www.bookclubman.com

The website for measurement system-instrument system-measuring device and principle-process control-process measurement principle-level measurement-flow measurement-temperature measurement-pressure measurement including the piping system-measurement piping system-piping material-pipe thread-piping code-control valve – all of instrumentation and measurement system เว็บไซต์ที่รวบรวมความรู้เกี่ยวกับระบบการวัด เครื่องมือวัด ได้แก่ เครื่องมือวัดความดัน  เครื่องมือวัดอุณหภูมิ เครื่องมือวัดอัตราการไหล เครื่องมือวัดระดับ   ระบบควบคุมกระบวนการ นอกจากนี้ยังมีเรื่องของระบบท่อ  เกลียวท่อ  การวัดขนาดท่อ การเรียกชื่อของท่อ  การใช้งานท่อ เกลียว รวมทั้งวาล์วควบคุม เรียกได้ว่าเป็นเรื่องที่เกี่ยวกับระบบเครื่องมือวัดและระบบควบคุมนั่นเอง

 

Control Value

Basic Introduction

                ในขบวนการผลิตทางอุตสาหกรรมทั้งหลาย โดยเฉพาะขบวนการผลิตขนาดใหญ่และซับซ้อนนั้นมักใช้ระบบการควบคุมแบบอัตโนมัติเข้ามาใช้งานเพื่อให้ขบานการผลิตเป็นไปอย่างต่อเนื่อง มีประสิทธิภาพดี สิ่งสำคัญประการหนึ่งในระบบที่ขาดไม่ได้ คือ อุปกรณ์ขับเคลื่อน หรือ final  drive ที่จะกล่าวในที่นี้คือ control  valve ซึ่งเป็นอุปกรณ์หนึ่งในหลายๆอย่างที่อยู่ในกลุ่มของ final  drive ทั้งนี้เนื่องจากว่า control  valve เป็นอุปกรณ์ที่สำคัญมากประการหนึ่งของระบบการผลิต หรือเรียกว่ามี priority อันดับต้นๆนั่นเอง 

การศึกษาเพื่อให้เกิดความเข้าใจจะนำไปสู่การใช้งานที่ปลอดภัยต่อระบบ และผู้ปฏิบัติงาน ตลอดจนทำให้ขบวนการผลิตมีประสิทธิภาพและประสิทธิผลสูงสุดตามต้องการ  รวมทั้งเกิดความประหยัดอันเหมาะกับยุคสมัยที่พลังงานนับวันจะขาดแคลนขึ้นทุกวัน

ก่อนที่จะเข้าสู่เนื้อหาของ Control valve ควรทำความรู้จักและเข้าใจในเบื้องต้นเกี่ยวกับเรื่อง Process Control Terminology ก่อน เพื่อจะทำให้สามารถเข้าใจเนื้อหาในส่วนต่อๆไปได้เป็นอย่างดี โดยจะกล่าวในลักษณะสรุปสั้นๆ และจะเข้าสู่รายละเอียดในส่วนต่อๆไปอีกครั้ง   กรณีเช่นนี้ก็เช่นเดียวกับการศึกษาวิชาคณิตศาสตร์ที่ต้องทำความเข้าใจในนิยามให้ถ่องแท้เสียก่อนจึงจะศึกษาในส่วนต่อๆไปได้โดยเกิดการติดขัดน้อยที่สุด

ทั้งนี้ขอแนะนำให้ติดตามอ่านจนจบตอนสุดท้ายจะทำให้ท่านได้ประโยชน์มากที่สุด

Note : final  drive = final  control  element  =  final  element

1.      Process Control Terminology

1.1       Capacity คือ Flow Rate ของการไหลของของไหลที่ผ่าน Control Value  ภายใต้สภาวะหนึ่ง ๆ

1.2       Controller คือ อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ในการประมวลผล โดยรับข้อมูลหรือ Input จากตัวแปรที่ต้องการควบคุมหรือตัวแปรที่วัดค่า (Controlled Variable or Measured Variable) จากนั้นจึงทำการประมวลผลตามรูปแบบการควบคุม (Control Regulatory) ที่ต้องการ แล้วส่ง Output Signal (ผลที่ได้จากการประมวลผล) ไปยัง Final Control Element ในที่นี้คือ Control Value

1.3       Closed Loop  Control  เป็นวงจรควบคุมแบบปิด โดยนำเอาค่าของสถานะจาก Final Control Element กลับเข้ามาเปรียบเทียบกับค่า Set Point เพื่อตรวจสอบว่ายังมีสถานะต่างจากค่าเป้าหมาย (Set Point) หรือไม่ ที่ยังมีค่า Error หรือค่า SP-PV ตัว Controller ก็จะสั่งการต่อไปจนกว่าจะได้ค่าสถานะของ Final Element ที่ต้องการโดยมีค่า Error เป็นศูนย์นั่นเอง Controller ก็จะหยุดสั่งการ Closed Loop ในบางครั้งก็เรียกว่า Control Loop คือ Loop ที่เราสนใจเป็นพิเศษหรือที่เราต้องการควบคุม

1.4       Control Range เป็นย่านการเคลื่อนที่ของ Stem Value  หรือระยะทางการเคลื่อนที่ของ stem valve บางทีอาจเรียกว่า valve  travel or  rated  travel

1.5       Dead Band or Dead  Zone

                    ช่วงที่ sensor หรือ control  valve ไม่ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลง(input ที่เปลียนแปลง)  ซึ่งเกิดจากธรรมชาติของตัวอุปกรณ์เอง เกิดขึ้นได้ทั้ง instrument และ control  valve  แต่ส่วนมากจะใช้กับ instrument and  control  system มากกว่า

