Apa itu katup kontrol pneumatik?

Abstrak: Sebagai peralatan kontrol otomatisasi industri yang penting, katup kontrol pneumatik banyak digunakan di banyak bidang seperti industri kimia, perminyakan, tenaga listrik, metalurgi, dan sebagainya. Ia menggunakan udara terkompresi sebagai sumber tenaga, dikombinasikan dengan posisi katup listrik dan aktuator, untuk mewujudkan kontrol yang tepat dari parameter proses seperti aliran dan tekanan sedang dalam pipa. Dalam makalah ini, kami akan memperkenalkan secara rinci komposisi struktural, prinsip kerja, karakteristik aplikasi, status kesalahan, resolusi kesalahan, dan kepentingannya dalam produksi industri katup kontrol pneumatik.

Katup kontrol pneumatik terutama terdiri dari bagian-bagian berikut:

1. aktuator pneumatik:
   ini adalah komponen inti dari katup penyesuaian pneumatik, bertanggung jawab untuk menerima sinyal dari sistem kontrol (seperti PLC) dan mengubahnya menjadi aksi mekanis. Aktuator pneumatik biasanya mencakup diafragma pneumatik, pegas, aktuator, dan komponen batang katup.
2. badan katup pengatur:
   termasuk batang katup, dudukan katup, dan badan katup itu sendiri. Batang katup dan dudukan adalah komponen kunci untuk mewujudkan efek penekanan, mereka mengontrol aliran dan tekanan sedang melalui perubahan posisi relatif.
3. penentu posisi katup:
   digunakan untuk meningkatkan presisi kontrol katup. Penentu posisi sesuai dengan sinyal umpan balik perpindahan batang katup untuk memastikan keakuratan dan stabilitas aksi katup.
4. aksesori:
   seperti katup pengurang tekanan penyaringan, katup solenoid, perangkat pengoperasian manual, dll., digunakan untuk membantu pengoperasian normal sistem.

Proses kerja katup kontrol pneumatik dapat dibagi menjadi langkah-langkah berikut:

1. Penerimaan dan konversi sinyal:
   katup kontrol pneumatik melalui sistem kontrol (seperti PLC) untuk menerima sinyal arus atau sinyal analog, sinyal ini diubah menjadi sinyal pneumatik melalui penentu posisi katup listrik atau konverter. Misalnya, sinyal arus 4-20mA yang umum dapat diubah menjadi sinyal pneumatik 0,02-0,1MPa melalui penentu posisi katup. Konversi ini memungkinkan aktuator pneumatik untuk melakukan tindakan yang sesuai sesuai dengan perubahan sinyal input.

2. Aksi aktuator

   Ketika sinyal pneumatik memasuki aktuator film tipis pneumatik, udara terkompresi mendorong membran untuk mengembang, yang pada gilirannya mendorong aktuator dan batang katup, menyebabkan batang katup dipindahkan dan mengubah bukaan katup. Secara khusus:

   • Ketika sinyal tekanan udara meningkat, batang pendorong bergerak ke atas, menggerakkan batang katup dan batang katup ke atas, dan katup terbuka lebar;
   • Ketika sinyal tekanan udara menurun, batang pendorong bergerak ke bawah, menggerakkan batang katup dan batang katup ke bawah, katup menutup kecil.
3. Peran penentu posisi katup

   Penentu posisi katup menyesuaikan aksi aktuator pneumatik secara real time sesuai dengan sinyal umpan balik perpindahan batang katup untuk memastikan bahwa bukaan katup konsisten dengan sinyal input. Ketika sinyal umpan balik seimbang dengan sinyal input, katup berhenti bergerak, sehingga memastikan keakuratan dan stabilitas regulasi.

   • Penentu posisi aksi positif: Ketika sinyal input meningkat, output tekanan udara ke kepala diafragma meningkat, sehingga bukaan katup meningkat.
   • Penentu posisi aksi balik: ketika sinyal input meningkat, output tekanan udara ke kepala diafragma menurun, sehingga bukaan katup menurun.

   Pemilihan penentu posisi harus dicocokkan sesuai dengan persyaratan khusus dari aktuator dan katup pengatur untuk memastikan stabilitas dan keandalan sistem.

