วาล์วล็อคแบบโมโนสเตเบิลแบบไม่มีกำลังไฟฟ้าในระบบแก๊ส: การเปรียบเทียบทางเทคนิค

เหตุใดพฤติกรรมการใช้กำลังเมื่อปิดระบบจึงมีความสำคัญในระบบแก๊สมากกว่าที่อื่น

โซลินอยด์วาล์วควบคุมน้ำหรืออากาศอัดมักจะสามารถรักษาตำแหน่งใดก็ตามที่มันอยู่เมื่อไฟฟ้าดับ โซลินอยด์วาล์วที่ควบคุมก๊าซที่ติดไฟไม่สามารถสันนิษฐานได้ มาตรฐานที่เขียนขึ้นโดยเฉพาะสำหรับวาล์วปิดแก๊ส เช่น EN 161 สำหรับการใช้งานแก๊สและหัวเผาน้ำมัน กำหนดหน้าที่ของวาล์วเป็นการขัดขวางการไหลของแก๊สโดยอัตโนมัติทันทีที่ไฟฟ้าดับ — ไม่ใช่เป็นคุณลักษณะที่สะดวกสบาย แต่เป็นฟังก์ชันความปลอดภัยหลักที่วาล์วมีอยู่ในการทำงาน

ข้อกำหนดข้อเดียวนี้ช่วยลดส่วนแบ่งขนาดใหญ่ของตลาดโซลินอยด์วาล์ว "พลังงานต่ำ" จากการใช้งานแก๊สได้อย่างเงียบๆ แม้ว่าผลิตภัณฑ์เหล่านั้นจำนวนมากจะเป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับการชลประทาน การจ่ายน้ำ หรือการควบคุมด้วยลมก็ตาม ใครก็ตามที่เลือกวาล์วสำหรับท่อแก๊ส เช่น สถานีควบคุมแรงดันระยะไกล จุดสูบจ่ายแบบไร้คนควบคุม ระบบเตาสำรอง จำเป็นต้องประเมินไม่เพียงแค่ว่าวาล์วใช้พลังงานเพียงเล็กน้อยเท่านั้น แต่ยังต้องประเมินว่าวาล์วใช้กำลังเท่าใดในการจ่ายพลังงานทันทีให้ถูกกำจัดออกไปโดยสิ้นเชิง

สามวิธีในการสร้างวาล์วปิดแก๊สที่ใช้พลังงานต่ำ

วาล์วปิดไฟฟ้าเกรดแก๊สส่วนใหญ่ในตลาดจัดเป็นหนึ่งในสามสถาปัตยกรรม การทำความเข้าใจความแตกต่างนั้นมีประโยชน์มากกว่าการเปรียบเทียบโบรชัวร์ เนื่องจากสถาปัตยกรรม (ไม่ใช่ฉลากการตลาด) จะเป็นตัวกำหนดว่าวาล์วทำงานอย่างไรในระหว่างที่ไฟฟ้าขัดข้อง

โซลินอยด์วาล์วแบบโมโนสเตเบิลแบบดั้งเดิม ใช้กระดองแบบสปริงและคอยล์ที่มีพลังงานอย่างต่อเนื่อง การใช้กำลังจะบีบอัดสปริงและเปิด (หรือปิด) วาล์ว การถอดกำลังทำให้สปริงกลับวาล์วกลับสู่สถานะเริ่มต้นที่ออกแบบไว้ นี่คือสถาปัตยกรรมเบื้องหลังวาล์วปิดหัวเผาตามมาตรฐาน EN 161 ส่วนใหญ่ เนื่องจากมีการสร้างพฤติกรรมการป้องกันความผิดพลาดไว้ในกลไกมากกว่าในตรรกะการควบคุมใดๆ ข้อดีข้อเสียคือคอยล์ต้องมีพลังงานอยู่ตราบเท่าที่วาล์วยังต้องเปิดอยู่ ซึ่งหมายถึงการดึงพลังงานอย่างต่อเนื่องและการสร้างความร้อนอย่างต่อเนื่องตลอดรอบการทำงานทั้งหมด