                จากรูปด้านล่างอธิบายได้ดังนี้

สมมุตว่าระบบนี้เป็นการทำงานของ air  compressor มีค่า set point to start at 7.5 bar , stop at 8.0 bar

ในตอนเริ่มต้น air compressor ก็จะอัดอากาศเพื่อสร้างความดันขึ้นมาจนถึง 8 bar  จากนั้น pressure  switch ก็สั่งตัดการทำงานของ air comp. แต่เนื่องจากระบบมี time lag จึงพบว่าเกิดการ over shoot ขึ้นเล็กน้อย   หลังจากนั้นเมื่อความดันในระบบค่อยๆลดลงจนกระทั่งถึง 7.5 bar ซึ่งเป็นจุดที่ compressor ต้องstart ขึ้นมา แต่เนื่องจากว่า pressure  switch ที่ใช้งานนี้มี dead band ค่อนข้างมาก(อุปกรณ์คุณภาพต่ำ) ทำให้ไม่สามารถตอบสนองต่อ input ที่เปลี่ยนแปลงได้  และair  compressor ก็ไม่สามารถทำงานได้ตามที่ต้องการ เนื่องจาก switch ไม่เปลี่ยนสถานะ  จนกระทั่งความดันลดลงเรื่อยๆ ไปจนถึง 7.0bar จากนั้น air  compressor จึงstart ขึ้นมา จะเห็นได้ว่า dead  band ที่เกิดขึ้นนี้นั้นทำให้เราไม่สามารถควบคุมระบบได้ตามต้องการ

วิธีการแก้ไขคือ เปลี่ยน pressure  switch ที่มีค่า dead  band ต่ำๆมาใช้งาน  หรือ ติดตั้ง pressure  switch 2 ตัว คือ ทำหน้าที่สั่ง start  , stop แยกอิสระต่อกัน  

dead  band  of  instrument

ที่มา เอกสารประกอบการอบรม หลักสูตร introduction to process control  กองศูนย์ฝึกอบรมบางปะกง  การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย

1.6       Gain  คือ ค่า Output Change/Input Change มี 2 แบบ คือ Static Gain คือค่า OP Change/ IP Change ในสภาวะ Steady State บางครั้งเรียกว่าค่า Sensitivity  ส่วน Dynamic Gain เป็นค่า OP Change/IP Change ในสภาวะที่มีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นอยู่ เป็น Function ของความถี่หรืออัตราการเปลี่ยนแปลงของ Input     อุปกรณ์ที่มีค่านี้มากๆก็หมายถึงว่าสามารถขยายสัญญาณ input ได้มากๆนั่นเอง  ยกตัวอย่างเช่น power  amplifier

1.7  Hysteresis เป็นตัวการทำให้เกิด dead  band เป็นลักษณะของการย้อนกลับไม่ได้  ซึ่งเป็นคุณลักษณะเฉพาะของตัวอุปกรณ์(instrument) ส่วนมากเกิดจากเรื่องของ material และเป็นคุณลักษณะประจำตัวของอุปกรณ์ที่ไม่สามารถแก้ไขได้  ดังนั้นจึงต้องทำการบันทึกค่าไว้ขณะ calibrate เพื่อเป็นข้อมูลเบื้องต้นที่จะนำไปใช้งานในภายหลังรวมทั้งยังสามารถเป็นเครื่องตัดสินได้ว่าสมควรจะนำไปใช้งานหรือไม่หากมีค่านี้สูงมากๆ  ลองนึกถึงการลากเส้นลงบนกระดาษจากซ้ายไปขวา แล้วลากกลับโดยพยายามให้ทับเส้นเดิมนั้นเป็นสิ่งที่ไม่สามารถกระทำได้ หมายความว่าขบวนการใดๆในโลกที่เกิดขึ้นมานั้นไม่สามารถทำให้ย้อนกลับได้โดยสมบูรณ์แบบ เป็นไปตามกฏข้อที่ 2 ของ thermodynamics

ที่มา  Control  valve  handbook , third  edition , FISHER Controls international LLC,USA

1.8       Open Loop Control เป็นวงจรควบคุมแบบเปิด โดยไม่มีการนำเอาค่าของสถานะจาก Final Control Element กลับเข้ามาเปรียบเทียบกับค่า Set Point เพื่อตรวจสอบว่ายังมีค่า Error หรือค่า SP-PV เกิดขึ้นหรือไม่  เช่น การเปิดประตูระบายน้ำคือเมื่อสั่งให้เปิดประตู   motor ก็ทำงานจนกระทั่งเปิดจนสุด โดยไม่มีการตรวจสอบตำแหน่งของบานประตูว่าอยู่ตำแหน่งใด คือไม่มี sensor ตรวจจับการเคลื่อนที่ในตำแหน่งต่างๆนั่นเอง

        การทำงานในลักษณะนี้ไม่นิยมใช้งานแบบ automatic และส่วนมากไม่ค่อยพบในระบบ automatic process control

1.9       Process Variable  ได้แก่  pressure , temperature , flow  rate , level , conductivity , p H , vibration เป็นต้น

1.10    Process หรือขบวนการ ได้แก่ขบวนการกลั่นน้ำมัน  ขบวนการผลิตไฟฟ้า  ขบวนการระบายความร้อน เป็นต้น

1.11   Relay เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่คล้ายกับ Power Amplifier คือการขยายสัญญาณลม(pneumatic  signal)ให้มีขนาดใหญ่ขึ้น เพื่อไปขับ Value Actuator  คำในความหมายนี้จะใช้กับ control  valve โดยเฉพาะ

     

ที่มา  Control  valve  handbook , third  edition , FISHER Controls international LLC,USA

1.12   Resolution คือ ค่าความละเอียดของ Display device หรือส่วนแสดงผล ที่สามารถแสดงค่าในลักษณะค่าน้อยๆได้ หมายความว่าเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงค่าเพียงเล็กน้อย ก็สามารถแสดงค่านั้นๆได้ เช่น pressure  gauge ที่ใช้วัดค่าความดันที่มี scale แบบเข็ม  สมมุตว่า 1 ช่องของ scale มีค่าเท่ากับ  0.5 psi  ก็หมายความว่าหากการเปลี่ยนแปลงความดันมีค่าน้อยกว่า 0.5 psi  ก็ไม่สามารถอ่านค่าได้อย่างถูกต้อง แต่สามารถจะประมาณค่าได้ แต่ถ้าแสดงผลเป็นแบบ digital ที่มีการกำหนดหลักของตัวเลขไว้เช่น 2 หลัก คือ x.xx  หากค่าที่เปลี่ยนแปลงอยู่ที่ 0.00x ก็ไม่สามารถแสดงค่าให้ปรากฏ    คือเครื่องวัดจะไม่รับรู้ค่าที่เปลี่ยนแปลงได้เลย ซึ่งต่างกับแบบเข็มหรือ analog ที่สามารถประมาณค่าที่เปลี่ยนแปลงนั้นได้เพียงแต่ไม่ถูกต้องเท่านั้นเอง  

1.13   Response Time หรือที่มักเรียกว่า Time Constant

เป็นเวลาในการตอบสนองของ process ของตัว Sensor เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงค่าของ input.  โดยปกติ Response Time มักถูกใช้วัดในรูปของ Time Constant ค่าหนึ่งๆ

            Time Constant  หมายถึง การเปลี่ยนแปลงค่าของ Output ที่เปลี่ยนแปลงตามเวลาขึ้นกับค่า input โดยคิดเมื่อ Output เริ่มเปลี่ยนแปลงไปจนถึง 63.2% ของ Output ที่เปลี่ยนแปลงทั้งหมด ตามรูป

จากกราฟเป็น Response ของเครื่องมือวัดอุณหภูมิ ปกติวัดอุณหภูมิอยู่ที่ 100 oF  ถ้าอุณหภูมิเกิดเปลี่ยนเพิ่มขึ้นกระทันหันเป็น Step  Change ถึง 700 oF  แต่ผลตอบสนองของเครื่องวัดจะมีค่าค่อย ๆ เพิ่มขึ้นตามจนถึง 63.2% ของการเปลี่ยนแปลง 600 oF (700-100)

                จากกราฟ จะเห็นว่าผลการตอบสนองการวัดของตัว Sensor จนชี้ถึงค่า 63.2% หรือที่ 479.2 oF (600*63.2%) นั้นใช้เวลา 3 วินาที  ซึ่งก็คือ 1 Time Constant   ดังนั้นจึงกล่าวได้ว่า 1 time constant มีค่าเท่ากับ 3 วินาที

 การคำณวน Time Constant อื่นๆเป็นดังนี้

                2  Time Constant (6 วินาที)

                     700 o F -  479.2 o F  =   220.8 o  F

                     (220.8oF x 0.632) + 479.2 oF   =   618.7 oF

             3 Time Constant (9 วินาที)

                 700 oF – 618.7 oF =81.3 oF

                (81.3 oF *0.632) + 618.7 oF = 670.5 oF

1.14   Shaft  Wind-Up คือ ลักษณะของการเคลื่อนที่ (หมุน) ของ Shaft ที่ส่วแรงมาจาก Actuator โดยตรงเกิดการหมุนไปแล้ว แต่ส่วนปลายที่ต่อกับ Value Plug ยังไม่เคลื่อนที่เนื่องจากมีแรงเสียดทานบริเวณ Seal or packing สูงมาก เมื่อ Actuator เพิ่มแรงบิดมากขึ้นเรื่อย ๆ จนกระทั่งชนะแรงเสียดทาน Value Plug จึงเคลื่อนที่ได้  ลักษณะนี้เกิดขึ้นกับ Rotary Value  เท่านั้น

Rotary  valve

ที่มา  Control  valve  handbook , third  edition , FISHER Controls international LLC,USA

1.15    Sensor and Transmitter

Sensor คือ อุปกรณ์วัดค่าตัวแปร (Measured Variable) ได้แก่ temperature  sensor  , pressure  sensor, level  sensor เป็นต้น

Transmitter  เป็นอุปกรณ์ซึ่งใช้เปลี่ยนค่าของตัวแปรที่วัด (Measured Variable)คือการรับค่าจาก sensor นั่นเอง จากนั้นจึงแปลงไปเป็นสัญญาณมาตรฐาน (standard  signal)  ทำให้สะดวกต่อการนำไปใช้งานร่วมกับอุปกรณ์อื่น ๆ  ที่ผลิตภายใต้ standard เดียวกัน ได้แก่  temperature  transmitter, level transmitter  เป็นต้น ใช้สัญญลักษณ์ Tx แทน transmitter  

หน้าที่ของ Transmitter  โดยทั่วไปมีดังนี้

Ø     Converse               เปลี่ยนค่าตัวแปรที่วัดไปเป็นสัญญาณที่ต้องการ เช่น เปลี่ยนแปลงค่า differential  pressure เป็นค่า flow  rate เป็นต้น

