شیرهای کنترلی
یکی از مهمترین بخش‌ها در فرایندهای کنترلی، شیرهای کنترلی یا کنترل ولو (Control Valve) می‌باشند. این ولوها برای تنظیم شرایط یک فرآیند و نزدیک کردن آن به بهترین نقطه ممکن کارکردی استفاده می‌شوند.
ولو کنترلی به شیرهایی گفته می‌شود که به منظور کنترل شرایطی همچون جریان، فشار، دما و سطح مایع به کار می‌روند. این عمل با باز یا بسته شدن شیر به صورت ناقص یا کامل صورت می‌گیرد. باز و بسته شدن شیرهای کنترلی معمولاَ توسط عملگرهای پنوماتیک، هیدرولیک یا الکتریکی صورت می‌گیرد. برای کنترل باز و بسته شدن عملگرها، از موقعیت‌سنج‌هایی استفاده می‌شود که بر اساس سیگنال‌های الکتریکی یا پنوماتیکی عمل می‌کنند. هر شیر کنترلی از سه بخش مهم تشکیل شده است که هر کدام از این بخش‌ها خود چندین طرح مختلف دارند. این بخش‌ها شامل عملگر، موقعیت‌سنج و بدنه می‌شود.
اكثر تجهيزات و مصرف‌كننده های بخار و يا آب، به منظور كنترل دمای محصولات و يا سيال مدار ثانويه نيازمند به استفاده از شیرهای کنترل (control valve) می‌باشند تا با ايجاد افت فشار متناسب و محدود كردن گذرگاه جريان، باعث تغيير دبی به ميزان دلخواه گردند. شیرهای کنترل، در سيستم‌های تهويه مطبوع نيز كاربرد وسيعی دارند تا به كمک آن‌ها بتوان دمای ثابتی را در فضاهای تهويه شده، فراهم نمود.
عملکرد کنترل ولو
باز و بسته شدن اتوماتیک کنترل ولو معمولاً با استفاده از عملگرهای الکتریکی، هیدرولیکی و نیوماتیکی انجام می‌شود
عملگر یا اکچویتر چیست؟ به طور معمول یک شیر تنظیم‌کننده می‌تواند بین حالت کاملاً باز و کاملاً بسته هر موقعیتی داشته باشد، برای اطمینان از این که شیر در موقعیت مطلوب قرار گرفته است تنظیم کننده‌ها یا همان کنترلرهای شیر وارد عمل می‌شوند.
شیرهای دارای عملگر نیوماتیکی به دلیل ساده بودن و نیاز داشتن به فقط یک منبع هوا معمولاً بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. کنترل ولوهایی با عملگر الکتریکی نیاز به کابل‌کشی و تغییر گیربکس دارند. شیرهای کنترلی دارای عملگر هیدرولیکی نیاز به منابع آبی با فشار بالا و خطوط بازگشتی برای سیال هیدرولیکی دارند.
شیرهای کنترلی از سه قسمت اصلی تشکیل شده‌اند که هر کدام از این بخش‌ها در طراحی‌ها و انواع متفاوت هستند.
• عملگر یا اکچویتر ولو وظیفه‌ی به حرکت در آوردن قسمت تنظیم‌کننده موقعیت شیر (مانند توپی، پلاگ، پروانه و …) را بر عهده دارد
• پوزیشنر ولو وظیفه‌ی این قسمت اطمینان حاصل کردن از این است که شیر به میزان دلخواه و معین شده باز شده است. این قسمت بر مشکلاتی مانند اصطکاک و پوشش غلبه می‌کند.
• بدنه ولو این قسمت شامل المان‌های تغییر حالت شیر مانند پلاگ، گلاب، توپی یا پروانه میباشد.
یک واحد فرآیندی شامل صدها یا حتی هزاران حلقه‌ی کنترلی است که همه با یکدیگر برای تولید یک محصول عمل می‌کنند. هر یک از این حلقه‌های کنترل برای حفظ یکی از متغیرهای مهم فرآیند در محدوده‌ی عملیاتی مورد نیاز طراحی شده است. این متغیرها شامل فشار، جریان، سطح، درجه حرارت و … می‌باشند.
هر یک از این حلقه‌ها ممکن است دچار اختلال شوند یا اختلالی به آن‌ها وارد شود که آثار مخربی بر متغیرهای فرآیند بگذارد. برای کاهش این آثار مخرب، سنسورها و ترنسمیترها متغیرهای فرآیند و میزان اختلاف آن‌ها با نقطه‌های مطلوب را اندازه‌گیری و گزارش می‌کنند. کنترلر این اطلاعات را پردازش کرده و تصمیم می‌گیرد چه عملی باید صورت گیرد تا متغیر فرآیند به جایی که باید باشد برگردد.