4. Mengatur aliran dan tekanan sedang

   Tekanan pra-katup diubah menjadi tekanan pasca-katup melalui efek penekanan batang katup dan dudukan. Proses penyesuaian spesifik adalah sebagai berikut:

   • Pengaturan tekanan: P2 dimasukkan ke dalam ruang membran atas melalui pipa dan bekerja pada cakram atas, gaya yang dihasilkan seimbang dengan gaya reaksi pegas, yang menentukan posisi relatif batang katup dan dudukan, sehingga mengontrol tekanan setelah katup. Ketika P2 meningkat, gaya pada cakram atas meningkat, mengatasi gaya pegas, menutup batang katup, mengurangi area aliran, meningkatkan resistensi aliran, dan P2 menurun sampai mencapai nilai yang ditetapkan.
   • Pengaturan aliran: Dengan mengubah posisi relatif batang katup dan dudukan, area aliran sedang diatur, sehingga mengontrol aliran. Ketika perlu untuk meningkatkan aliran, katup dibuka; ketika perlu untuk mengurangi aliran, katup ditutup.
5. Umpan balik dan regulasi.

   Dalam seluruh proses penyesuaian, perubahan bukaan katup, tuas umpan balik akan memberikan sinyal umpan balik real-time ke penentu posisi. Penentu posisi menyesuaikan sesuai dengan sinyal umpan balik ini untuk memastikan keakuratan dan stabilitas aksi katup. Ketika sinyal umpan balik seimbang dengan sinyal input, katup berhenti bergerak dan mempertahankan tingkat bukaan saat ini.

6. Bentuk aksi aktuator pneumatik
   • Aksi positif: Ketika tekanan udara input aktuator pneumatik meningkat, aktuator bergerak ke bawah, yang disebut aksi positif.
   • Aksi balik: Ketika tekanan udara input aktuator pneumatik meningkat, batang pendorong bergerak ke atas, yang disebut aksi balik.
7. Pemuatan maju dan mundur mekanisme pengatur
   • Katup pemuatan positif: Ketika batang katup bergerak ke bawah, luas penampang aliran antara batang katup dan dudukan katup berkurang.
   • Katup pemuatan balik: Ketika batang katup bergerak ke bawah, luas penampang sirkulasi meningkat.
8. bentuk aksi aktuator pneumatik
   • Udara untuk Buka (Air to Open, A.O.): ketika tekanan sinyal meningkat, katup secara bertahap terbuka; ketika tidak ada sinyal, katup menutup.
   • Udara untuk Tutup, A.C.: Ketika tekanan sinyal meningkat, katup secara bertahap ditutup; ketika tidak ada sinyal, katup terbuka penuh.

Katup kontrol pneumatik memiliki keunggulan signifikan berikut, menjadikannya banyak digunakan dalam sistem kontrol otomatisasi industri:.

1. Kontrol sederhana:
   pengoperasian dan pemeliharaan katup kontrol pneumatik relatif sederhana, tanpa memerlukan rangkaian elektronik yang kompleks, mengurangi tingkat kegagalan dan biaya pemeliharaan.
2. respons cepat:
   karena kecepatan respons cepat dari daya udara terkompresi, katup kontrol pneumatik dapat diselesaikan dalam waktu singkat dari penerimaan instruksi hingga pelaksanaan seluruh proses aksi, meningkatkan kecepatan respons sistem.
3. Aman secara intrinsik:
   katup kontrol pneumatik tidak bergantung pada penggerak tenaga listrik, untuk menghindari risiko percikan listrik, terutama untuk tempat yang mudah terbakar dan meledak.
4. Kemampuan beradaptasi yang kuat:
   katup kontrol pneumatik dapat mengatur gas, uap, cairan, dan media lainnya, cocok untuk kondisi kerja yang berbeda.
5. Umur panjang:
   struktur katup kontrol pneumatik dirancang secara wajar, pemilihan material sangat baik, dengan daya tahan dan keandalan yang tinggi, dan dapat beroperasi secara stabil untuk waktu yang lama.
6. hemat energi dan efisiensi tinggi:
   melalui kontrol yang tepat dari aliran dan tekanan media, katup kontrol pneumatik dapat secara efektif menghemat energi dan meningkatkan efisiensi produksi.

