Bộ điều khiển giảm chấn điện: Kiểm soát tự động lưu lượng không khí trong ống dẫn [Hướng dẫn]

Bộ điều khiển điện của cửa điều tiết thực hiện điều chỉnh tự động lưu lượng không khí trong ống thông gió như thế nào?

Trong một ống dẫn thông gió, một bộ điều tiết chỉ trở thành thiết bị tự động điều khiển lưu lượng không khí khi các lưỡi điều tiết, bộ truyền động điện, tín hiệu điều khiển và chiến lược phản hồi hoạt động như một vòng khép kín. Bộ truyền động điện không tự đo lưu lượng không khí. Nó chuyển lệnh từ bộ điều khiển thành chuyển động của các lưỡi điều tiết; thiết kế ống dẫn, cảm biến và quá trình vận hành ban đầu mới quyết định xem chuyển động đó có tạo ra lưu lượng không khí mong muốn hay không. Sự phân biệt này rất quan trọng khi lựa chọn van gió cho hệ thống thông gió công nghiệp, giao diện kiểm soát khói hoặc hệ thống phân phối không khí trong tòa nhà.

Từ góc nhìn kỹ thuật cơ điện công trình, câu hỏi thực tiễn không đơn thuần là “các lưỡi điều tiết có thể mở và đóng được không?”. Mà là liệu loại van gió được chọn có thể duy trì vị trí hữu ích dưới áp lực trong ống dẫn, phản ứng một cách dự đoán được với yêu cầu và có thể xác minh được sau khi lắp đặt. Một bộ truyền động điện phù hợp sẽ mang lại chuyển động lặp lại được cho hệ thống. Một vòng điều khiển được vận hành ban đầu đúng cách sẽ biến chuyển động đó thành việc điều tiết lưu lượng không khí ổn định.

Chuỗi điều khiển cơ bản: tín hiệu, mô-men xoắn, vị trí lưỡi điều tiết, lưu lượng không khí

Việc điều chỉnh tự động bắt đầu ở tầng điều khiển. Một hệ thống quản lý tòa nhà, bộ điều khiển cục bộ, bộ điều nhiệt, bộ điều khiển áp suất hoặc bộ điều khiển lưu lượng không khí tính toán vị trí cần thiết cho van điều tiết. Tùy theo dự án, yêu cầu này có thể là tín hiệu mở/đóng nổi, tín hiệu từng bậc hoặc lệnh điều tiết như 0–10 V, 2–10 V hoặc giá trị mạng. Bộ truyền động điện nhận lệnh đó và xoay trục đầu ra của nó theo một góc xác định.

Trục này dẫn động cơ cấu liên kết van điều tiết, làm quay một cánh hoặc một cụm cánh. Khi diện tích mở hiệu dụng thay đổi, trở lực đi qua đoạn ống dẫn cũng thay đổi. Với cùng điều kiện quạt và ống dẫn, diện tích thông thoáng nhỏ hơn thường hạn chế lưu lượng, trong khi diện tích thông thoáng lớn hơn cho phép lưu lượng tăng lên. Đó là cơ chế vật lý đằng sau việc điều tiết tự động lưu lượng không khí bằng van gió .

Tuy nhiên, góc nghiêng của cánh quạt không giống với lưu lượng không khí. Lưu lượng thực tế phụ thuộc vào áp suất tĩnh phía thượng lưu, trở kháng phía hạ lưu, chế độ vận hành của quạt, hình học ống dẫn, thiết kế cánh quạt, rò rỉ và sự tương tác với các nhánh khác. Nếu một nhánh bị thiếu lưu lượng do quạt không duy trì đủ áp suất, việc điều khiển cụm điều tiết mở hoàn toàn (100%) sẽ không tạo ra lưu lượng không khí theo thiết kế. Nói cách khác, bộ chấp hành điều khiển vị trí; còn hệ thống điều khiển lưu lượng không khí thông qua mối quan hệ giữa vị trí và điều kiện thực tế trong ống dẫn.

Đóng góp của bộ chấp hành điện

Độ lặp lại định vị

Hiệu chỉnh thủ công hữu ích trong quá trình cân bằng, nhưng không thể phản ứng với sự thay đổi về mật độ người sử dụng, tải quy trình hoặc điều kiện áp suất. Một bộ chấp hành điều tiết có thể di chuyển đến các vị trí trung gian lặp đi lặp lại, cho phép bộ điều khiển tinh chỉnh lưu lượng không khí thay vì chỉ sử dụng trạng thái mở hoàn toàn hoặc đóng hoàn toàn. Phương pháp này đặc biệt hữu ích tại các vùng cần tỷ lệ cấp hoặc hút không khí khác nhau vào những thời điểm khác nhau.

