“คอนโทรลวาล์ว (Control Valve)” และ “วาล์วปรับควบคุม (調節弁)” เป็นเพียงคำเรียกที่ต่างกัน แต่โดยพื้นฐานแล้วหมายถึงวาล์วควบคุมชนิดเดียวกัน ดังนั้นสิ่งที่สำคัญต่อการทำให้การควบคุมแบบ PID มีเสถียรภาพจึงไม่ใช่ความแตกต่างของชื่อเรียก แต่คือการเลือกโดยพิจารณาสามปัจจัย ได้แก่ เรนจ์อะบิลิตี (rangeability หรืออัตราส่วนของอัตราการไหลที่สามารถควบคุมได้) คุณลักษณะการไหล (flow characteristic) และการตอบสนอง (response) ให้สอดคล้องกับช่วงอัตราการไหลในการใช้งานจริง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง จุดชี้ขาดของการทำให้เสถียรอยู่ที่ว่าได้เข้าใจไม่เพียงแต่อัตราการไหลสูงสุด แต่รวมถึงช่วงอัตราการไหลต่ำสุดด้วยหรือไม่ ต่อไปนี้จะสรุปแนวคิดในการเลือก
ประเด็นสำคัญของบทความนี้
- คอนโทรลวาล์วและวาล์วปรับควบคุมมีความหมายเหมือนกัน จึงเป็นสิ่งที่ควรเลือกโดยพิจารณาจากสมรรถนะในการควบคุม ไม่ใช่ความเหนือกว่าด้อยกว่าของคำศัพท์
- กุญแจสำคัญของการทำให้ PID เสถียรอยู่ที่สามจุด ได้แก่ “เรนจ์อะบิลิตี” “คุณลักษณะการไหล” และ “การตอบสนอง”
- การเข้าใจเงื่อนไขการใช้งานที่รวมถึงช่วงอัตราการไหลต่ำสุด จะช่วยป้องกันการเกิดแฮนติง (hunting) อันเนื่องมาจากการเลือกขนาดใหญ่เกินไป
แนวคิดในการเลือกเพื่อทำให้การควบคุมแบบ PID มีเสถียรภาพ
คอนโทรลวาล์วและวาล์วปรับควบคุมคือสิ่งเดียวกัน
คำว่า control valve ในภาษาอังกฤษเมื่อแปลเป็นภาษาญี่ปุ่นก็คือ “調節弁 (วาล์วปรับควบคุม)” และในมาตรฐาน JIS เป็นต้นก็ใช้คำว่าวาล์วปรับควบคุมเช่นกัน แม้ว่าตามแคตตาล็อกหรือผู้ผลิตแต่ละรายอาจเรียกแตกต่างกันเป็น “คอนโทรลวาล์ว” หรือ “วาล์วควบคุม” แต่สิ่งที่หมายถึงล้วนเป็นวาล์วควบคุมชนิดเดียวกัน ด้วยเหตุนี้จึงไม่จำเป็นต้องนำทั้งสองมาเปรียบเทียบว่าอันใดเหนือกว่ากัน และในทางปฏิบัติแล้ว การให้ความสำคัญกับสมรรถนะในการควบคุมที่แท้จริงมากกว่าชื่อเรียกจึงมีประโยชน์ในการเลือก
ขนาดที่ใหญ่เกินไปมักทำให้เกิดแฮนติงได้ง่าย
หากกำหนดขนาดโดยยึดเพียงอัตราการไหลสูงสุดเป็นเกณฑ์ จุดใช้งานปกติมักตกอยู่ในช่วงเปิดต่ำราว 10 ถึง 20% ทำให้การเปลี่ยนแปลงองศาการเปิดเพียงเล็กน้อยส่งผลให้อัตราการไหลเปลี่ยนแปลงอย่างมาก เกนของการควบคุมจึงสูงเกินไปและกลายเป็นสาเหตุหนึ่งของการเกิดแฮนติง ดังนั้นนอกจากอัตราการไหลสูงสุดแล้ว การเข้าใจช่วงอัตราการไหลต่ำสุดและเลือกขนาดหรือรุ่นที่รองรับอัตราส่วนนั้น (เรนจ์อะบิลิตี ซึ่งโดยทั่วไปใช้ค่าประมาณหลายสิบต่อ 1 เป็นเกณฑ์) ได้ จะช่วยส่งเสริมความมีเสถียรภาพ หลักการพื้นฐานคือ ไม่ควรกำหนดขนาดตามขนาดของท่อ แต่ควรกำหนดโดยยึดค่า Cv ที่คำนวณได้จากอัตราการไหลที่ต้องการเป็นเกณฑ์
คุณลักษณะการไหลและการตอบสนองของแอกชูเอเตอร์
คุณลักษณะการไหลมีทั้งแบบ equal percentage และแบบ linear โดยในระบบที่ได้รับผลกระทบจากความต้านทานของท่อมาก โดยทั่วไปถือว่าคุณลักษณะแบบ equal percentage จะทำให้การเปลี่ยนแปลงของอัตราการไหลต่อองศาการเปิดมีความสม่ำเสมอกว่าและมีเสถียรภาพมากกว่า (ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับเงื่อนไข) นอกจากนี้ การตอบสนองของแอกชูเอเตอร์และโพซิชันเนอร์ เวลาหน่วง (dead time) และฮิสเทอรีซิส ก็ล้วนมีผลต่อเสถียรภาพด้วยเช่นกัน จึงเป็นที่พึงประสงค์ที่จะตรวจสอบร่วมกับเงื่อนไขการใช้งานว่า ค่าคงที่เวลา (time constant) ของสิ่งที่ควบคุมกับการตอบสนองของวาล์วมีความสมดุลกันหรือไม่