Katup penyesuaian pneumatik banyak digunakan dalam industri dan kesempatan berikut:

1. industri kimia:
   digunakan untuk mengatur aliran dan tekanan material dalam reaktor kimia, untuk memastikan stabilitas dan keamanan kondisi reaksi.
2. industri perminyakan:
   digunakan di sumur minyak, kilang minyak, dan tempat lain untuk mengatur aliran dan tekanan dalam pipa transmisi minyak dan gas, untuk memastikan keamanan dan stabilitas proses produksi.
3. industri tenaga listrik:
   digunakan dalam sistem pasokan air boiler dan sistem pengaturan uap dari pembangkit listrik termal untuk memastikan stabilitas dan efisiensi pengoperasian boiler.
4. industri metalurgi:
   digunakan dalam sistem air pendingin tungku sembur, konverter, dan peralatan lainnya, sistem pengaturan gas, dll., untuk memastikan keamanan dan stabilitas proses produksi.
5. Industri farmasi:
   Ini digunakan untuk semua jenis pengangkutan dan pengaturan material dalam proses produksi farmasi, untuk memastikan keakuratan dan standar kebersihan proses produksi.

Menurut bentuk aksi, katup pneumatik biasanya dibagi menjadi gas-terbuka dan gas-tertutup. Pemilihan udara terbuka dan udara tertutup berdasarkan sudut pandang keamanan titik produksi proses, yaitu, dalam sumber udara terputus, katup berada dalam posisi tertutup lebih aman atau posisi terbuka lebih aman.

Katup tipe udara terbuka (Air to Open) dalam tekanan udara kepala diafragma meningkat, katup ke arah pembukaan peningkatan aksi, ketika tekanan udara input mencapai batas atas, katup dalam keadaan terbuka penuh. Sebaliknya, ketika tekanan udara menurun, katup bertindak ke arah penutupan, dan ketika tidak ada udara input, katup tertutup penuh. Oleh karena itu, katup tipe udara terbuka terkadang disebut gagal menutup (Fail to Close, FC).

Katup Udara untuk Tutup (Air to Close) beroperasi dalam arah yang berlawanan dengan Udara untuk Buka. Tekanan udara meningkat, katup ke arah penutupan aksi; tekanan udara menurun atau tidak ada input, katup ke arah pembukaan atau keadaan terbuka penuh. Oleh karena itu, terkadang disebut kesalahan untuk membuka tipe (Fail to Open, FO).

Katup kontrol dapat mengalami berbagai kesalahan selama pengoperasian, terutama dalam kasus gangguan sumber udara atau sinyal listrik. Untuk memastikan keamanan sistem, katup kontrol biasanya dirancang dengan metode penanganan kesalahan yang berbeda:

1. FC (Gagal Menutup):
   Katup menutup secara otomatis ketika sumber gas atau sinyal listrik hilang. Cocok untuk aplikasi di mana penutupan yang aman diperlukan jika terjadi kesalahan, seperti katup kontrol pada saluran pipa gas bahan bakar.
2. FO (Gagal Membuka):
   Katup terbuka secara otomatis ketika sumber gas atau sinyal listrik hilang. Cocok untuk aplikasi di mana pembukaan yang aman diperlukan jika terjadi kesalahan, misalnya katup ventilasi darurat.
3. FL (Gagal ke Posisi Terakhir):
   Ketika sumber udara atau sinyal listrik hilang, katup tetap dalam posisinya saat ini. Cocok untuk aplikasi di mana respons langsung terhadap kesalahan tidak diperlukan.
4. FLC (Gagal ke Posisi Terakhir dengan Tren Penutupan):
   Ketika sumber udara atau sinyal listrik hilang, katup menahan posisi tetapi cenderung menutup dan akhirnya menutup. Cocok untuk aplikasi yang memerlukan penutupan lambat jika terjadi kesalahan.
5. FLO (Gagal ke Posisi Terakhir dengan Tren Pembukaan, pertahankan posisi asli dan cenderung terbuka):
   ketika sumber gas atau sinyal listrik hilang, katup mempertahankan posisi tetapi cenderung terbuka, dan akhirnya terbuka. Cocok untuk skenario aplikasi yang memerlukan pembukaan lambat jika terjadi kegagalan.
6. AFL/EFC (Gagal Lanjutan untuk Menutup)
   • AFL/EFC-1: Hilangnya katup solenoid pasokan udara tidak dinonaktifkan, katup menahan posisi.
   • AFL/EFC-2: Terlepas dari apakah sumber gas hilang, katup solenoid dinonaktifkan, katup dalam posisi tertutup.
7. AFL/EFO (Gagal Lanjutan untuk Membuka)
   • AFL/EFO-1: Hilangnya katup solenoid pasokan udara tidak dinonaktifkan, katup menahan posisi.
   • AFL/EFO-2: Katup dalam posisi terbuka terlepas dari apakah sumber udara hilang solenoid dinonaktifkan.

1. 1, katup pneumatik tidak dapat bertindak

   Fenomena kesalahan: katup pneumatik tidak dapat membuka atau menutup.

   Analisis penyebab

   • A, tekanan gas yang tidak mencukupi atau penyumbatan saluran gas: kerja katup pneumatik tergantung pada tekanan gas yang stabil. Jika tekanan sumber gas tidak mencukupi atau ada penyumbatan di saluran gas, akan menyebabkan katup tidak dapat beraksi normal.
   • B, kegagalan katup solenoid: katup solenoid adalah bagian penting dari sistem kontrol katup pneumatik. Jika koil katup solenoid terbakar atau batang katup macet, itu akan secara langsung memengaruhi aksi katup pneumatik.
   • C, kegagalan aktuator: piston atau silinder di dalam aktuator macet atau fenomena kebocoran internal, juga akan menyebabkan katup pneumatik tidak dapat bekerja dengan benar.
   • D, kotoran atau penyumbatan di dalam badan katup: mungkin ada kotoran atau penyumbatan di dalam badan katup, yang memengaruhi jalur aliran, yang menyebabkan katup tidak dapat dibuka atau ditutup secara normal.

   Metode eliminasi

   • A. Periksa apakah tekanan sumber gas dan saluran gas normal, jika ada masalah, perbaiki tepat waktu. Pastikan bahwa tekanan sumber udara memenuhi persyaratan desain, bersihkan atau ganti bagian yang tersumbat di sirkuit udara.
   • B. Ganti katup solenoid atau bersihkan batang katup. Periksa secara teratur status kerja katup solenoid, deteksi dan perawatan tepat waktu dari kesalahan.
   • C, Periksa aktuator, seperti piston, silinder, dll. untuk kerusakan atau kebocoran internal, jika ada bagian yang rusak, ganti tepat waktu. Lumasi secara teratur bagian bergerak dari aktuator untuk mengurangi keausan.
   • D, Bersihkan bagian dalam badan katup untuk memastikan bahwa jalur aliran lancar. Dalam proses pemasangan dan penggunaan, perhatikan untuk menjaga kebersihan media untuk menghindari kotoran masuk ke badan katup.
2. 2, aksi lambat katup pneumatik

   Fenomena kesalahan: kecepatan pembukaan atau penutupan katup pneumatik lambat.

   Analisis penyebab

   • A. Tekanan sumber gas yang tidak mencukupi atau penyumbatan saluran gas: Tekanan sumber gas yang tidak mencukupi atau penyumbatan saluran gas akan menyebabkan aksi lambat katup pneumatik.
   • B. Gesekan berlebihan di dalam aktuator: Gesekan berlebihan antara piston dan dinding silinder di dalam aktuator, atau penuaan segel, dapat menyebabkan aksi katup pneumatik lambat.
   • C. Kotoran atau penyumbatan di dalam badan katup: mungkin ada kotoran atau penyumbatan di dalam badan katup, yang memengaruhi jalur aliran yang lancar, yang menyebabkan aksi katup pneumatik lambat.

   Metode eliminasi

   • A. Periksa apakah tekanan sumber udara dan sirkuit udara normal, jika ada masalah, perbaiki tepat waktu. Pastikan bahwa tekanan sumber udara memenuhi persyaratan desain, bersihkan atau ganti bagian yang tersumbat di sirkuit udara.
   • B. Lumasi aktuator dan ganti bagian yang sangat aus. Lumasi secara teratur bagian bergerak dari aktuator untuk mengurangi gesekan.
   • C. Bersihkan bagian dalam badan katup untuk memastikan bahwa jalur aliran lancar. Dalam proses pemasangan dan penggunaan, perhatikan untuk menjaga kebersihan media untuk menghindari kotoran masuk ke badan katup.
3. 3, Kebocoran katup pneumatik

   Fenomena kesalahan: katup pneumatik dalam keadaan tertutup masih memiliki kebocoran media.

