Van điều khiển
Các phụ kiện trong van điều khiển
Để cấu tạo nên một van điều khiển, ngoài body và actuator, cần có các phụ kiện sau:
- Positioner – bộ điểu khiển vị trí, định vị van
- Air regulator with filter (Air set) – Lọc và điều chính áp cung cấp
- Air lock mechanism (Air lock valve), van khóa khí
- Solenoid valve, van đóng mở khí nén cấp cho actuator
- Air (release) valve, van xả khí
- Volume booster, van xả nhanh
- Air fail back-up system, hệ thống backup khi mất khí
- Speed controller
- Limit switch, công tắc trả về trung tâm PLC
- Travel (Motion) transmitter, bộ điều khiển hành trình
Positioner
Positioner (bộ điều khiển vị trí), là bộ phận được gắn kết cơ học với thành phần truyền động sau cùng của actuator,(stem & plug). Tự động điều chỉnh tín hiệu gửi đến actuator sao cho đạt được vị trí mong muốn của stem & plug. Vị trí mong muốn này nhận được từ tín hiệu input của Positioner.
Tính năng trọng yếu của positioner là kiểm soát vị trí của valve plug tuyến tính chính xác với tín hiệu input mà không bị ảnh hưởng bởi các tác nhân như: sự ma sát của các bộ phận truyền động, độ trễ đáp ứng của actuator, ảnh hưởng của unbalanced force (lực tác động của lưu chất trong body valve lên plug).
Các loại positioners
Positioner có thể chia làm 3 loại chính:
- Positioner khí nén P/P. Tín hiệu đầu vào là tín hiệu khí nén, thông thường 20~100 kPa tương ứng với độ mở van 0~100%.
- Positioner điện tử (analog): I/P. Tín hiệu đầu vào là tín hiệu điện, thông thường 4~20mA tương ứng với độ mở van 0~100%.
- Smart positioner là một cải tiến của positioner điện tử với những tính năng thông minh như tự căn chỉnh (auto-setup/ auto-calibration) và chuẩn đoán (self-diagnostic).
Positioner loại khí nén P/P
Tín hiệu áp suất (20-100 kPa) từ controller nén màng (diaphragm) trong bộ phận pilot làm dịch chuyển pilot stem. Dịch chuyển này sẽ làm xoay cam (có hình dạng quyết định đặc tuyến điều khiển: tuyến tính (linear), EQ% (equal percentage) hay mở nhanh (quick-opening)). Vị trí cam xoay đến tạo lực nén ngược lại lò xo feedback spring thông qua cơ cấu cam follower. Các lực trong hệ cân bằng tạo ra áp suất khí nén cung cấp cho actuator để điều khiển van đến vị trí mong muốn.
Đặc điểm của positioner loại khí nén là có tính ổn định cao, cấu trúc đơn giản dễ bảo trì, có thể thay đổi đặc tuyến điều khiển bằng cách thay đổi cam, dễ dàng thay đổi control action từ direct sang reverse hoặc ngược lại, sử dụng trong các môi trường nguy hiểm yêu cầu chống cháy nổ hoặc không thuận tiện sử dụng tín hiệu điện hay các thiết bị điện tử.
Positioner loại analog I/P
Tín hiệu điện (4-20mA) từ controller tác động lên cơ cấu điện từ kéo beam di chuyển, qua đó kéo plug lên che dần nozzle. Khi đó áp suất bên trong pilot relay tăng lên, được khuếch đại và gửi ra cho actuator tác động van di chuyển. Feedback lever gắn vào steam & plug xác định vị trí hiện tại của van và tác động ngược lại hệ thống qua một cơ cấu lò xo feedback spring. Khi lực cân bằng giữa lực kéo của beam và lực đẩy của lò xo feedback spring, van dừng lại ở vị trí xác định là vị trí mong muốn.
Đặc điểm của positioner loại I/P là tiêu thụ khí nén ít hơn, vận hành ổn định. Hệ thống điện từ không cần phải cấp nguồn ngoài để hoạt động. Bảo trì phức tạp hơn so với loại P/P do cần phải cân chỉnh yếu tố cơ cấu điện từ. Tuy nhiên việc thay đổi control action từ direct sang reverse và ngược lại cũng rất đơn giản, chỉ cần thay đổi vị trí lắp cơ cấu feedback chứ không cần thay mới cả positioner.
Positioner loại smart (digital)
Tín hiệu input 4~20 mA nhận từ controller được xử lí bên trong CPU để điều khiển cuộn coil lái tín hiệu áp suất xuất ra cho actuator. Bên cạnh tín hiệu input, CPU còn ghi nhận tín hiệu phản hồi feedback signal từ vị trí hiện hữu của valve plug để xử lí trong một vòng điều khiển kín (closed loop).
Đặc tính của positioner loại smart (hay còn gọi là digital):
- Dễ dàng căn chỉnh (chức năng auto-setup). Mọi người đều có thể căn chỉnh hoạt động của positioner dễ dàng với thao tác đơn giản bằng công tắc trên positioner hoặc sử dụng thiết bị kết nối. Các loại positioner truyền thống thường đòi hỏi kĩ năng căn chỉnh và một chút kinh nghiệm. Tuy nhiên, với loại smart positioner thì khi khởi chạy tính năng Auto-setup, positioner sẽ tự “học” các đặc điểm của actuator để tự thiết lập các thông số vận hành cần thiết.
- Vì mọi tính năng được xử lí tập trung trong CPU của positioner, do đó khả năng thích ứng cao đạt được với nhiều loại actuator hay van khác nhau.
- Tự chẩn đoán: trong quá trình vận hành, positioner liên tục ghi nhận các trạng thái hoạt động và đưa ra các chẩn đoán và cảnh báo khi bất thường xuất hiện. Smart positioner là tiền đề căn bản cho các hệ thống quản lí thiết bị trường (asset management system) trong các nhà máy: giúp nhân viên bảo trì, người vận hành theo dõi chặt chẽ và liên tục trạng thái sức khỏe của từng thiết bị. Các hệ thống này còn hỗ trợ đưa ra đánh giá bảo trì.
Positioner được sử dụng đa dạng với nhiều loại van khác nhau, không chỉ là van cầu mà còn là van bướm, van bi v.v… Positioner không nhất thiết phải sử dụng với van chính hãng mà có thể sử dụng cho van của nhiều hãng thứ ba. Một số ví dụ:
