流体パワーアクチュエータ用デジタルポジショナー

空気圧および油圧アクチュエータは、無数のプロセス用途でダンパードライブ、フローバルブ、真空制御およびその他のデバイスを日常的に操作します。 ただし、従来の開ループポジショナーとそのようなタスクで使用される閉ループデジタルポジショナーとの間には、かなりのパフォーマンスギャップがあります。 問題は、ケンタッキー州プロスペクトのKyTronicsの社長であるEd Steutermannが説明した、開ループコントローラーが単一の制御コマンドを適用することです。 フィードバックの利点がなければ、ユーザーは正確な結果しか推測できません。これは、制御の努力が望ましい効果をもたらすという保証がないためです。

対照的に、閉ループ制御により、正確な情報がプロセスセンサーからトランスミッター、コントローラー、アクチュエーター、そしてその逆のフィードバックループで継続的に流れるようになります。 これらのポジショナーを使用すると、この「測定-決定-作動」シーケンスは、制御変数が変化した瞬間から始まり、目的のプロセス条件が満たされるまで停止しません。

KyTronicsのクローズドループデジタルポジショナーは、シリンダーやダイアフラムオペレーターなどの空圧および油圧ロータリーまたはリニアアクチュエーターを制御します。 （電気機械式アクチュエーターでも使用できます。）

たとえば、空気圧アプリケーションでは、外部の低電圧ソレノイドバルブを使用して、アクチュエータへのエアフローを制御します。 これにより、従来の電空ポジショナーでメンテナンスの問題を引き起こすカム、スプリング、フラッパーバルブ、およびオリフィスがなくなります。 電子モジュールは、コントローラと位置信号を比較し、不一致の場合、電磁弁を開いて流量を供給し、アクチュエータを設定値位置にすばやく移動します。 これにより、従来のポジショナーのような力平衡位置ではなく、同じ信号に応答してアクチュエータシャフトが常に同じ位置に移動するため、信頼性の高いパフォーマンスが得られます。 したがって、KyTronicsポジショナーは、アクチュエータの「スティクション」や空気圧の変動などの悪条件の影響を受けません。

一方、開ループポジショナーは、信号の変化に比例してスライドバルブが開く本質的に比例したコントローラーです。 アクチュエーターの動きは、十分な空気がアクチュエーターに流入してブレイクアウェイフォースに達するまで開始されません。 これにより、顕著な遅延、コントローラー信号のランピング、オーバーシュート、発振が発生する可能性があり、これらはすべてシステムのパフォーマンスを低下させる可能性があります。

指定された位置にすばやく到達してロックする機能は、油圧アプリケーションでも利点があります。 これは、システム内の流体の流れによる動的な変化（通常は圧力）にもかかわらず、ポジショナーがアクチュエータシャフトの動きを妨げるためです。 一方、従来のポジショナーでは、外力に応じてバルブの位置が意図した位置から外れることがあります。

重要なフィードバック要素はセンサーです。 Steutermann氏によると、アクチュエータシャフトに取り付けられた非接触の磁気エンコーダは、閉ループ動作を制御するための正確なデジタル位置信号を提供します。 このデバイスは、エンコーダーボード上のアレイでディスクリートホール効果センサーを使用します。 磁気スイープアームはシャフトの動きに応答し、アレイ上を移動して、動きの増分ごとに一意のバイナリ信号を生成します。 センサーは実質的に衝撃の影響を受けず、摩耗や温度による信号のドリフトはありません。これにより、通常のサービスでの再較正の必要性が事実上なくなります。 同様に、リニアトランスデューサーからの位置信号を使用して、パワーシリンダーなどのデバイスを実行できます。

別の利点は、作動液がポジショナに入らないため、ほこりや水が動作を汚染しないことです。 これは、ポジショナーがアクチュエータを動かしていない場合でも、操作のために連続的なエア抜きを必要とする従来のポジショナーとは異なります。 （抽気はプラントの圧縮空気ヘッダーから引き出され、一般的なポジショナーを通過して大気中に排出されます。）これにより運用コストが増加します。 さらに、このようなポジショナーには、相互作用する電子、機械、および空気圧要素があります。 抽気には、これらの要素を汚染し、メンテナンスが必要な水、油、汚れが含まれています。

KyTronicsは2つの基本的なポジショナーモデルを提供します。 DLAモジュールは、電子機器が振動、極端な温度、過酷な環境や危険な環境にさらされるのを避けるために、リモートで取り付けることができます（バルブから最大2,000フィート）。 DLAは、バルブ位置、アクチュエータが適切に動作していることの確認、および制御信号をバイパスするための手動オーバーライドを表示します。 MCDLUモジュールはバルブに取り付けられ、エンコーダーと電子機器は同じエンクロージャーに収納されています。

ポジショナーは、プロセスコントローラーの有無にかかわらず、リモートアクチュエーターとオンオフバルブを直接調整および監視できます。 ストアドプログラムは、フェールオープンまたはクローズオン信号または電力損失などのフィールド選択可能な応答、および部分スパンと分割範囲を含むカスタム応答を提供します。 報告によれば、セットアップとキャリブレーションは迅速かつ簡単です。

再現性は±0.5％、動作温度範囲は-50°〜300°Fで、デバイスには12-24 Vdcまたは120/240 Vac電源が必要です。

DLAおよびMCDLUユニットは、さまざまな厳しい設定で15年以上使用されています。 Steutermannによると、元のユニットのほとんどはまだ使用中です。 デリケートな電子機器は、届きにくいバルブ/ダンパーアクチュエーターの場所など、敵対的または不便な場所から離れているため、DLAモデルは特に過酷な条件に適しています。 アクチュエーターにはエンコーダーのみがあります。 たとえば、いくつかは、100°Fをはるかに超える温度で製鉄所の熱風ダンパーを操作しました。位置信号は、300フィート以上離れたリモートコントローラーに送信されます。 DLAプロセッサには、ポジショナまたはシステムの問題を警告して特定する診断機能もあります。 他の典型的なアプリケーションには、真空駆動のミシンやタバコ製造機での使用が含まれます。