วาล์ว bistable (latching) ชนิดพัลส์ แก้ปัญหาเรื่องกำลังโดยใช้พัลส์กระแสสั้นเพื่อย้ายวาล์วไปยังตำแหน่ง จากนั้นอาศัยแม่เหล็กถาวรหรือตัวหน่วงเชิงกลเพื่อยึดตำแหน่งนั้นไว้โดยที่ขดลวดไม่มีพลังงานเต็มที่ การถือครองพลังงานลดลงเหลือศูนย์อย่างมีประสิทธิภาพ แต่วาล์วไม่มีสถานะเริ่มต้นที่จะเปิดอีกครั้ง - มันจะอยู่ที่ใดก็ตามที่ชีพจรสุดท้ายเหลืออยู่ รวมถึงการที่ไฟฟ้าดับด้วย การไปถึงสถานะตรงกันข้ามยังต้องกลับขั้วของพัลส์ไดรฟ์ ซึ่งหมายความว่าวาล์วเหล่านี้ไม่สามารถต่อสายในลักษณะเดียวกับโซลินอยด์วาล์วมาตรฐานได้ พวกเขาต้องการเครื่องกำเนิดพัลส์ภายนอกหรือบอร์ดไดรเวอร์ พร้อมกับงานทดสอบการใช้งานเพื่อกำหนดค่าความกว้างพัลส์ ไทม์มิ่งของขั้ว และเกณฑ์แรงดันไฟฟ้าอย่างถูกต้อง

สถาปัตยกรรมการล็อคแบบคอมโพสิต — หมวดหมู่ที่ผลิตภัณฑ์นี้อยู่ — พยายามรักษาพฤติกรรมการเดินสายไฟและการควบคุมของวาล์วแบบโมโนสเตเบิ้ล ในขณะที่ยืมกำลังการยึดใกล้ศูนย์ของการออกแบบแบบ bistable การเพิ่มพลังงานให้กับคอยล์จะเปิดหรือปิดวาล์วเหมือนกับโซลินอยด์วาล์วทั่วไป เมื่อถึงตำแหน่งแล้ว วงจรขับในตัวจะเปลี่ยนคอยล์ให้อยู่ในสถานะล็อคที่ใช้พลังงานต่ำเป็นพิเศษ แทนที่จะปล่อยให้จ่ายไฟเต็มที่ ในวิกฤต หากไฟฟ้าดับโดยสิ้นเชิง — ไม่ได้ปิดโดยเจตนา แต่สูญหาย — วาล์วได้รับการออกแบบให้กลับสู่สถานะเริ่มต้น โดยสะท้อนพฤติกรรมความปลอดภัยเมื่อเกิดข้อผิดพลาดของวาล์วแบบโมโนสเตเบิลแบบดั้งเดิม แทนที่จะเป็นพฤติกรรม "คงตำแหน่งสุดท้าย" ของวาล์วแบบบิสเทเบิล

การใช้พลังงานและความร้อน: ตัวเลขที่แตกต่างกันจริง ๆ

ช่องว่างด้านประสิทธิภาพระหว่างสถาปัตยกรรมเหล่านี้ไม่ได้จำกัด โซลินอยด์วาล์วแก๊สที่ให้พลังงานอย่างต่อเนื่องแบบมาตรฐานมักจะดึงที่ไหนสักแห่งในช่วง 5–15W เพื่อคงตำแหน่ง ขึ้นอยู่กับขนาดปากและระดับความดัน และพลังงานนั้นจะกระจายไปเป็นความร้อนในขดลวดตราบใดที่วาล์วยังเปิดอยู่ ในการใช้งานที่วาล์วอาจต้องเปิดทิ้งไว้เป็นเวลาหลายชั่วโมงหรือหลายวัน เช่น ท่อหัวเผาที่ทำงานอย่างต่อเนื่อง ภาระความร้อนและการดึงพลังงานจะคงที่