คำถามที่พบบ่อย
Q1. คอนโทรลวาล์วกับวาล์วปรับควบคุมเป็นคนละสิ่งกันหรือไม่
A1. โดยพื้นฐานแล้วเป็นเพียงคำเรียกที่ต่างกันของสิ่งเดียวกัน เป็นความแตกต่างของคำแปลหรือการเขียน ไม่จำเป็นต้องมองว่าเป็นความแตกต่างในเชิงหน้าที่การทำงาน ในการเลือกโปรดให้ความสำคัญกับสมรรถนะในการควบคุมมากกว่าชื่อเรียก
Q2. ควรเลือกขนาดให้ตรงกับขนาดของท่อหรือไม่
A2. ขนาดของท่อกับขนาดของวาล์วไม่จำเป็นต้องตรงกันเสมอไป หลักการพื้นฐานคือเลือกโดยยึดค่า Cv ที่คำนวณได้จากอัตราการไหลที่ต้องการเป็นเกณฑ์ และต้องระวังว่าการเลือกให้ตรงกับท่อมักทำให้ได้ขนาดที่ใหญ่เกินไป
Q3. เกิดแฮนติงขึ้น เป็นปัญหาที่ตัววาล์วหรือไม่
A3. อาจเกิดได้จากหลายปัจจัย เช่น การใช้งานในช่วงเปิดต่ำเนื่องจากขนาดใหญ่เกินไป ความไม่สอดคล้องของคุณลักษณะการไหล การตอบสนอง หรือพารามิเตอร์ PID การตรวจสอบช่วงอัตราการไหลในการใช้งานและองศาการเปิด แล้วแยกแยะสาเหตุโดยไม่จำกัดอยู่ที่สาเหตุเดียว จะเป็นประโยชน์
Q4. ระหว่าง equal percentage กับ linear ควรเลือกแบบใด
A4. ในระบบที่ความต้านทานของท่อเป็นตัวแปรหลัก โดยทั่วไปถือว่า equal percentage มักมีเสถียรภาพมากกว่า แต่ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขของระบบ ขอแนะนำให้พิจารณาเป็นรายกรณีโดยอ้างอิงจากเงื่อนไขการใช้งาน
Q5. ต้องการเปลี่ยนวาล์วเดิมเป็นรุ่นเทียบเท่า
A5. เป็นที่พึงประสงค์ที่จะตรวจสอบไม่เพียงแต่ขนาด ค่า Cv และมาตรฐานการเชื่อมต่อ แต่รวมถึงคุณลักษณะการไหลและสเปกของแอกชูเอเตอร์ด้วย หากไม่ทราบสเปก โปรดปรึกษาโดยอ้างอิงจากรุ่นของวาล์วเดิมและเงื่อนไขการใช้งาน
Q6. สามารถแก้ปัญหาได้ด้วยการปรับพารามิเตอร์ PID เพียงอย่างเดียวหรือไม่
A6. ในบางกรณีการปรับพารามิเตอร์อาจช่วยให้ดีขึ้น แต่หากวาล์วมีขนาดใหญ่หรือเล็กเกินไปเมื่อเทียบกับช่วงการใช้งาน อาจจำเป็นต้องทบทวนการเลือกในเชิงกลไก การตรวจสอบจากทั้งสองด้านจึงเป็นวิธีที่แน่นอน
สรุป
คอนโทรลวาล์วและวาล์วปรับควบคุมคือสิ่งเดียวกัน และในการทำให้การควบคุมแบบ PID มีเสถียรภาพนั้น สิ่งสำคัญคือการเลือกโดยพิจารณาเรนจ์อะบิลิตี คุณลักษณะการไหล และการตอบสนองให้สอดคล้องกับเงื่อนไขการใช้งาน ไม่ใช่พิจารณาจากชื่อเรียก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การเข้าใจที่รวมถึงช่วงอัตราการไหลต่ำสุด จะช่วยป้องกันการเกิดแฮนติงอันเนื่องมาจากการเลือกขนาดใหญ่เกินไป
หากท่านมีข้อกังวลในการเลือก เช่น เรื่องต่อไปนี้ โปรดใช้บริการปรึกษาด้านเทคนิคและการเลือกผลิตภัณฑ์ของ Yoshitake “ไม่สามารถตัดสินได้ว่าขนาดของวาล์วเหมาะสมหรือไม่” “ทราบอัตราการไหลสูงสุดแต่ไม่ทราบอัตราการไหลต่ำสุด” “ต้องการเปลี่ยนวาล์วเดิมแต่ไม่ทราบวิธีเลือกรุ่นที่เทียบเท่ากัน” “ต้องการตรวจสอบว่าผลิตภัณฑ์ที่เลือกเองมีความเหมาะสมหรือไม่” เราพร้อมช่วยเหลือท่านโดยอ้างอิงจากเงื่อนไขการใช้งานสำหรับข้อปรึกษาเหล่านี้ แม้ท่านจะไม่มีสเปกหรือแบบแปลนอยู่ในมือ ก็สามารถปรึกษาได้จากเงื่อนไขเท่าที่ทราบ