Ø     Amplifier                ทำหน้าที่ขยายสัญญาณที่เปลี่ยนแล้วให้มีขนาดใหญ่ขึ้น เพื่อให้ง่ายต่อการ รับ ส่ง และลดปัญหาเรื่อง signal  loss  หรือ noise มารบกวน

Ø     Standard  signal ในการขยายสัญญาณต้องขยายให้อยู่ในค่ามาตรฐาน คือ

     4-20 mA , 1-5 V ,  3-15 psi

Ø     Transmit                ทำการส่งสัญญาณมาตรฐานออกไป  โดยค่าสัญญาณที่วัดได้สามารถส่งออกไปในรูปแบบต่างๆได้ดังนี้

-          Electrical Signals                เป็นสัญญาณทางไฟฟ้าในรูปของกระแสไฟฟ้า หรือแรงดันไฟฟ้า ( 4-20 mA , 1-5 V)

-          Pneumatic Signals             เป็นสัญญาณของความดันลม (3-15 psi )

-          Hydraulic Signals               เป็นสัญญาณของความดันของของเหลว(3-15 psi )

-          Telemetered  Signals        ส่งสัญญาณในรูปของคลื่นความถี่วิทยุ

1.16   Transducer เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่รับค่าการวัดจาก Sensor จากนั้นจึงส่งเป็นสัญญาณไฟฟ้าออกไปยังห้องควบคุม โดยสัญญาณที่ส่งไปจะไม่อยู่ในรูปของ Standard Signal เหมือน Transmitter เช่น Vibration Transducer  ซึ่งอาจเป็น -5 to  +5 V หรือ 1 to 10 V ก็ได้

 

1.17   Value  Sizing คือ การเลือกขนาด ชนิด ประเภท ส่วนประกอบอื่น ๆ ของ Value ให้มีความสัมพันธ์กับระบบที่ต้องการใช้งานอย่างเหมาะสม

1.18    Set  Point   เป็นค่าเป้าหมายในการควบคุม เช่น Steam Temp. Set Point = 560oC เป็นต้น ในการควบคุมตัวแปรที่เราวัดซึ่งก็คือ Measured Variable และ Controlled Variable โดยทั่วไปจะเป็นตัวเดียวกัน เช่นการควบคุมอุณหภูมิของน้ำ Measure Variable และ Controlled Variable คืออุณหภูมิ 

ในบางกรณี เช่นการควบคุมระดับน้ำในถัง    Controlled Variable ก็คือระดับน้ำ   แต่ Measured Variable สามารถวัดในรูปของความดันหรือวัดความดันแตกต่างจากนั้นจึงแปลงค่าความดันไปเป็นระดับของน้ำได้     หรือการวัด Flow Rate ค่า Measured Variable คือ Differential Pressure

1.19   Bench Set  คือ การทดสอบการเคลื่อนตัวของ Actuator Spring Range โดยการป้อนลมเข้าที่ Diaphragm Chamber เพื่อให้ Actuator เกิดการขยับตัวโดยที่ยังไม่ได้ต่อเข้ากับ Value Plug เป็นการทดสอบการทำงานของ diaphragm ว่าทำงานตามย่านความดันที่กำหนดหรือไม่ ทั้งนี้สามารถบ่งชี้ในเบื้องต้นได้ว่า diaphragm มีปัญหาหรือไม่ เช่น การรั่ว หรือฉีกขาด หรือ defect อื่นๆ เพื่อที่จะแก้ไขก่อนที่จะมีปัญหาในขณะใช้งานจริง

1.20   Diaphragm Pressure Span เป็นค่าความแตกต่างระหว่างค่าสูงสุดและต่ำสุดของ Diaphragm Pressure Range เช่น กำหนดค่าไว้ที่ 40  to 400 kPa  ค่า Span คือ 400 – 40 = 360 kPa

1.21   Single Acting Actuator คือ Actuator ที่มีการป้อนพลังงาน (Pneumatic , Hydraulic) เข้าไปใน 1 ทิศทาง  แบบนี้จะมีสปริงเพื่อทำให้เกิดการเคลื่อนที่ในทิศทางตรงกันข้ามกับแรงของ pneumatic or hydraulic

single  acting  actuator

ที่มา  Control  valve  handbook , third  edition , FISHER Controls international LLC,USA

1.22   Double Acting Actuator คือ Actuator ที่ต้องมีการป้อนพลังงาน (Pneumatic , Hydraulic) เข้าไปใน 2 ทิศทาง  แบบนี้จะไม่มีสปริง การเคลื่อนที่ทั้งสองทิศทางต้องใช้แรงจาก Pneumatic or Hydraulic) หรือต้องใช้พลังงานภายนอกทั้งสองทิศทาง

1.23   Dynamic Unbalance คือ สภาวะที่มีค่าของแรง ค่าหนึ่งที่เกิดขึ้นจากแรงกระทำของของไหลที่กระทำต่อ Value Plug ในขณะที่มีการเปิด Value

ที่มา เอกสารทางวิชาการประกอบการฝึกอบรม เรื่อง Control  Valve , พิษณุวัฒน์  ศิริจารุทรรศน์ :แปล , กองฝึกอบรมอุปกรณ์ ,ฝ่ายฝึกอบรม การไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย

1.24   Fail  Closed เป็นเงื่อนไขที่ใช้กับระบบบางระบบที่คำนึงถึงความปลอดภัยเป็นหลัก โดยเมื่อไม่มีแหล่งพลังงาน (Pneumatic, Hydraulic) ก็จะทำให้ Value อยู่ในตำแหน่งปิด โดยมากมักจะปิดด้วยแรงสปริง

1.25   Fail  Open เช่นเดียวกับ Fail  Closed แต่ Value จะเปิดเมื่อ Power Source Fail

1.26   Fail  Safe คือ การกำหนดตำแหน่งของ Value ว่าจะให้อยู่ในตำแหน่งใดเมื่อเกิด Power Source Fail คือ อาจจะให้เปิดสุด(fully  open)  ปิดสุด(fully  closed) หรือค้างตำแหน่งเดิมไว้ (lock up) ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขการควบคุมหรือ Control Regulatory  โดยคำนึงถึงเรื่องความปลอดภัยของระบบเป็นหลัก เช่น safety  valve ก็ควรจะมี fail  safe เป็นแบบ fully  open

1.27   Flow  Characteristic คือ ความสัมพันธ์ระหว่าง Flow Rate ที่ผ่าน Value กับ Percent การปิดเปิดของ Value โดยคิดที่ 0-100% โดยทั่วไปมี 2 ลักษณะ คือ

-          Inherent Flow Characteristic

-          Installed Flow Characteristic

- Inherent Flow Characteristic  เป็นค่าความสัมพันธ์ของ Flow Rate ที่ผ่าน Value กับการเคลื่อนที่ของ Stem Travel หรือ %การปิดเปิดของ Value เริ่มจากปิดสุดไปจนถึง Rated Flow โดยมีค่า Pressure Drop ที่ตกคล่อม valve คงที่ค่าหนึ่ง (Constant DP Across Value)

- Installed Flow Characteristic  เป็นค่าความสัมพันธ์ของ Value Flow Rate กับ Stem Travel หรือ % ปิดเปิดของ Value เริ่มจากปิดสุดไปจนถึง Rated Flow โดยมีค่า Pressure Drop ที่ตกคล่อม valve มีค่าเปลี่ยนแปลงไปตามค่าการไหลและสภาวะต่าง ๆ ของ Process     ค่านี้เป็นค่าที่เกิดขึ้นจริงในขณะใช้งาน

1.28   Flow coefficient (Cv) เป็นค่าคงที่ขึ้นอยู่กับรูปทรงทางเรขาคณิตของวัตถุที่ของไหลไหลผ่าน โดยเป็นตัวกำหนดค่า Flow Capacity ต่อไป  ค่า Cv จะวัดที่ 60oF, Pressure Drop 1 psi โดยการวัด Flow Rate ของน้ำเป็น US Gallon/Minute ที่ไหลผ่าน Value        ค่า Cv จะเป็นค่าเฉพาะตัวของ Value หรือของอุปกรณ์ เช่น ค่า Cv ของแผ่น Orifice หรือค่า Cv ของ Control Value ดังตาราง     ค่า Cv จะนำไปคำณวณ flow  rate ได้

ที่มา  Control  valve  handbook , third  edition , FISHER Controls international LLC,USA

1.29   Normally Closed Value มีความหมายเช่นเดียวกับ Fail  Closed

1.30   Normally Open Value มีความหมายเช่นเดียวกับ Fail Open

1.31   Push Down to Close Construction ลักษณะ Value Actuator เป็นแบบ Direct  Actuator (direct  acting) คือ เมื่อมีแรงดันลมเข้าที่ด้านบน Diaphragm Chamber ก็จะทำให้ Value Stem เคลื่อนที่ลง ทำให้ Value ปิด ลักษณะเช่นนี้เหมือนกับ Value ทั่ว ๆ เช่น Value ก๊อกน้ำ คือ หมุนมือหมุน แล้วก้าน valve เคลื่อนที่ลง ทำให้ valve ปิด

       

ที่มา  Control  valve  handbook , third  edition , FISHER Controls international LLC,USA

Push Down to Open Construction ลักษณะของ Value Actuator จะเป็นแบบ Direct Actuator ส่วน Value Plug จะเป็นแบบ Reverse ดังรูป  เมื่อมีแรงดันลมเข้าด้านบน Diaphragm Chamber ตัว Value Stem จะเคลื่อนที่ลง ทำให้ Value เปิดให้ Fluid ไหลผ่านไปได้

 

         

      reverse  plug                       direct  actuator

ที่มา  Control  valve  handbook , third  edition , FISHER Controls international LLC,USA

1.32   Rangeability คือ ค่า Maximum Range/Minimum Range เช่น 100/1 หมายความว่า  Control Value ยังคงความสามารถในการควบคุมการไหลได้ดีแม้กระทั่ง Flow Rate เพิ่มขึ้นเป็น 100 เท่าของค่า Minimum Controllable Flow Rate คือ ปกติควบคุม Flow Rate ที่ 1 m3/hr แต่อาจใช้งานได้ที่ 100 m3/hr ได้โดยค่า Capacity, Pressure Drop หรือ Performance ยังคงเดิม ส่วนมากค่า Rangeability มักจะใช้กับ Instrument หรืออุปกรณ์การวัดคุมมากกว่า ซึ่งเรียกว่า  การบีบ-ขยาย span  เช่น pressure  transmitter ที่มีค่า rangeability 50/1  หมายความว่า สามารถ calibrate ให้มีย่านการวัดที่ 0 -1 bar หรือ 0- 50 bar  ก็ได้  ในกรณีที่มีการบีบ span มากๆก็เกิดค่า error หรือ accuracy ได้เช่นกันทั้งนี้ต้องพิจารณาด้วยว่าอยู่ในย่านที่ยอมรับได้หรือไม่

1.33   Rated Flow Coefficient เป็นค่า Cv ที่ Value อยู่ในตำแหน่ง Rated Flow Rate

1.34   Rated Travel คือ ระยะการเคลื่อนที่ของ Travel จากตำแหน่งปิดสุดไปยังตำแหน่ง Rated Full Open หรือตำแหน่งเปิดสูงสุดที่ Flow Rate ที่ต้องการ

1.35   Seat Leakage ปริมาณการรั่วของ Fluid ผ่าน Value เมื่ออยู่ในตำแหน่งปิดสุด ในสภาวะ Temperature and Differential Pressure ที่กำหนด ในทางปฏิบัติคือไม่สามารถทำให้ valve ปิดกั้นการไหลได้ 100%  จะต้องมีการรั่วค่าหนึ่งที่อยู่ในค่าที่สามารถยอมรับได้ ดังตาราง

ที่มา  Control  valve  handbook , third  edition , FISHER Controls international LLC,USA

1.36   Vena Contracta   เป็นตำแหน่งของ Maximum Fluid Velocity และ Minimum  Pressure  ดังรูป

ที่มา  Control  valve  handbook , third  edition , FISHER Controls international LLC,USA

1.37   Calibration Curve ค่าความสัมพันธ์ของ Input กับ Output ดังกราฟ

ที่มา  Control  valve  handbook , third  edition , FISHER Controls international LLC,USA

1.38   Calibration Cycle 

คือ การบันทึกค่าความสัมพันธ์ของ Input กับ Output จาก 0 ไป 100% และจาก 100 กลับไป 0% เพื่อเก็บเป็นข้อมูลเบื้องต้นไว้สำหรับการวิเคราะห์ปัญหาในอนาคต เช่นการตรวจสอบ drift ที่เกิดขึ้น

 

 

ที่มา  Control  valve  handbook , third  edition , FISHER Controls international LLC,USA

1.39   Hunting คือสภาวะของการเกิด Oscillation ของสัญญาณควบคุม ทำให้ตัว Final Element ไม่สามารถเข้าสู่ค่า Set Point ได้ใน Control Value ส่วนมากเกิดจาก Control Signal จาก Positioner ที่มีปัญหาไม่คงตัว (unstable  signal) ทำให้ไม่สามารถควบคุม PV ได้ตามที่ต้องการ  ลักษณะอาการนี้อาจเกิดจากการรบกวนของ วิทยุรับส่งก็ได้ หรือจากอุปกรณ์ที่กำเนิดคลื่นวิทยุกำลังสูงต่างๆ   อาการเช่นนี้จะทำให้ stem valve เกิดการขยับตัวตลอดเวลา เพื่อที่วิ่งเข้าหา set  point แต่ก็ไม่สามารถเข้าหาได้  จึงเกิดการขยับไปมาตลอดเวลา ในลักษณะนี้ส่งผลเสียโดยตรงต่อ mechanical equipment ได้แก่ packing , positioner  mechanism , actuator เป็นต้น ที่จะเกิดการสึกหรอเร็วกว่าปกติ รวมทั้ง เกิด process deviation คือเกิดการเบี่ยงเบนของการผลิตหรือคุณภาพผลิตผล เช่น กรณีที่เกิดขึ้นกับ fuel  oil  flow control  valve หรือวาล์วควบคุม flow  rate ของน้ำมันเชื้อเพลิงที่ใช้ในการเผาไหม้  ก็จะทำให้ค่าอุณภูมิเผาไหม้ไม่คงที่ หากเป็นระบบการผลิตไอน้ำก็จะทำให้ได้ค่า pressure  and  temperature ของไอน้ำมีค่า ไม่คงที่ ส่งผลกระทบต่อการทำงานของอุปกรณ์อื่นๆอีกมากทำให้ระบบเกิดการปั่นป่วนได้  ดังรูป

1.40   Instrument Pressure คือ Output Pressure จากController (I/P) เพื่อใช้สั่งการ Control Value ให้ Action ตามต้องการ

    

แสดงตำแหน่งของ instrument  pressure

ที่มา Control valve handbook ,3rd edition , FISHER Controls international LLC,USA

1.41   Loading Pressure คือ ความดันที่ทำให้ Pneumatic Actuator ทำงานหากไม่มี I/P converter ค่า Loading Pressure จะใช้ Instrument Pressure แทน

1.42   Operating Media คือ Fluid ที่ต้องการควบคุม Flow Rate ด้วย Control Value มีค่า Max. Flow Rate 100 m3/hr ที่ 100

1.43   Range คือ ย่านของการใช้งานหรือย่านของการวัด เช่น 3 to 15 psi, -40 oC to 100 oC เป็นต้น

1.44   Span คือ ช่วงของ Range เช่น 3 to 15 psi ค่า Span คือ 15-3 = 12 psi เป็นต้น

1.45   Repeatibility เป็นความสามารถของ Instrument ที่สามารถวัดค่าได้ค่าเดิมหรือใกล้เคียงกับค่าเดิมภายใต้สภาวะหรือเงื่อนไขเดิมโดยขึ้นอยู่กับ วิธีการวัด   , ผู้ทำการวัด, ตัวอุปกรณ์ที่ใช้วัด (คุณภาพ), ตำแหน่งที่ทำการวัด, Condition (เช่น อุณหภูมิ , ความดัน ฯลฯ) โดยวัดเป็นช่วงเวลาสั้น ๆ ปกติการบอกค่าจะบอกเป็น Standard Deviation เช่น การวัดความดันของน้ำที่อุณหภูมิ 80 oC, Flow Rate 50 m3/hr สมมุติว่าวัดค่า P ได้เท่ากับ 10.0 bar ในเวลาต่อมาค่า T และ Flow Rate เปลี่ยนไปจนกระทั่งกลับมาที่ 80 oC และ 50 m3/hr ค่า P ควรจะวัดได้ 10.0 bar เท่าเดิม หมายความว่าทุก ๆ ครั้งที่ Process เดินทางผ่านเส้นทางเดิมค่าที่วัดได้ในช่วงเวลานั้น ๆ ควรจะเท่าเดิมด้วย ดังรูป