زمانی که تمام عملیات اندازه‌گیری، محاسبه و مقایسه انجام گرفت برخی عناصر کنترلی می‌بایست استراتژی که توسط کنترلرها تعیین شده است را انجام دهند.
در کنترل ولو ، کنترلر این اطلاعات را دریافت و پردازش کرده و پوزیشنر شیر را در موقعیتی که باید باشد قرار می‌دهد.
به طور خلاصه علل استفاده از شیرهای کنترل را می‌توان بدين ترتيب عنوان نمود:
ثابت نگاه داشتن دما، فشار و يا ميزان جريان يكنواخت بسته به نوع كاربرد و در نتيجه صرفه‌جويی اقتصادی، افزايش كيفيت توليدات، صرفه‌جويی در نيروی انسانی، كنترل مناسب و ايجاد شرايط آسايش در سيستم‌های تهويه مطبوع، تامين ايمنی جانی و مالی، افزايش نرخ توليد و…
انواع شیرهای کنترل دما
۱- شیرهای کنترل دستی (manual control valve)
در اين روش، عمل كنترل دبی سيال به وسيله باز و يا بسته نمودن دستی شير انجام می‌گيرد. اشكال بزرگ استفاده از اين روش، نياز به بازرسی و قرائت مداوم دما و يا فشار و تنظيم مرتب شير به كمک اُپراتور میباشد و مطمئناً دقت لازم در تنظيم ميزان جريان حاصل نخواهد شد.
۲- شيرهای كنترل خود عملگر ترموستاتيک ((self actuator control valve (thermostatic))
اين نوع از شيرهای كنترل دما، بدون نياز به محرک خارجی نظير جريان برق يا فشار هوا عمل كرده و از دو قسمت اصلی شير و سنسور مخصوص تشكيل می‌گردند. نحوه كنترل جريان به صورت مستقيم با استفاده از دمای سيال مدار ثانويه میباشد. سنسور مذكور به لوله يا ظرف حاوی سيال گرم شونده متصل ميگردد.
اتصال سنسور به شير توسط لوله نازک حاوی سيال خاصی است كه دارای ضريب انقباض و انبساط زيادی میباشد. در اثر تغييرات درجه حرارت سيال گرم شونده، اين مايع به نسبت منقبض و يا منبسط گشته و به شير اصلی كه در مدار بخار (و يا آب) قرار دارد، اعمال نيرو می‌نمايد و در نتيجه باعث باز و يا بسته شدن شير به ميزان مناسب و تغيير ميزان گذر بخار خواهد شد. دمای مورد نظر سيال ثانويه با استفاده از پيچ تنظيم مدرج روی سنسور در محدوده كاری مورد نظر تنظيم می‌شود.
۳- شيرهای كنترل دما از نوع پايلوت دار (Pilot Control Valve)
نحوه عملكرد كلی اين نوع شير، مشابه شيرهای با عملگر مستقيم میباشد، با اين تفاوت كه به جای كنترل مستقيم حركت شير، ابتدا شير راهنمای كوچک عمل كرده (در اثر تغييرات دما ) و باعث حركت شير اصلی و تغيير ميزان جريان خواهد شد. از آنجايی كه سنسور مخصوص فقط بايد شير راهنما را كنترل كند، اندازه سيستم حس كننده و سنسور در اين نوع از شيرها كوچک میباشد. مكانيزم كامل‌تر داخلی شيرهای پايلوت‌دار، باعث كنترل دمای بسيار دقيق‌تر و نزديک‌تر به ميزان مورد نظر گشته است.
۴- شيرهای كنترل الكتريكی (Electrical Control Valve)
اين دسته از شيرها با استفاده از تجهيزات جانبی نظير كنترلر، سنسور، عملگر، پوزيشنر و بدنه اصلی شير، و با استفاده از نيروی محرک الكتريسيته، عمل كنترل را بسيار دقيق و لحظه به لحظه انجام می‌دهند. اين نوع از شيرها با دقت زياد، قابل استفاده برای كنترل جريان‌های متغير كوچک تا بزرگ می‌باشند.
۵- شيرهای كنترل نئوماتيكی (Pneumatic Control Valve)
اين شيرها با عملكرد مشابه شيرهای الكتريكی و با استفاده از نيروی فشار هوا به جای الكتريسيته جهت باز و بسته كردن شير، كنترل بسيار دقيق و فوری با قابليت ايجاد اختلاف فشارهای بالا را دارند. كنترلر اين نوع شيرها می‌توانند از نوع الكترونئوماتيک يا نئوماتيک به نئوماتيک (بسته به سيگنال ارسالی از طرف سنسور) بوده و می‌توانند با ورودی و خروجی های مختلف، جهت كنترل يک يا چند شير مورد استفاده قرار گيرند. حاصل عملكرد كنترلر و پوزيشنر، معين كننده ميزان هوای ارسالی به طرف اكچويتور شير میباشد تا شير را به ميزان لازم باز و يا بسته نمايد