, los posicionadores KyTronics no se ven afectados por condiciones adversas tales como "fricción" en el actuador o variación en la presión del aire.

Los posicionadores de bucle abierto, por otro lado, son controladores esencialmente proporcionales donde una válvula deslizante se abre en proporción a un cambio de señal. El movimiento del actuador no comienza hasta que sangra suficiente aire en el actuador para alcanzar la fuerza de ruptura. Esto puede conducir a retrasos notables, aumento de la señal del controlador, sobreimpulso y oscilación, todo lo cual puede afectar el rendimiento del sistema.

La capacidad de alcanzar y bloquear rápidamente en la posición especificada también tiene una ventaja en aplicaciones hidráulicas. Esto se debe a que el posicionador evita el movimiento del eje del actuador a pesar de los cambios dinámicos (generalmente la presión) debido al flujo de fluido en el sistema. Por otro lado, los posicionadores convencionales pueden permitir que la posición de la válvula se desvíe de la prevista en respuesta a fuerzas externas.

Un elemento clave de retroalimentación es el sensor. Un codificador magnético sin contacto conectado al eje del actuador proporciona una señal de posición digital precisa para controlar la operación de bucle cerrado, dijo Steutermann. El dispositivo utiliza sensores discretos de efecto Hall en una matriz en una placa codificadora. Un brazo de barrido magnético responde al movimiento del eje y se mueve sobre la matriz para generar una señal binaria única para cada incremento de movimiento. Los sensores son prácticamente inmunes a los golpes y las señales no se desvían debido al desgaste o la temperatura, lo que elimina efectivamente la necesidad de recalibración en el servicio normal. Del mismo modo, las señales de posición de los transductores lineales se pueden usar para hacer funcionar dispositivos como cilindros de potencia.

Otro beneficio es que el fluido operativo no ingresa a los posicionadores, por lo que el polvo o el agua no obstruyen la operación. Eso difiere de los posicionadores convencionales que requieren una purga de aire continua para funcionar, incluso cuando el posicionador no mueve un actuador. (El aire de purga se extrae del cabezal de aire comprimido de la planta, pasa a través de un posicionador típico y sale a la atmósfera). Eso aumenta los costos operativos. Además, dichos posicionadores tienen elementos electrónicos, mecánicos y neumáticos que interactúan. El aire de purga contiene agua, aceite y suciedad arrastrados que pueden ensuciar estos elementos y requieren mantenimiento.

KyTronics ofrece dos modelos básicos de posicionador. El módulo DLA se puede montar de forma remota (hasta 2,000 pies de la válvula) para evitar someter la electrónica a vibraciones, temperaturas extremas y ambientes hostiles o peligrosos. El DLA muestra la posición de la válvula, la confirmación de que el actuador funciona correctamente y una anulación manual para evitar la señal de control. Los módulos MCDLU se montan en la válvula con codificador y componentes electrónicos alojados en el mismo gabinete.

Los posicionadores pueden ajustar y monitorear directamente actuadores remotos, así como válvulas de cierre, con o sin un controlador de proceso. Los programas almacenados brindan respuestas seleccionables en el campo, tales como falla al abrir o cerrar en señal o pérdida de potencia, así como respuestas personalizadas que incluyen tramos parciales y rangos divididos. Según informes, la configuración y la calibración son rápidas y directas.

La repetibilidad es de ± 0.5%, el rango de temperatura de funcionamiento de -50 ° a 300 ° F y los dispositivos requieren 12-24 Vdc o 120/240 Vca.

Las unidades DLA y MCDLU se han utilizado durante más de 15 años en una variedad de entornos exigentes. La mayoría de las unidades originales, dijo Steutermann, todavía están en uso. Los modelos DLA son particularmente adecuados para condiciones difíciles debido a que los componentes electrónicos sensibles se encuentran fuera de áreas hostiles o inconvenientes, como en ubicaciones de actuadores de válvulas / amortiguadores difíciles de alcanzar. Solo el codificador está en el actuador. Por ejemplo, varios han operado amortiguadores de aire caliente en un laminador de acero a temperaturas muy superiores a 100 ° F. La señal de posición se transmite a un controlador remoto ubicado a más de 300 pies de distancia. El procesador DLA también tiene capacidades de diagnóstico para alertar y localizar el posicionador o los problemas del sistema. Otras aplicaciones típicas incluyen el uso en máquinas de coser y hacer cigarrillos que funcionan con vacío.