   Analisis penyebab

   • A, kerusakan atau penuaan segel: segel (seperti O-ring, paking) kerusakan atau penuaan, dapat menyebabkan katup pneumatik dalam keadaan tertutup masih memiliki kebocoran media.
   • B, sambungan badan katup longgar atau penyegelan yang buruk: sambungan badan katup longgar atau penyegelan yang buruk juga dapat menyebabkan katup pneumatik dalam keadaan tertutup masih memiliki kebocoran media.
   • C. Kebocoran di dalam aktuator: kebocoran silinder atau piston di dalam aktuator akan memengaruhi kinerja penyegelan katup pneumatik.

   Metode eliminasi

   • A. Ganti segel yang rusak atau menua. Periksa secara teratur status segel, deteksi dan perawatan tepat waktu dari masalah.
   • B. Kencangkan sambungan badan katup untuk memastikan penyegelan yang baik. Selama pemasangan, ikuti prosedur pengoperasian dengan ketat untuk memastikan kinerja penyegelan sambungan.
   • C, Periksa bagian dalam aktuator, jika ada perbaikan kebocoran atau ganti bagian tepat waktu. Periksa secara teratur kinerja penyegelan aktuator untuk menemukan dan menangani masalah kebocoran tepat waktu.
4. 4, Penentuan posisi katup pneumatik yang tidak akurat

   Fenomena kesalahan: katup pneumatik tidak dapat mencapai posisi sakelar yang telah ditetapkan.

   Analisis penyebab

   • A, kegagalan penentu posisi atau penyesuaian yang tidak tepat: penentu posisi adalah bagian penting dari sistem kontrol katup pneumatik. Jika penentu posisi rusak atau tidak disesuaikan dengan benar, katup pneumatik tidak akan mencapai posisi sakelar yang telah ditetapkan.
   • B. Langkah aktuator pneumatik yang tidak mencukupi atau tidak disesuaikan dengan benar: Langkah aktuator pneumatik yang tidak mencukupi atau tidak disesuaikan dengan benar juga dapat mengakibatkan katup pneumatik gagal mencapai posisi sakelar yang telah ditetapkan.

   Metode pemecahan masalah

   • A. Periksa apakah penentu posisi rusak atau tidak disesuaikan dengan benar, dan ganti atau sesuaikan kembali jika perlu. Kalibrasi penentu posisi secara teratur untuk memastikan bahwa ia dalam kondisi kerja yang baik.
   • B. Periksa apakah langkah aktuator pneumatik tidak mencukupi atau tidak disesuaikan dengan benar, sesuaikan atau ganti bagian jika perlu. Periksa secara teratur langkah aktuator pneumatik untuk memastikan bahwa ia memenuhi persyaratan desain.
5. 5, Kesalahan lainnya
   1. 5.1 Aksi katup mulai melompat

      Fenomena kesalahan: awal dari fenomena lompatan aksi katup.

      Analisis penyebab: beban mungkin terlalu besar, perlu meningkatkan spesifikasi aktuator.

      Metode eliminasi: sesuai dengan beban aktual, pilih spesifikasi aktuator yang sesuai untuk memastikan bahwa ia dapat memenuhi persyaratan beban.

   2. 5.2 Melompat di akhir aksi katup

      Fenomena kesalahan: fenomena melompat di akhir aksi katup.

      Analisis penyebab: aksinya mungkin terlalu cepat, energi inersia terlalu besar, perlu meningkatkan katup kontrol kecepatan atau penyangga eksternal.

      Metode eliminasi: dalam sistem pneumatik untuk meningkatkan katup kontrol kecepatan atau perangkat penyangga eksternal, kurangi kecepatan aksi, kurangi dampak energi inersia.

   3. 5.3 Tidak ada sinyal kembali ke sinyal

      Fenomena kesalahan: tidak ada output sinyal kembali ke sinyal.

      Analisis penyebab: saluran daya sinyal mungkin korsleting, pemutusan, perlu memperbaiki saluran daya atau mengganti sakelar mikro.

      Perbaikan: Periksa saluran daya sinyal, perbaiki korsleting atau sirkuit yang rusak, dan ganti sakelar mikro jika perlu.