กำลังจับยึดของการออกแบบคอมโพสิตอยู่ในลำดับความสำคัญเดียวกันกับวาล์วบิสเทเบิล — ต่ำกว่า 0.05W ในรุ่น DC และต่ำกว่า 0.06W ในรุ่น AC ซึ่งสอดคล้องกับอัตราการประหยัดพลังงานที่สูงกว่า 95% เมื่อเทียบกับวาล์วโมโนสเตเบิ้ลทั่วไปที่มีขนาดใกล้เคียงกัน เนื่องจากมีกระแสไฟฟ้าไหลเพียงเล็กน้อยในระหว่างสถานะล็อค คอยล์จึงไม่พบกับอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นเหมือนกับที่วาล์วจ่ายไฟอย่างต่อเนื่อง ซึ่งเป็นปัจจัยความน่าเชื่อถือที่มีความหมายสำหรับอายุการใช้งานของฉนวนคอยล์ในการติดตั้งที่ทำงานเป็นเวลาหลายปีโดยไม่ต้องมีการบำรุงรักษา

คำถามการปฏิบัติตามข้อกำหนด: จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อไฟฟ้าดับจริง

นี่คือจุดที่สถาปัตยกรรมทั้งสามหยุดใช้แทนการใช้ก๊าซได้ EN 161 และมาตรฐานการปิดแก๊สที่คล้ายกันมีไว้โดยเฉพาะเพื่อรับประกันว่าวาล์วที่ควบคุมก๊าซที่ติดไฟได้จะกลับสู่สถานะปิดที่ปลอดภัยโดยไม่ได้รับความช่วยเหลือใดๆ ทันทีที่สูญเสียพลังงาน วาล์วแบบ monostable แบบดั้งเดิมจะตอบสนองสิ่งนี้โดยค่าเริ่มต้นทางกล ตามการออกแบบแล้ว บิสเตเบิลวาล์วแบบพัลส์ไม่มี - ไม่มีสปริงไบแอสและไม่มีสถานะเริ่มต้น ดังนั้นไฟฟ้าขัดข้องจะทำให้วาล์วค้างไม่ว่าจะอยู่ที่ไหน เปิดหรือปิด ในการใช้งานก๊าซที่ไม่เกิดข้อผิดพลาด ความคลุมเครือนั้นถือเป็นพฤติกรรมที่มาตรฐานเขียนไว้เพื่อป้องกันอย่างแน่นอน

สิ่งนี้ควรค่าแก่การระบุอย่างชัดเจนมากกว่าที่จะมองข้าม: วาล์วพัลส์แบบบิสเทเบิลไม่เหมาะกับการใช้งานที่อยู่ติดกับแก๊สทุกครั้ง - จุดควบคุมการไหลหรือจุดสูบจ่ายที่ไม่จัดเป็นอุปกรณ์ปิดระบบนิรภัยอาจทนต่อการยึดตำแหน่งสุดท้ายได้ แต่สำหรับการใช้งานใดๆ ที่ฟังก์ชันของวาล์วถูกกำหนดให้เป็นการปิดระบบเพื่อความปลอดภัย การคงสถานะสุดท้ายที่ไม่รู้จักผ่านการดับไฟถือเป็นข้อจำกัดที่แท้จริง ไม่ใช่ความไม่สะดวกเล็กน้อย

