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上海自动化仪表四厂概况

有关实行器之间的不同及相关案例研究分析

来源:上海自动化仪表有限企业编辑:发表时间:2019-07-18 09:08:22


      人们越来越关注使用电动马达驱动的过程控制。近一个世纪以来,气动实行器一直是主导技术; 它们在第二次世界大战之前使用。战争引发的锅炉控制的快速发展确保了它们作为动力和控制过程阀门的主导技术的地位。
      随着控制技术的进步,例如引入4-20毫安控制信号技术和后来的数字总线技术,气动控制定位器与气动实行器的先进控制要求保持同步。但是,该设备的灵敏度要求将空气质量改善到当前的仪器空气质量水平,以防止水分,油蒸气和颗粒物。与此同时,其他工厂对仪表级空气的要求几乎已经消失,已被4-20mA或数字控制技术所取代。
      车间空气通常存在于加工厂中;然而,这种情况正在发生变化,并且在许多情况下,对空气供应的唯一要求是为过程控制实行器供电。对于仪表级空气,可以说现在几乎只需要过程控制实行器及其定位器。
      今天的高精度电动控制阀实行器是气动技术的成熟技术和可行的替代品,已经在苛刻的应用和恶劣环境中运行。直接电动控制阀是经过验证的技术,直接相当于气动弹簧,隔膜动力阀。
      然而,任何改变技术的动机都归结为需要在极端恶劣的环境中提高可靠性和/或降低过程工厂的整体生命周期成本。
例如:
      英国的一家软饮料装瓶厂是欧洲销量最大的装瓶厂之一,每年生产超过1亿箱。自2007年以来,在持续改进计划中,超过134万美金(1亿英镑)的明智投资使其成为世界上最快,最有效的软饮料生产商之一。除了流程效率行动之外,它还在绿色环保的同时节省了成本。这项投资包括采用多种新技术,包括一个复杂的监控系统,可从80多个独立的计量点收集数据。2014年,该工厂引进了一个1.2兆瓦的热电联产电厂,并于2017年开始从当地太阳能发电厂获得15%的能源。总体而言,自2006年以来,该工厂的能耗降低了33%,同时100%的电力来自可再生资源。这两项措施使该设施的运营碳足迹减少了8.6%。
 

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      这两个图表比较了生产模式下电动和气动实行器的位置精度。他们的表现相似。
 

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      这两个图表比较了电动和气动实行器在就地清洁模式下的位置精度。电动实行器的设定点过冲减少是显而易见的。
挑战和解决方案:
      确定并有针对性改进的另一个领域是与提供气动控制阀实行器所需的仪表空气相关的操作和维护成本。工厂工程师愿意探索更新的技术,因此他们研究了电动机驱动的阀门实行器的最新发展,希翼最近的产品改进能够提供可接受的性能并消除提供和维护仪表空气系统的要求。
      装瓶厂的一名自动化工程师说明说:“大家正在寻找气动控制阀的替代品,以尽可能地消除对该区域压缩空气的需求,从而降低成本。到目前为止,电动阀门的响应速度不够快,无法在瓶子灌装机中保持良好的压力控制。大家联系的实行器制造商确信他们的电动控制阀实行器不仅可以提供与现有阀门相当的性能,而且运行成本也更低。他们的信心如此之高,如果不能以任何方式满足大家的希望,他们会以退款为基础向大家提供实行器。
      为了证明这一点,首先监控并记录主要产品进料到灌装机中的现有气动控制阀的性能。然后将电动实行器安装到同一个阀门上,并连接到来自可编程逻辑控制器(PLC)的现有4-20mA控制信号。
      在24/7操作中运行和监控电动实行器一个月后,比较了两个实行器的结果。图表清楚地表明,在生产模式下,电动机的性能同样好,即使不比气动实行机构好。然而,当处于就地清洁(CIP)清洁模式时,发现电动实行器的性能比气动实行器好得多。这是因为当设定点较低并且在CIP模式下电路中的背压较高时,电动致动器不像气动致动器那样超过设定点。根据3英寸控制阀平均每小时2立方米(m3 / hr)的空气使用量,每立方米0.05英镑,运行成本为每年1,167美金(870英镑)。电动阀门实行器使用平均10瓦特,每千瓦(英镑)0.15英镑,同期仅需17美金(13英镑)。这意味着每个阀门每年最低可节省1,150美金(857英镑),因为这个数字没有考虑气动供应系统中不可避免的泄漏。
      流程细节:电动实行器安装在瓶子灌装机的入口上。两种操作模式都是可能的,实行器在两者中都起着重要作用。
产品模式:
      1.将产品(该系统中的饮食可乐)在4巴(58psi)的受控压力下泵入罐(通常称为碗)中。
      2.该罐装满产品约50%,剩下的50%是压缩空气。
      3.产品上方的压缩空气压力必须始终不大于或低于4巴。如果它高于4巴,则会产生过量填充瓶子和瓶子爆炸的风险(称为Fobbing)。如果太低,则瓶子未充满。在受控的灌装系统中将产品排放到瓶子中。
      4.实行器控制比例积分微分(PID)控制系统中的压力,设定点为4巴。这节省了功耗,改善了控制并降低了压缩空气消耗。
CIP模式:
      1.每72小时,必须使用热碱溶液彻底清洁产品罐。此过程完全自动化。
      2.在CIP模式期间,储罐在72°C(162°F)下100%填充热苛性碱溶液。
      3.由于油箱已满,压力降至1.5巴(22 psi),以防止系统出现液压超压。如果压力太高,可能会损坏灌装阀。
      实行器在PID控制系统中控制该压力,设定点为1.5巴。电动实行器的性能优于气动实行器,因为电动实行器不会超过设定点。
电控阀实行器细节:
      所使用的电动控制阀实行器引入了连续,可重复和调制的电气控制,并具有可编程的故障定位选项。采用工业标准4-20 mA控制信号或数字网络,分辨率,可重复性和滞后性能的报价小于满量程的0.1%,适用于要求最苛刻的应用。
      机械功能包括双密封外壳,可永久保护内部电气元件免受工作环境的影响。IP68防尘,防水和临时潜水外壳适用于该产品系列中的所有型号,包括具有危险区域认证的型号。在主电源断电时,内置超级电容器允许实行器将阀门移动到所需位置,可编程为打开,关闭,任何中间位置或保持不动。
      实行器采用经过验证的完善的非侵入式通信技术,用于实行器编程和调整。使用运行制造商免费专有App的蓝牙PC实行实行器设置和配置。每个实行器都包含一个板载数据记录器,可以下载操作数据,如阀门扭矩曲线,停留时间,实行器事件和统计数据,以便进行详细的调查和诊断。分析后,可以将任何所需的配置更改上传到实行器。
      数字控制网络选项有助于提高安装经济性,并使实行器具有更强的能力,可与现有资产管理系统相衔接。该设计可以指定用于单相交流电或直流电源,也简化了将实行器改装到现有阀门上的过程。
摘要:
      该装瓶厂对投资持续改进计划的承诺已经在工厂性能和效率方面取得了巨大进步,并且可以持续节省成本。这部分是因为操作员愿意探索和接受最新技术,而不是“大家总是如何做到这一点”的典型心态。在控制阀操作的情况下,使用高性能电动实行器每年可节省1,150美金。
 

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