Bộ truyền động khí nén SOMAS cho van công nghiệp và hệ thống điều khiển tự động

Một cụm van tự động, thân van quyết định khả năng kiểm soát dòng lưu chất nhưng bộ truyền động khí nén SOMAS mới là bộ phận tạo ra lực để van thực sự chuyển động. Khi hệ thống PLC hoặc DCS phát tín hiệu thay đổi trạng thái, actuator phải đủ mô-men để xoay trục van chính xác, vượt qua lực ma sát và lực do chênh áp của lưu chất tác động lên van.

SOMAS phát triển Pneumatic Actuator Type A dành chủ yếu cho van bi, van phân đoạn bi và van bướm của hãng. Bộ truyền động có thể sử dụng cho cả nhiệm vụ điều khiển tuyến tính theo tín hiệu và đóng/mở hoàn toàn. SOMAS hiện cung cấp hai nhóm chính gồm Type A-DA double acting và Type A-SC/A-SO single acting.

Type A-DA sử dụng khí nén ở cả hai chiều chuyển động

SOMAS Type A-DA là phiên bản double acting. Khí nén được sử dụng để tạo chuyển động theo cả chiều mở và chiều đóng của van.

Cấu hình double acting phù hợp với những hệ thống mà van luôn được điều khiển chủ động bằng nguồn khí. SOMAS phát triển A-DA cho cả control application và on/off application, tức actuator có thể sử dụng cho van điều tiết cũng như van chỉ hoạt động ở hai trạng thái mở và đóng.

Một trong những ưu điểm đáng chú ý của cấu hình này là chuyển động có ma sát thấp và phản ứng trực tiếp với tín hiệu khí. SOMAS mô tả A-DA là loại actuator có khả năng điều khiển ma sát thấp, hạn chế độ trễ trong quá trình vận hành.

Type A-SC đưa van về vị trí đóng khi mất nguồn

Không phải dây chuyền nào cũng cho phép van giữ nguyên vị trí khi mất khí điều khiển. Với một số hệ thống, trạng thái an toàn phải là đóng van.

SOMAS cung cấp phiên bản Type A-SC – Single Acting Spring to Close cho yêu cầu này. Khi hệ thống hoạt động bình thường, khí nén tạo lực chống lại lò xo để vận hành van. Khi mất nguồn điều khiển hoặc mất khí nén, năng lượng tích trữ trong lò xo đưa van về vị trí đóng.

Đây là cấu hình fail-safe thường được sử dụng tại những vị trí mà việc tiếp tục cấp lưu chất khi xảy ra sự cố có thể ảnh hưởng đến thiết bị phía sau hoặc quá trình sản xuất.

SOMAS thiết kế các lò xo của actuator single acting trong cartridge bảo vệ. Theo hãng, cách bố trí này nhằm tăng độ an toàn, duy trì chức năng spring return và đồng thời giữ kích thước actuator tương đối gọn.

Type A-SO làm điều ngược lại khi dây chuyền cần Fail Open

Ở một số quá trình, đóng van khi xảy ra mất nguồn lại không phải trạng thái an toàn. Ví dụ, một đường nước làm mát có thể cần tiếp tục mở để duy trì khả năng giải nhiệt cho thiết bị. Trong trường hợp này có thể sử dụng SOMAS Type A-SO – Single Acting Spring to Open.

Cơ chế lò xo được bố trí để đưa van về trạng thái mở khi mất nguồn khí điều khiển. Nhờ đó hệ thống có thể tạo trạng thái Fail Open mà không phụ thuộc vào khí nén bên ngoài trong thời điểm sự cố.

Hai phiên bản A-SC và A-SO cho phép kỹ sư lựa chọn trạng thái an toàn theo yêu cầu của từng quá trình thay vì sử dụng cùng một nguyên tắc cho mọi van. SOMAS xác nhận cả SC và SO đều thuộc dòng Type A single acting và được thiết kế cho cả điều khiển lẫn đóng/mở.

Ma sát thấp đặc biệt cần thiết khi van thường xuyên thay đổi góc mở

Một van on/off có thể chỉ hoạt động vài lần trong một ca sản xuất, nhưng control valve lại liên tục thay đổi vị trí theo tín hiệu điều khiển. Nếu seal trong actuator tạo ma sát lớn, áp suất khí phải tăng đến một mức nhất định mới đủ làm piston chuyển động. Sau khi piston bắt đầu chạy, lực ma sát giảm có thể khiến actuator dịch chuyển quá vị trí mong muốn.

SOMAS sử dụng low-friction seals trên Type A nhằm giảm lực khởi động và tạo chuyển động ổn định hơn. Hãng định hướng đặc tính này cho cả nhiệm vụ regulation và on/off. Đây là lý do một actuator dành cho control valve không nên chỉ được đánh giá bằng thông số mô-men cực đại. Độ mượt của chuyển động cũng có vai trò đáng kể.

90 độ là hành trình quen thuộc của bộ truyền động SOMAS

SOMAS thiết kế actuator Type A chủ yếu cho các loại quarter-turn valve, tức van quay khoảng 90° từ trạng thái đóng sang mở.

Nhóm này bao gồm: Van phân đoạn bi SOMAS KVT, KVTW và KVTF; các dòng Van bướm SOMAS MTV, VSS và những series tương ứng; cùng các dòng ball valve của hãng.

Ngoài van SOMAS, hãng cho biết actuator của mình cũng có thể kết hợp với các van khác cần chuyển động quay 90°, miễn là cấu hình kết nối và yêu cầu mô-men phù hợp. Điều này tạo thêm khả năng sử dụng Type A trong những dự án retrofit hoặc thay thế actuator trên hệ thống hiện hữu.

ISO 5211 giúp chuẩn hóa phần liên kết với van

Một actuator chỉ có thể làm việc chính xác khi mặt bích, trục và phụ kiện lắp đặt tương thích với thân van. Dòng Pneumatic Actuator Type A SOMAS được thiết kế phù hợp với các tiêu chuẩn ISO 5211 và VDI/VDE 3845 cho kết nối van và phụ kiện.

ISO 5211 được sử dụng rộng rãi cho giao diện lắp actuator lên van quay. Việc tiêu chuẩn hóa giúp việc lựa chọn mounting interface, bracket và coupling dễ kiểm soát hơn. VDI/VDE 3845 liên quan đến giao diện lắp phụ kiện cho actuator quay, hỗ trợ bố trí positioner, solenoid valve và các thiết bị điều khiển khác theo cấu hình chuẩn.

Đây cũng là yếu tố giúp bộ truyền động SOMAS có khả năng kết hợp với nhiều phụ kiện tự động hóa khác nhau.

Vị trí đóng và mở có thể tinh chỉnh trực tiếp trên actuator

Sau khi lắp một actuator mới, vị trí cơ khí 0° và 90° cần được điều chỉnh chính xác với thân van. Nếu actuator đóng quá hành trình, seat có thể chịu tải lớn không cần thiết. Nếu đóng chưa đủ, van có khả năng không đạt độ kín yêu cầu.

SOMAS trang bị lockable adjustment screws để điều chỉnh vị trí cuối hành trình mở và đóng trên Type A. Sau khi hiệu chỉnh, vít có thể được khóa lại để giữ cài đặt trong quá trình vận hành. Chi tiết này đặc biệt hữu ích trong quá trình commissioning hoặc khi actuator được tháo khỏi van để bảo dưỡng rồi lắp trở lại.

Positioner biến actuator thành phần tử điều khiển liên tục

Nếu bộ truyền động khí nén SOMAS chỉ nhận tín hiệu từ solenoid valve, hệ thống thường vận hành theo chế độ on/off. Để sử dụng cho nhiệm vụ điều tiết, actuator thường được kết hợp với valve positioner. Positioner nhận tín hiệu đặt từ PLC hoặc DCS, so sánh với vị trí thực tế của trục rồi điều chỉnh áp suất khí vào actuator.

Danh mục phụ kiện hiện tại của SOMAS có nhiều positioner như ABB TZID-C, EDP300, Fisher DVC6200, PMV D30, Siemens PS100, Siemens SIPART PS2 và SPE 405.

Việc có nhiều lựa chọn positioner cho phép cụm van SOMAS thích nghi với yêu cầu tín hiệu, giao thức truyền thông và tiêu chuẩn thiết bị của từng nhà máy.

Solenoid valve phù hợp với nhiệm vụ đóng mở

Đối với van chỉ cần đóng hoặc mở, positioner có thể không cần thiết. Khi đó solenoid valve thường được dùng để điều khiển đường khí cấp cho actuator.

Khi cuộn coil nhận tín hiệu điện, solenoid thay đổi hướng khí nén và làm actuator chuyển trạng thái. Với double acting, khí được phân phối đến các khoang khác nhau để mở hoặc đóng. Với single acting, solenoid thường điều khiển khí theo một chiều còn lò xo thực hiện chuyển động hồi.

SOMAS liệt kê solenoid valve, limit switch và các phụ kiện khí nén khác trong danh mục phụ kiện dành cho hệ thống van tự động.

Actuator lớn hơn chưa chắc là lựa chọn tốt hơn

Khi chọn bộ truyền động khí nén SOMAS, xu hướng chọn actuator thật lớn để “dư lực” không phải lúc nào cũng tối ưu. Mô-men actuator cần được xác định từ loại van, DN, chênh áp lớn nhất, tính chất lưu chất, seat và áp suất khí thực tế tại nhà máy.

Áp suất khí tại compressor có thể cao nhưng đến vị trí van sau hàng chục mét đường ống, regulator và các thiết bị khí nén, áp suất thực tế có thể thấp hơn. Vì vậy việc sizing nên sử dụng áp suất khí tối thiểu bảo đảm tại actuator, không chỉ sử dụng áp suất danh nghĩa của hệ thống khí nén.

Nếu chọn actuator thiếu mô-men, van có thể không đóng kín ở điều kiện ΔP lớn nhất. Ngược lại, actuator quá lớn làm tăng kích thước, lượng khí tiêu thụ và chi phí của cụm thiết bị.

SOMAS Type A làm việc cùng nhiều loại van của hãng

Một trong những lợi thế của Type A là được SOMAS phát triển trực tiếp cho danh mục valve riêng của hãng. Với Ball Segment Valve, actuator có thể kết hợp các dòng KVT, KVTW, KVTF và những phiên bản tương ứng để tạo control valve hoặc on/off valve.

Với Butterfly Valve, actuator được sử dụng cùng các dòng MTV, VSS và nhiều cấu hình wafer, flanged hoặc lugged. Ngoài ra Type A còn được thiết kế cho ball valve SOMAS. SOMAS cho biết chính yêu cầu về mô-men và độ chính xác của ba nhóm van ball, ball segment và butterfly là cơ sở cho việc phát triển dòng actuator này.

Một cụm SOMAS hoàn chỉnh cần được xem như một hệ thống

Khi cần thay thế một bộ truyền động khí nén SOMAS, chỉ đọc model actuator chưa phải lúc nào cũng đủ. Cần kiểm tra thêm model van, kích thước DN, loại seat, chênh áp, áp suất khí cấp, kiểu DA/SC/SO, trạng thái fail-safe, positioner, solenoid valve và limit switch đang sử dụng.

Đặc biệt với control valve, actuator và positioner cần được xem như một cụm. Thay đổi kích thước actuator có thể ảnh hưởng đến lượng khí yêu cầu, tốc độ phản ứng và đặc tính điều khiển.

Với on/off valve, cần xác nhận thời gian đóng mở và trạng thái an toàn khi mất điện hoặc mất khí. SOMAS cũng cho biết các on/off valve của hãng thường sử dụng pneumatic piston actuator dạng single acting hoặc double acting.

Bộ truyền động khí nén SOMAS tạo liên kết giữa tín hiệu và chuyển động của van

Bộ truyền động khí nén SOMAS không đơn thuần là thiết bị dùng khí nén để xoay van 90°. Dòng Type A được phát triển xoay quanh yêu cầu mô-men, độ chính xác và khả năng phản ứng của các loại van công nghiệp SOMAS.

A-DA phù hợp với hệ thống cần điều khiển chủ động theo cả hai chiều; A-SC tạo trạng thái spring-to-close; A-SO tạo trạng thái spring-to-open. Thiết kế hạn chế backlash, seal ma sát thấp, vít chỉnh hành trình và giao diện tiêu chuẩn giúp actuator có thể làm việc trong cả hệ thống điều tiết lẫn đóng ngắt.

Khi kết hợp với positioner, solenoid valve, limit switch và các phụ kiện khí nén, Bộ truyền động khí nén SOMAS trở thành mắt xích trực tiếp chuyển tín hiệu điều khiển thành chuyển động thực tế của van. Vì vậy, lựa chọn actuator đúng mô-men và đúng trạng thái fail-safe là bước quan trọng để toàn bộ cụm van hoạt động ổn định trong dây chuyền tự động.