วาล์วล็อคแบบโมโนสเตเบิลกำลังเป็นศูนย์ถูกสร้างขึ้นเพื่อปิดช่องว่างนี้โดยการรวมลักษณะการทำงานสองประการเข้าด้วยกัน: กำลังการค้างที่เกือบเป็นศูนย์ในระหว่างการทำงานปกติ และการกลับไปสู่สถานะเริ่มต้นตามที่กำหนดเมื่อตัดไฟเต็ม คุณสมบัติที่สองคือสิ่งที่ช่วยให้สามารถประเมินเทียบกับตรรกะที่ปลอดภัยเมื่อเกิดข้อผิดพลาดแบบเดียวกับที่วาล์วแบบ monostable แบบดั้งเดิมได้รับการออกแบบมา แทนที่จะเป็นตรรกะ "การคงตำแหน่งสุดท้าย" ของวาล์ว bistable เป็นที่น่าสังเกตว่าการปฏิบัติตามหลักการด้านพฤติกรรมนี้ไม่เหมือนกับการมีใบรับรองเฉพาะ — ใครก็ตามที่ระบุวาล์วสำหรับการใช้งานด้านความปลอดภัยที่ได้รับการรับรองควรยืนยันการอนุมัติจริงที่จัดขึ้นโดยตัววาล์วและชุดคอยล์เฉพาะ ไม่ใช่ถือว่าเป็นไปตามข้อกำหนดจากสถาปัตยกรรมเพียงอย่างเดียว หากต้องการดูอย่างใกล้ชิดว่าปรัชญาทั้งสองมีความแตกต่างกันในทางปฏิบัติอย่างไร การเปรียบเทียบพฤติกรรมของพัลส์วาล์วแบบเสถียรเดี่ยวและแบบบิสเทเบิลนี้ ผ่านเกณฑ์การตัดสินใจที่วิศวกรใช้โดยทั่วไป

การเดินสายไฟและการทดสอบการใช้งาน: ต้นทุนที่ไม่แสดงในเอกสารข้อมูลจำเพาะ

การใช้พลังงานได้รับความสนใจมากที่สุดในเอกสารผลิตภัณฑ์ แต่ต้นทุนการทดสอบเดินเครื่องมักเป็นปัจจัยที่ใหญ่กว่าในการเปรียบเทียบต้นทุนการติดตั้งทั้งหมด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในโครงสร้างพื้นฐานของก๊าซแบบกระจายที่มีจุดวาล์วหลายจุด วาล์วบิสเทเบิลชนิดพัลส์จำเป็นต้องมีตัวขับที่สามารถกลับขั้วด้วยจังหวะพัลส์ที่ควบคุมได้ ซึ่งโดยทั่วไปหมายถึงบอร์ดควบคุมเฉพาะ การเดินสายเพิ่มเติมสำหรับแหล่งจ่ายไฟของตัวขับเอง และเวลาทดสอบการใช้งานเพื่อตรวจสอบพารามิเตอร์พัลส์ที่แต่ละไซต์ หากจำเป็นต้องเปลี่ยนคอนโทรลเลอร์นั้น ใครก็ตามที่ให้บริการไซต์นั้นจะต้องเข้าใจการกำหนดค่าของไดรเวอร์เฉพาะ

ในทางตรงกันข้าม วาล์วล็อคแบบคอมโพสิตได้รับการออกแบบให้ยอมรับการเดินสายแบบเดียวกับที่โซลินอยด์วาล์วแบบโมโนสเตเบิลทั่วไปใช้ — อินเทอร์เฟซตัวเชื่อมต่อมาตรฐาน DIN43650 โดยไม่มีกล่องไดรเวอร์หรือตัวควบคุมพัลส์แยกต่างหากในลูป วงจรขับในตัวและโครงสร้างที่ห่อหุ้ม BMC อยู่ภายในตัวเรือนวาล์ว ดังนั้นผู้ติดตั้งที่คุ้นเคยกับการเดินสายวาล์วโซลินอยด์แก๊สมาตรฐานจึงไม่จำเป็นต้องเรียนรู้ขั้นตอนการทดสอบการใช้งานใหม่ ผู้อ่านที่ต้องการรายละเอียดการก่อสร้างพื้นฐานสามารถดูวิธีการได้ การห่อหุ้ม BMC มีส่วนช่วยในการออกแบบที่ปิดผนึกและบูรณาการกับไดรเวอร์ ที่ทำให้การเดินสายแบบ Plug-and-Play เป็นไปได้

สิ่งที่สำคัญที่สุดคือในกรณีที่โรงงานกำลังติดตั้งตำแหน่งวาล์วแบบโมโนสเตเบิลที่มีอยู่เดิม การเปลี่ยนวาล์วโดยไม่ต้องสัมผัสตู้ควบคุมหรือเดินสายไฟแผงใหม่ถือเป็นขอบเขตโครงการที่แตกต่างอย่างมากจากการติดตั้งวาล์วที่ต้องใช้ตัวควบคุมใหม่

