Một hệ thống / thiết bị chṍp hành cú chức năng can thiệp tới biến điều khiển. Hỡnh 2.4 minh họa cṍu trúc cơ bản của một thiết bị chṍp hành. Thành phần can thiệp trực tiếp tới biến điều khiển được gọi 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 cṍu chṍp hành, vớ dụ cỏc hệ thống động cơ, cuộn hút và cơ cṍu 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 chṍp hành tiờu biểu nhṍt. Van điều khiển cho phộp điều chỉnh lưu lượng của một lưu chṍt 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.
Màng chắn Cửa vào khớ nộn Lũ xo Chỉ thị hành trỡnh Cầu van Cổng lưu chṍt vào
Hỡnh 2 Cấu trỳc cơ bản của thiờ́t bị chấp hành.
a. Cấu trỳc cơ bản
Một van điều khiển bao gồm thõn van được ghộp nối với một cơ chế chṍp 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.
Chốt van Chõn 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 mở van và lưu lượng qua van được xỏc định bởi 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 nút: 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 cṍu chṍp hành van cú nhiệm vụ cung cṍp 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 cṍp 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 học, cú nghĩa là khi khụng cú tớn hiệu điều khiển thỡ van hoặc phải đúng hoàn toàn hoặc phải mở 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 mṍt nguồn năng lượng cung cṍp. Nhưng khụng phải van nào cũng cú tớnh an toàn cơ học, vớ dụ van điện hoặc van khớ nộn khụng sử dụng lũ xo đối lực sẽ giữ nguyờn vị trớ mở van sau khi mṍt tớn hiệu điều khiển hoặc mṍt nguồn năng lượng cṍp.
van đúng an toàn van mở an toàn Hỡnh 2.10: Biểu tượng và kớ hiệu cho kiểu tác 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 mở an toàn. Sự lựa chọn kiểu tỏc động của van thuần túy dựa trờn nguyờn tắc đảm bảo an toàn trong trường hợn mṍt tớn hiệu điều khiển hoặc mṍt nguồn năng lượng cung cṍp . Hỡnh 2.6 minh họa van đúng an toàn(fail-closed FC, hoặc air-to-open Ao) và van mở an toàn(fail-open FO hoặc air-to-close AC) sử dụng trong điều khiển quỏ trỡnh.
Sự lựa chọn kiểu tỏc động của van điều khiển ảnh hưởng tới lựa chọn hộ số khuếch đại của bộ điều khiển phản hồi sau này.
Van đúng an toàn cú độ mở 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 mở van tăng lờn khi tớn hiệu điều khiển tăng.
Nếu van được định cỡ tốt thỡ quan hệ giữa lưu lượng ra và độ mở 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 nhṍt cú trễ, lṍy gần đúng thỡ xem là khõu quỏn tớnh bậc nhṍt:
Trong đú:
K=0.5: hệ số khuyếch đại của van
T: thời gian trễ của van, thường lṍy T = 1s
GV (s)=