ที่มา Control valve handbook ,3rd edition , FISHER Controls international LLC,USA

     มิใช่ครั้งที่  1  วัดได้  P  =   10.0 bar

      ครั้งที่  2  วัดได้  P  = 11.5 bar 

      ครั้งที่  3  วัดได้  P  =   9.0 bar

โดยสภาวะต่าง ๆ ณ เวลานั้น ๆ (ที่ทำการวัดค่า) ยังเหมือนเดิม คือ ที่อุณหภูมิ 80 oC, Flow Rate 50 m3/hr  อย่างนี้เรียกว่ามี Repeatibility ไม่ดี    

ค่าRepeatibility ในอีกความหมายหนึ่งคือ ความสามารถของ Instrument ที่วัดค่าและได้ Output ออกมา โดยค่า Input ที่ป้อนยังคงเดิมภายใต้สภาวะ Operating Condition เดิมในช่วงเวลาสั้น ๆ ช่วงหนึ่ง เช่น ใช้ Multimeter วัดค่า Voltage ของแหล่งจ่ายแรงดัน (Ideal Power Supply) ต้องวัดค่าได้ค่าเดิมทุกครั้งภายใต้เงื่อนไขเดิม เช่น วัดได้ 10.0 VDC จำนวน 10 ครั้ง เป็นต้น ในช่วงเวลาสั้น ๆ

1.46   Reproducibility เป็นค่าความสามารถของ Instrument ในการวัดค่าและให้ Output ออกมาค่าเดิมตามค่า Input ที่ป้อนเข้าไป ภายใต้เงื่อนไข Operating Condition เดิม แต่ช่วงเวลาเป็นการวัดค่าในช่วง 1 เดือน 3 เดือน หรือ 1 ปี เช่น วันนี้วัดค่าได้ 100 bar อีก 3 เดือน ก็ควรจะวัดค่าได้ 100 bar ด้วย ภายใต้ Operating Condition เดียวกัน    Instrument ที่ดี ควรมีค่า Reproducibility ที่ดีด้วย

1.47   Drift มีความหมายใกล้เคียงกับ Reproducibility มากหรืออาจเรียกว่าเป็นคำ ๆ เดียวกันก็ได้ Instrument ที่ดี ไม่ควรเกิดค่า Drift ในช่วงเวลาสั้น ๆ หรือใช้งานไปไม่กี่เดือน   ค่า Drift มี 2 ลักษณะ คือ

-          Point Drift โดยการกำหนด Operating Condition เดิมแล้วดูค่า Output ที่วัดได้ว่าเปลี่ยนแปลงไปจากค่าเดิมเท่าไร   โดยให้ค่า Input Signal คงที่

-          Calibration Drift เป็นการนำตัว Instrument มาทำการ Calibrate ใหม่ โดยการเปรียบเทียบผลที่ได้กับ Calibration Report หรือ Calibration Curve เดิม ว่ามีความแตกต่างกันเท่าไรในทุก ๆ ค่าที่ทำการ Calibrate เช่น

ค่าเดิมที่ calibrate ครั้งแรก

 

 

 

 

 

Input  (%)

Output ( volt )

0.0

5.0

25.0

10.0

50.0

15.0

75.0

20.0

100.0

25.0

 

ค่าใหม่ที่ผ่านการใช้งานมาแล้วระยะหนึ่ง 1 ปี

 

 

 

 

 

Input  (%)

Output ( volt )

0.0

4.5

25.0

10.4

50.0

14.5

75.0

19.5

100.0

24.3

จากตัวอย่าง จะเห็นว่ามีค่า Drift เกิดขึ้นประมาณ 0.5 ในทุก ๆ ค่า เป็นต้น โดยปกติค่า Drift ของอุปกรณ์จะบอกเป็น % Output Span  จากตัวเลข จะได้ค่า drift =0.5x100 / 20 =2.5% of  output  span

1.48   Static Error  เป็นค่า Error จากการวัดที่เงื่อนไขเดิม แต่เกิดความแตกต่างขึ้นเล็กน้อย

1.49   True Value (ค่าที่แท้จริง , ค่าจริง)

              True Value  =  Instrument Readout (ค่าที่อ่านได้จากเครื่องมือวัด) – Static Error

1.50   Sensitivity เป็นค่าอัตราส่วนระหว่าง Change of Output/Change of Input ในสภาวะ Steady State Condition

1.51   Dynamic Characteristic เกิดขึ้นจาก 3 ลักษณะ คือ

-          Step Change การเปลี่ยนแปลง Input แบบทันทีทันใด

-          Linear Change การเปลี่ยนแปลงค่า Input ในลักษณะค่อย ๆ เพิ่มหรือลด  หรือเรียกว่า ramp  signal

-          Sinusoidal การเปลี่ยนแปลงค่า Input ในลักษณะเป็น Sine Wave

ลักษณะของ Change เหล่านี้ทำให้เกิด Dynamic Error, Lag, Speed of Response, Fidelity, Etc.

