Một hệ thống / thiết bị chṍỳ́p hành cú chức năng can thiệp tới biến điều khiển. Hỡnh 2.4 minh họọ̣a cṍỳ́u trúỳ́c cơ bản của một thiết bị chṍỳ́p hành. Thành phần can thiệp trực tiếp tới biến điều khiển được gọọ̣i là phần tử điều khiển, vị dụ van tỉ lệ, van on/off, tiếp điểm, sợi đốt,băng tải, phần tử điều khiển được truyền năng lượng truyền động từ cơ cṍỳ́u chṍỳ́p hành, vớ dụ cỏc hệ thống động cơ, cuộn húỳ́t và cơ cṍỳ́u khớ nộn, thủy lực. Trong cỏc hệ thống điều khiển quỏ trỡnh thỡ hẩu hết biến điều khiển là lưu lượng, vỡ thế van điều khiển là thiết bị chṍỳ́p hành tiờu biểu nhṍỳ́t. Van điều khiển cho phộp điều chỉnh lưu lượng của một lưu chṍỳ́t qua đường ống dẫn tỉ lệ với tớn hiệu điều khiển. Trong nội dung sau đõy ta tập trung vào cỏc yếu tố cơ bản của một van điều khiển.
SVTH : Ngụ Quang Nghiệp Trang: 34
Hỡnh 2 Cấu trỳc cơ bản của thiờ́ỏ́t bị chấp hành.
a. Cấu trỳc cơ bản
Một van điều khiển bao gồm thõn van được ghộp nối với một cơ chế chṍỳ́p hành cựng cỏc phụ kiện lien quan. Trờn hỡnh 2.5 là hỡnh ảnh mặt cắt của một van khớ nộn với cơ chế truyền động màng rung-lũ xo.
Màng chắn Cửa vào khớ nộn
Lũ xo Chỉ thị hành trỡnh
Cầu van
Cổng lưu chṍỳ́t vào Cổng lưu chất ra
SVTH : Ngụ Quang Nghiệp Trang: 35
Chốt van
Hỡnh 2.9: Cấu trỳc tiờu biểu của một van cầu khớ nộn.
Phần thõn van cựng cỏc phụ kiện được gắn với đường ống, đúng vai trũ là phần tử điều khiển. Độ mởở̉ van và lưu lượng qua van được xỏc định bởở̉i hỡnh dạng và vị trớ chốt van. Ta cú thể phõn loại van dựa theo thiết kế và kiểu chuyển động của chốt van như sau:
- Van cầu: Chốt trượt cú đầu hỡnh cầu hoặc hỡnh nún, chuyển động lờn xuống.
- Van núỳ́t: Chốt xoay hỡnh trụ hoặc một phần hỡnh trụ. - Van bi: Chốt xoay hỡnh cầu hoặc một phần hỡnh cầu. - Van bướm: Chốt xoay hỡnh đĩa.
Cơ cṍỳ́u chṍỳ́p hành van cú nhiệm vụ cung cṍỳ́p năng lượng và tạo ra chuyển động cho chốt van thụng qua cầu van hoặc trục van. Phần lớn van điều khiển cụng nghiệp được cṍỳ́p nguồn khớ nộn, song một số năng lượng khỏc như điện, điện từ hoặc thủy lực cũng cú thể được sử dụng. Ta cú thể phõn loại van dựa theo cớ chế truyền động như sau:
- Van khớ nộn. - Van điện. - Van thủy lực. - Van từ.
Phần lớn van điều khiển cụng nghiệp được thiết kế để cú tớnh an toan cơ họọ̣c, cú nghĩa là khi khụng cú tớn hiệu điều khiển thỡ van hoặc phải đúng hoàn toàn hoặc phải mởở̉ hoàn toàn để ngăn chặn nguy cơ sảy ra tai nạn. Vớ dụ, một van khớ nộn cú lũ xo thỡ chốt van sẽ dược kộo về vị trớ ban đầu nếu mṍỳ́t nguồn năng lượng cung cṍỳ́p. Nhưng khụng phải van nào cũng cú tớnh an toàn cơ họọ̣c, vớ dụ van điện hoặc van khớ nộn khụng sử dụng lũ xo đối lực sẽ giữ nguyờn vị trớ mởở̉ van sau khi mṍỳ́t tớn hiệu điều khiển hoặc mṍỳ́t nguồn năng lượng cṍỳ́p.
van đúng an toàn
Hỡnh 2.10: Biểu tượng và kớ hiệu cho kiểu táỏ́c động của van điều khiển
Chiều mũi tờn chỉ xuống hướng tới thõn van để thể hiện kiểu van là đúng an toàn, cũn khi mũi tờn ngược lại chỉ thị kiểu mởở̉ an toàn. Sự lựa chọọ̣n kiểu tỏc động của van thuần túỳ́y dựa trờn nguyờn tắc đảm bảo an toàn trong trường hợn mṍỳ́t tớn hiệu điều khiển hoặc mṍỳ́t nguồn năng lượng cung cṍỳ́p . Hỡnh 2.6 minh họọ̣a van đúng an toàn(fail-closed FC, hoặc air-to-open Ao) và van mởở̉ an toàn(fail-open FO hoặc air-to-close AC) sử dụng trong điều khiển quỏ trỡnh.
Sự lựa chọọ̣n kiểu tỏc động của van điều khiển ảnh hưởở̉ng tới lựa chọọ̣n hộ số khuếch đại của bộ điều khiển phản hồi sau này.
Van đúng an toàn cú độ mởở̉ van lớn hơn khi tớn hiệu điều khiển tăng. Lưu ý khỏi niệm “chiều tỏc động” của bản thõn van điều khiển được định nghĩa trong cỏc tài liệu chuẩn dựa theo chiều chuyển động của chốt van. Chiều tỏc động thuận được định nghĩa là độ mởở̉ van tăng lờn khi tớn hiệu điều khiển tăng.
Nếu van được định cỡ tốt thỡ quan hệ giữa lưu lượng ra và độ mởở̉ van cú thể được coi là tuyến tớnh, ớt ra cũng trong phạm vi quan tõm. Trong thực tế hàm truyền của van thường được coi là khõu quỏn tớnh bậc nhṍỳ́t cú trễ, lṍỳ́y gần đúỳ́ng thỡ xem là khõu quỏn tớnh bậc nhṍỳ́t:
Trong đú:
K=0.5: hệ số khuyếch đại của van
T: thời gian trễ của van, thường lṍỳ́y T = 1s
GV (s)=