Un nuovo processo di test per valvole di controllo

11-06-2018 | Calibrazione

I test automatizzati delle valvole ricercano rapidamente eventuali problemi senza la necessità di un'attrezzatura di rimozione

Le valvole proporzionali di controllo smart giocano un ruolo essenziale nelle industrie di processo. L'esatta valutazione delle prestazioni delle valvole, tuttavia, può essere una procedura complicata che spesso comporta lunghi tempi di inattività nonché la rimozione delle valvole dalla linea.

Calibratore di loop mA e tester di valvole Fluke 710 che esegue una ricerca guasti su una valvola di controllo HART in un impianto di processo

Le valvole si aprono e si chiudono in modo proporzionale e variano la misura della propria corsa in base a un segnale variabile 4-20 mA applicato in ingresso. Molte valvole hanno un segnale di feedback che mostra la posizione attuale sotto forma di percentuale di apertura/chiusura. L'uscita può essere rappresentata da un segnale 4-20 mA o da una variabile HART digitale che indica l'intervallo operativo della valvola di controllo sotto forma di percentuale da 0 a 100.

Un altro indicatore chiave delle prestazioni di una valvola è la pressione necessaria a far spostare la valvola nella posizione desiderata. Ad esempio, una valvola può essere programmata in modo che sia noto che se le vengono applicati 12 mA, essa deve essere aperta al 50%. I componenti elettronici smart controlleranno quello che è essenzialmente un regolatore di pressione smart in modo da aumentare o diminuire la pressione necessaria a spostare l'elemento di comando nella posizione desiderata.

L'applicazione di un segnale in mA variabile, unita al contemporaneo monitoraggio dei milliampere in uscita o del segnale della percentuale di corsa, indicherà se una valvola di controllo sta funzionando correttamente all'interno del proprio range operativo. Analogamente, monitorando e registrando la pressione applicata all'elemento di controllo finale mentre si varia il segnale da 4 a 20 mA in ingresso alla valvola, si ottiene un test fondamentale per stabilire se una valvola è bloccata. Normalmente, se la valvola funziona correttamente il rapporto tra la pressione e il valore in mA o la posizione della valvola è lineare. Se si richiede una pressione maggiore, spesso ciò è attribuibile a un inceppamento della valvola ed è visualizzato laddove le misurazioni sono registrate e riportate sotto forma di grafico. Mediante la registrazione di tali segnali è possibile documentare le prestazioni delle valvole. Questa prova documentata, corredata da risultati, viene spesso definita la "firma” di una valvola

Generalmente, le valvole sono dotate di semplici indicatori manuali che forniscono un valore approssimativo della percentuale di corsa per un'impostazione nota durante il funzionamento. Tuttavia, tali indicatori non mostrano come la valvola funzionerà in condizioni dinamiche e mutevoli e la loro precisione non è garantita.

Di seguito è riportata una guida al funzionamento tipico previsto per una valvola quando viene applicato un segnale in milliampere:

  • 3,8 mA - la valvola deve essere completamente chiusa
  • 4,0 mA - la valvola deve rimanere chiusa
  • 4,2 mA - la valvola deve spostarsi leggermente fuori dalla propria sede
  • 12 mA -la valvola deve essere al 50 % della propria corsa
  • 19,8 mA - la valvola deve essere vicina all'apertura completa
  • 20,0 mA - la valvola deve essere completamente aperta
  • 20,2 mA - la valvola deve essere completamente aperta (in posizione di riposo sul finecorsa)

Gli indicatori sulla valvola offrono una misura approssimativa

“L'indicatore sul lato della valvola può indicare che essa è al 50% della corsa, ma siamo certi che essa non sia al 51% o al 49%? Non possiamo dirlo con certezza", afferma Jim Shields, Product Manager del reparto Strumenti di processo di Fluke. “E in molti processi, questo può fare la differenza".

I test di prestazioni delle valvole più sofisticati richiedono che le valvole siano rimosse e testate su un apposito banco di prova. Si tratta di dispositivi sofisticati e costosi che risultano fuori portata per molti impianti e negozi. È possibile svolgere altri test con strumenti per test di comunicazione HART, ma questi possono essere difficili da configurare e utilizzare.

Infatti, secondo un istruttore di strumentazioni di processo, un tecnico coadiuvato da un assistente per un giorno intero, può testare accuratamente circa otto valvole, una all'ora. Questa procedura prevede che l'assistente rimuova la valvola, la porti al tecnico al banco e il tecnico svolga il test mentre l'assistente si occupa delle operazioni meccaniche. Ciò vuol dire che per testare una valvola sono necessarie approssimativamente due ore di manodopera.

Calibratore di loop per test delle valvole in mA Fluke 710 che esegue un test di firma su una valvola di controllo HART presso un impianto di processo

Automatizzazione del processo di prova

Fluke ha recentemente introdotto un calibratore di loop che analizza rapidamente le valvole per stabilire se esse funzionino correttamente. Lo strumento consente di risparmiare tempo e aiuta a evitare l'inutile rimozione di una valvola di controllo correttamente funzionante dalla linea di processo. Il calibratore di loop mA e tester di valvole Fluke 710 è il modello più recente di una generazione di strumenti progettati per rendere i flussi di lavoro complessi più accessibili a qualunque tecnico, indipendentemente dal livello di competenza, offrendo al contempo la gamma di funzionalità che ci si aspetta da un calibratore di loop di processo.

Il modello 710 include diversi test completamente automatizzati, compreso il test di firma che valuta facilmente le prestazioni di una valvola proporzionale smart. Spesso il test può essere svolto in appena cinque minuti. Il test di firma fornisce un controllo dello stato delle valvole con una scala di riferimento facilmente comprensibile che indica un funzionamento buono, marginale o scadente.

“Ciò vuol dire che è possibile inviare il tecnico meno esperto a testare la valvole e stabilire poi se chiamare o meno uno specialista", afferma Shields. "Non sarà necessario smontare la valvola, cosa che, come smontare un motore, è un lavoro impegnativo".

Dopo aver rimosso i cavi di controllo e aver collegato i puntali del 710, il test di firma aumenta il segnale in mA da 4 a 20 per poi tornare a 4 mA e registra il feedback della valvola per stabilire se essa si muove correttamente. Il test registra anche la pressione applicata all'elemento di controllo della valvola da 4 a 20 e poi di nuovo a 4 milliampere esaminando le variazioni lineari uniformi nella pressione attraverso la banda ascendente e discendente.

Analizzare se la valvola è in condizioni buone, marginali o scadenti

“La profilazione della pressione impiegata per spostare la valvola consente di esaminare i picchi fisici nella quantità di pressione richiesta per spostare la valvola in un punto, anche se tale posizione potrebbe essere abbastanza vicina a quella supposta" afferma Shields.

Completato il test, le prestazioni delle valvole saranno valutate con la scala seguente: buone, marginali o scadenti. Il 710 registrerà anche i dati in modo che sia possibile caricarli nel software applicativo che consente di svolgere ulteriori analisi.

Secondo Shields “Una volta che il tecnico ha acquisito familiarità con lo strumento ed è in grado di eseguire le prove, potrà decidere se chiamare o meno uno specialista".

Calibratore di loop mA e tester di valvole Fluke 710 accanto allo schermo di un computer che mostra la schermata del Software ValveTrack

Best practice: Valori di base e tendenza

Una best practice per mantenere le valvole in buone condizioni consiste nell'acquisire le misure delle sue prestazioni quando è noto che essa è correttamente funzionante. Poiché la maggior parte delle valvole utilizza un segnale in ingresso di 4-20 mA, uno strumento di misura con segnale di uscita in mA è in grado di fornire un segnale in ingresso in mA per azionare la valvola di controllo lungo l'intero range di esercizio. Il 710 è la soluzione ideale per questa pratica.

Idealmente, la documentazione viene acquisita quando una valvola viene messa in servizio o dopo una revisione. Il tecnico registra la "firma" della valvola nelle sue condizioni ideali, riportando i mA in uscita o il segnale della percentuale di intervallo rispetto al segnale in ingresso applicato. Le informazioni vengono memorizzate insieme con l'orario, il numero identificativo della valvola e la data di esecuzione del test. Per gestire ulteriormente queste informazioni si può utilizzare un software di gestione della calibrazione.

Una volta registrate le firme delle prestazioni di base delle valvole, si deve stabilire un intervallo di manutenzione per il controllo delle prestazioni delle valvole. L'intervallo dipende dalle condizioni d'uso dell'applicazione che possono essere gravose o leggere. Alcuni dispositivi installati in sistemi di sicurezza e spegnimento, ad esempio, dovrebbero essere controllati ogni tre mesi.

Quando rimuovere una valvola

Se i dati rappresentati nel grafico mostrano che la valvola ha generato una firma non lineare o presenta delle deviazioni nelle curve, potrebbero essersi sviluppati dei guasti, con conseguente riduzione delle prestazioni e della longevità, e la possibilità di doverla rimuovere a fini di manutenzione. L'indicazione che una valvola è in condizioni "marginali" o "scadenti" sul 710 segnala anche che è necessario eseguire una correzione sul controller della valvola e/o chiamare uno specialista che possa stabilire se è necessario svolgere prove più estese sul processo.

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