1.52   Dynamic Error เป็นค่า Error ที่เกิดจากสภาวะของ Dynamic Characteristic ทั้ง 3 แบบ

1.53   Lag  or time  lag เมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลง input ขึ้น   โดยธรรมชาติของอุปกรณ์  จะไม่สามารถตอบสนองได้ในทันทีทันใด  จึงเกิด Time Lag ขึ้นเสมอ

1.54   Speed of Response คือ ความสามารถของ Instrument ในการตอบสนองการเปลี่ยนแปลงค่า Input   ยิ่งมี Speed สูงยิ่งดี แสดงว่าสามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของ Input ได้เร็วมาก

1.55   Precision Error เป็นค่า Error จากสภาพ Conformity ของตัวอุปกรณ์วัด เช่น ตัว Resistor มีค่า R = 1.592 Mega Ohm มี Error 154 Ohm  ตัว Multimeter ที่นำมาวัดค่าและอ่านโดยคน (สมมติว่าไม่มี Error ที่คนอ่านค่า) ค่าที่แสดงจากเข็มวัด อ่านได้ที่ประมาณ 1.5  Mega Ohm ทั้ง ๆ ที่ค่าจริงนั้นอยู่ที่ 1.592 +154 Mega Ohm  ค่าที่อ่านได้จาก Scale นี้เรียกว่า Precision Error คือ เป็นค่า Error ที่เกิดจากขีดจำกัดของ Scale Reading ของเครื่องมือวัด

1.56   Zero Error เป็นค่า Error ของเครื่องมือวัดในช่วงค่า Input ต่ำ ๆ มักกำหนดค่าเป็น % Of Ideal Span

1.57   Zero Offset หมายถึง ในสภาวะปกติที่ยังไม่มี Input ให้กับ Instrument ตัว Indicator ควรแสดงค่าที่ศูนย์ แต่หากค่าที่อ่านได้ไม่เป็นศูนย์นั่นคือ การเกิด Zero Offset ต้องทำการปรับแต่งหรือ Calibrate ให้ Indicator แสดงค่าที่ศูนย์ให้ได้และต้องบันทึกค่าไว้ หากปรับ Zero ไม่ได้จริง ๆ ยกตัวอย่างให้เห็นชัดเจนคือ กรณีของ Pressure Gauge หากนำมาวางไว้ในบรรยากาศปกติ เข็มชี้ค่าหรือ Pointer Indicator ควรชี้ค่าที่ “0”

1.58   Backlash เป็นค่า Mechanical Hystersis ส่วนมากเกิดขึ้นกับระบบ Gear, Linkage, Mechanical Transmission Device เป็นต้น เช่น การขบกันของเฟืองเกียร์ เมื่อหมุนตามเข็มนาฬิกา ตำแหน่งของเกียร์ก็จะอยู่ตำแหน่งหนึ่ง แต่เมื่อหมุนทวนเข็มนาฬิกา ตำแหน่งของฟันเฟืองเกียร์มิใช่อยู่ในตำแหน่งเดิม แต่เปลี่ยนตำแหน่งเล็กน้อย ค่า Backlash ควรมีค่าน้อยที่สุด อย่างไรก็ตามค่านี้ไม่สามารถทำให้หมดไปได้ เนื่องจากเป็นข้อจำกัดของชิ้นส่วนทางกลที่ต้องมี Clearance เข้ามาเกี่ยวข้องเสมอ โดยเฉพาะอุปกรณ์ที่เป็นกลไกหรือแบบ Non-Rigid Mechanism

 

2. Introduction to Control Value

                ในระบบการควบคุมอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ในการขับเคลื่อนคือ Final Element ซึ่งรับสัญญาณควบคุมมาจาก Controller และทำหน้าที่ในการปรับแต่ง Process หรือ Manipulated Variable ดังรูป

Final Element or final  control  element  ประกอบด้วยอุปกรณ์หลาย ๆ ชนิด ได้แก่

-          Control Value (Pneumatic / Hydraulic)

-          Motor Operated Value

-          Pneumatic / Hydraulic Damper

-          Pump (Metering Pump)

-          Pneumatic / Hydraulic Cylinder

-          Shut off Value (pneumatic / Hydraulic)

-          Linear Drive Actuator

-          Other Mechanical Devices

จะเห็นได้ว่า control  valve เป็นส่วนหนึ่งของ final  element และจัดว่ามีความสำคัญในอันดับต้นๆ

2.1 หน้าที่ของ Control Value

Control Value เป็นอุปกรณ์หนึ่งใน Final Element โดยมีหน้าที่หลักที่สำคัญคือ ควบคุมอัตราการไหลของของไหล ( fluid  flow  control )หากกล่าวในภาษา Control System คือ ทำหน้าที่ในการปรับแต่ง Manipulated Variable เพื่อให้ได้ค่าตาม Set Point โดยมีการตรวจสอบด้วย Instrument ที่คอยตรวจจับค่าตัวแปรหรือ Measured Variable (Controlled Variable) หรือค่า PV แล้วส่งสัญญาณไปยัง Controller เพื่อเปรียบเทียบค่ากับ Set Point (SP) หากยังมีค่า Offset หรือ Error (SP-PV) เกิดขึ้นอยู่   ตัว Controller ก็จะสั่งการไปยัง Control Value ให้ทำการปรับแต่ง Process ต่อไปจนกว่าจะได้ค่าที่ต้องการหรือ Error = 0 เป็นการสิ้นสุดขบวนการทำงาน

2.2  ประเภทของ Control Value

แบ่งตามลักษณะการเคลื่อนที่ของ Drive Shaft ดังนี้

A. Linear Shaft Value  or Sliding  Stem  Valve ลักษณะการเคลื่อนที่ของ Drive Shaft จะเป็นแนวเส้นตรง ดังรูป

ที่มา  Control  valve  handbook , third  edition , FISHER Controls international LLC,USA