แต่ละสถาปัตยกรรมเข้ากันได้อย่างลงตัว

สถาปัตยกรรมทั้งสามนี้ไม่ใช่คำตอบที่เป็นสากล และการเปรียบเทียบที่ยุติธรรมควรตอบโดยตรง

• วาล์วแบบโมโนสเตเบิลแบบดั้งเดิมยังคงเป็นตัวเลือกที่เหมาะสม โดยที่พลังงานต่อเนื่องมีราคาถูกและพร้อมใช้งาน จำนวนรอบต่ำ และความเรียบง่ายของระบบป้องกันความผิดพลาดทางกลเพียงอย่างเดียวเป็นที่ต้องการมากกว่าลอจิกอิเล็กทรอนิกส์ใดๆ
• วาล์วบิสเทเบิลชนิดพัลส์เหมาะอย่างยิ่งกับการใช้งานที่มีพลังงานไม่จำกัดอย่างแท้จริงหรือจำกัดพลังงานแบตเตอรี่ โดยที่บทบาทของวาล์วไม่ใช่ระบบปิดเพื่อความปลอดภัยที่ได้รับการรับรอง — เครือข่ายชลประทานและการควบคุมการไหลที่ไม่ปลอดภัยเป็นตัวอย่างทั่วไป — และในที่ที่โรงงานมีความเชี่ยวชาญในการรักษาฮาร์ดแวร์ตัวขับพัลส์อยู่แล้ว
• วาล์วล็อคแบบโมโนสเตเบิลที่ใช้พลังงานเป็นศูนย์มุ่งเป้าไปที่ช่องว่างเฉพาะระหว่างทั้งสอง: การติดตั้งก๊าซระยะไกลหรือแบบไม่ใช้คนควบคุม — สถานีควบคุมแรงดัน จุดสูบจ่ายสำรอง รางเลื่อนตรวจสอบที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์หรือแบตเตอรี่ — ในกรณีที่จำเป็นต้องปิดการป้องกันการสูญเสียพลังงานอย่างปลอดภัยเมื่อเกิดข้อผิดพลาด การดึงพลังงานสูงอย่างต่อเนื่องนั้นทำไม่ได้ และการเปลี่ยนสายไฟควบคุมที่มีอยู่เป็นสิ่งที่ไม่พึงประสงค์

คำถามเปิดที่เหลืออยู่สำหรับโครงการเฉพาะใดๆ คือรอบการทำงานและความถี่ในการเปลี่ยนที่คาดหวัง วาล์วล็อคแบบคอมโพสิตถูกสร้างขึ้นโดยตั้งใจสวิตซ์ไม่บ่อยนัก แทนที่จะหมุนเวียนอย่างรวดเร็ว ดังนั้นการใช้งานที่ต้องการการดำเนินการสวิตชิ่งจำนวนมากต่อชั่วโมงควรได้รับการตรวจสอบข้อกำหนดนั้นโดยเทียบกับอายุการใช้งานวงจรที่กำหนดของรุ่นเฉพาะก่อนที่จะเลือก แทนที่จะสันนิษฐานจากคำอธิบายสถาปัตยกรรมทั่วไป สำหรับรายละเอียดทางเทคนิคทั้งหมดเกี่ยวกับไดรเวอร์ภายในและการออกแบบการห่อหุ้ม เอกสารไวท์เปเปอร์เทคโนโลยีเกี่ยวกับสถาปัตยกรรมการล็อคแบบคอมโพสิตของวาล์วนี้ ครอบคลุมรายละเอียดทางวิศวกรรมเบื้องหลังตัวเลขที่กล่าวถึงที่นี่ ข้อมูลจำเพาะของผลิตภัณฑ์ รวมถึงอายุการใช้งานของวงจรเฉพาะรุ่นและพิกัดแรงดันแสดงอยู่ในรายการ สายผลิตภัณฑ์โซลินอยด์วาล์วล็อค หน้า.