2025-11-29
Trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp, bộ định vị van điều khiển đóng vai trò là các thành phần quan trọng của hệ thống truyền động, với độ chính xác của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến sự ổn định và hiệu quả của quy trình. Là yếu tố cốt lõi cho phép điều khiển van chính xác, việc lựa chọn và ứng dụng bộ định vị phù hợp là tối quan trọng. Đối mặt với một loạt các bộ định vị van khí nén, analog (điện-khí nén) và kỹ thuật số trên thị trường, các kỹ sư nên đưa ra quyết định sáng suốt như thế nào? Bài viết này cung cấp một phân tích chuyên sâu về ba loại bộ định vị chính này, kiểm tra các nguyên tắc kỹ thuật, kịch bản ứng dụng và các lợi thế so sánh của chúng để đưa ra hướng dẫn lựa chọn chuyên nghiệp.
Chức năng chính của bộ định vị van điều khiển là điều chỉnh chính xác vị trí van theo các tín hiệu điểm đặt từ bộ điều khiển, đảm bảo các biến quy trình (chẳng hạn như áp suất, nhiệt độ hoặc lưu lượng) duy trì các giá trị mong muốn. Trình tự hoạt động bao gồm:
Các cấu hình lắp đặt khác nhau tùy theo loại bộ truyền động: van điều khiển tuyến tính thường gắn bộ định vị trên các cụm càng hoặc vỏ trên, trong khi van quay định vị chúng đồng trục với trục bộ truyền động, ở trên hoặc theo chiều ngang. Việc lắp đặt đúng cách cho phép đo chính xác hành trình trục (tuyến tính) hoặc góc quay (quay), với các bộ định vị điều chỉnh vị trí van theo đầu vào của bộ điều khiển.
Thị trường chủ yếu có ba loại bộ định vị: khí nén, điện-khí nén (EP) và bộ định vị van kỹ thuật số, mỗi loại được phân biệt bằng các loại tín hiệu, phương pháp điều khiển và đặc điểm chức năng.
Là loại được phát triển sớm nhất, bộ định vị khí nén hoạt động thông qua các cơ chế đơn giản, đáng tin cậy. Chúng nhận các tín hiệu điều khiển khí nén (thường là 3-15 psi hoặc 6-30 psi) và cung cấp áp suất không khí tỷ lệ cho các bộ truyền động để định vị trục/trục chính xác.
Nguyên tắc hoạt động: Các cơ chế vòi phun-vạt bên trong chuyển đổi các tín hiệu áp suất đầu vào thành các biến thể áp suất ngược, điều khiển rơ le khí nén, điều chỉnh áp suất bộ truyền động. Phản hồi vị trí xảy ra thông qua các hệ thống cam hoặc đòn bẩy.
Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, độ tin cậy cao, chi phí thấp hơn, phù hợp với các ứng dụng không chính xác và môi trường dễ nổ.
Hạn chế: Độ chính xác vừa phải, phản hồi chậm hơn, các chức năng nâng cao hạn chế, không có khả năng giám sát/chẩn đoán từ xa.
Ứng dụng: Các hệ thống hóa dầu truyền thống, nơi độ chính xác cao không quan trọng và yêu cầu chống cháy nổ.
Thường được gọi là "bộ định vị analog", các mẫu EP chuyển đổi các tín hiệu bộ điều khiển điện (thường là 4-20mA hoặc 0-10 VDC) thành các đầu ra khí nén tỷ lệ.
Nguyên tắc hoạt động: Các bộ chuyển đổi I/P (dòng điện sang áp suất) cốt lõi chuyển đổi đầu vào điện thành tín hiệu khí nén, được khuếch đại để điều khiển bộ truyền động. Các cơ chế phản hồi giống với bộ định vị khí nén, sử dụng cam hoặc đòn bẩy.
Thành phần chính: Bộ chuyển đổi I/P (loại cân bằng lực hoặc cuộn dây chuyển động) sử dụng các nguyên tắc điện từ để chuyển đổi tín hiệu.
Ưu điểm: Độ chính xác cao hơn và phản hồi nhanh hơn so với các mẫu khí nén; khoảng cách truyền tín hiệu dài hơn với khả năng miễn nhiễm với tiếng ồn vượt trội.
Hạn chế: Phức tạp và tốn kém hơn các phiên bản khí nén; yêu cầu nguồn điện; dễ bị EMI mạnh.
Ứng dụng: Các quy trình đòi hỏi độ chính xác cao hơn và tự động hóa từ xa, bao gồm hóa chất tốt, dược phẩm và sản xuất thực phẩm/đồ uống.
Các bộ định vị này chấp nhận đầu vào kỹ thuật số (4-20mA với giao thức HART, PROFIBUS hoặc Foundation Fieldbus) và sử dụng bộ vi xử lý—thay vì các thành phần cơ học—để xử lý tín hiệu và điều khiển vị trí.
Nguyên tắc hoạt động: Bộ vi xử lý tích hợp thực hiện các thuật toán PID trên các tín hiệu được số hóa, được chuyển đổi thông qua các giai đoạn D/A và I/P thành đầu ra khí nén. Các cảm biến vị trí có độ phân giải cao (chiết áp/hiệu ứng Hall) cung cấp phản hồi.
Tính năng thông minh:
Ưu điểm: Độ chính xác và tốc độ tối ưu; tích hợp tự động hóa toàn diện; khả năng bảo trì dự đoán.
Hạn chế: Độ phức tạp/chi phí cao nhất; đòi hỏi cơ sở hạ tầng mạng/điện ổn định; yêu cầu kỹ thuật viên chuyên biệt.
Ứng dụng: Các quy trình quan trọng (hạt nhân, hàng không vũ trụ, nhà máy hóa chất quy mô lớn) và các hệ thống tự động hoàn toàn.
Việc lựa chọn bộ định vị tối ưu liên quan đến đánh giá đa chiều:
Bộ định vị kỹ thuật số cho phép điều khiển nhiệt độ/áp suất lò phản ứng chính xác trong quy trình tinh chế cốt lõi này, tối ưu hóa năng suất và chất lượng sản phẩm thông qua chức năng thông minh.
Bộ định vị EP duy trì độ tinh khiết của sản phẩm đồng thời giảm tiêu thụ năng lượng trong các quy trình tách.
Độ tin cậy và khả năng chống cháy nổ của bộ định vị khí nén phù hợp với môi trường khắc nghiệt, nơi cần điều chỉnh mức oxy hòa tan.
Ngành 4.0 thúc đẩy sự đổi mới của bộ định vị hướng tới:
Bộ định vị van điều khiển vẫn không thể thiếu để điều khiển lưu lượng chính xác. Việc lựa chọn yêu cầu xem xét cân bằng các yêu cầu kỹ thuật, các yếu tố môi trường và các ràng buộc kinh tế. Các mẫu khí nén phục vụ các ứng dụng cơ bản, bộ định vị EP đáp ứng các nhu cầu trung gian, trong khi các giải pháp kỹ thuật số vượt trội trong các hệ thống quan trọng, tự động. Những tiến bộ liên tục hứa hẹn các công nghệ bộ định vị thông minh hơn, tích hợp hơn để đáp ứng nhu cầu công nghiệp đang phát triển.
Liên hệ với chúng tôi bất cứ lúc nào