Mô-men xoắn đủ để vận hành cụm điều tiết đã lắp đặt

Một bộ truyền động phải vượt qua lực ma sát của cánh điều tiết, các gioăng kín, lực cản của cơ cấu liên kết và các lực áp suất tác động lên cánh điều tiết. Do đó, việc chọn mô-men xoắn cần dựa trên kích thước van điều tiết, cách bố trí cánh điều tiết, loại gioăng kín, hướng lắp đặt và chênh lệch áp suất dự kiến. Chỉ chọn theo kích thước ống dẫn có thể gây hiểu nhầm. Nếu mô-men xoắn sẵn có ở mức giới hạn, vị trí hiển thị có thể không phản ánh đúng vị trí cánh điều tiết mà nhà thiết kế mong muốn.

Phản hồi vị trí và khả năng phát hiện sự cố

Nhiều cấu hình bộ truyền động cung cấp công tắc phụ, chỉ thị cơ học hoặc phản hồi vị trí điện tử. Phản hồi vị trí cho phép bộ điều khiển so sánh vị trí yêu cầu với vị trí báo về và cảnh báo khả năng xảy ra sự cố liên quan đến cơ cấu liên kết, bộ truyền động, dây nối hoặc vật cản. Tính năng này hữu ích cho bảo trì, nhưng vẫn chưa chứng minh được lưu lượng không khí thực tế. Đối với điều khiển lưu lượng quan trọng, cần sử dụng thêm chiến lược đo lưu lượng không khí, áp suất hoặc đơn vị đầu cuối phù hợp.

Cách điều khiển lưu lượng không khí theo vòng kín hoạt động

Có một số cách thực tế để sử dụng bộ điều khiển điện van gió . Phương pháp phù hợp phụ thuộc vào mức độ chính xác và tốc độ phản hồi mà ứng dụng yêu cầu.

Điều khiển theo lịch trình hoặc theo sự hiện diện: bộ điều khiển mở hoặc đóng van điều tiết vùng khi phòng được sử dụng hoặc quy trình đang hoạt động. Đây là phương pháp tự động, nhưng thường là điều khiển vị trí thay vì điều khiển lưu lượng không khí đo được.
Điều khiển dựa trên nhiệt độ: vòng điều khiển nhiệt độ phòng hoặc nhiệt độ không khí cấp thay đổi vị trí cánh hướng để tăng hoặc giảm lưu lượng không khí cung cấp. Kết quả về lưu lượng không khí là gián tiếp, và hiệu suất cần được kiểm chứng dưới các điều kiện tải tiêu biểu.
Điều khiển áp suất tĩnh trong ống dẫn: cảm biến áp suất thông tin cho bộ điều khiển để điều tiết một hoặc nhiều van điều tiết nhằm duy trì mục tiêu áp suất. Cách tiếp cận này có thể giúp quản lý nhu cầu thay đổi ở các nhánh, miễn là chiến lược điều khiển quạt được phối hợp đồng bộ.
Điều khiển dựa trên lưu lượng không khí đo được: một cảm biến lưu lượng khí hoặc thiết bị đầu cuối đã hiệu chuẩn cung cấp giá trị lưu lượng thực tế. Bộ điều khiển so sánh lưu lượng đo được với giá trị đặt trước và điều chỉnh bộ chấp hành cho đến khi sai số được giảm thiểu. Đây là cách rõ ràng nhất khi một nhánh cần duy trì thể tích không khí xác định.

Trong vòng điều khiển phản hồi, bộ điều khiển lặp lại việc tính toán chênh lệch giữa giá trị đặt trước và giá trị đo được. Sau đó, nó ra lệnh cho bộ chấp hành di chuyển tới vị trí mới, chờ hệ thống ống dẫn phản ứng, rồi đánh giá phép đo tiếp theo. Việc hiệu chỉnh thông số điều khiển rất quan trọng ở đây. Một vòng điều khiển quá mạnh có thể gây dao động xung quanh giá trị đặt trước; một vòng điều khiển quá chậm có thể khiến vùng kiểm soát bị thông gió thiếu hoặc thừa trong thời gian quá dài.

Trình tự vận hành thực tế cho các van điều tiết ống thông gió

Xác định đại lượng được điều chỉnh. Quyết định xem dự án có yêu cầu chỉ cách ly đơn giản, điều khiển vị trí, điều khiển áp suất tĩnh hay điều khiển thể tích không khí được xác minh. Quyết định này xác định liệu việc cảm biến lưu lượng khí có cần thiết hay không.
Chọn kiểu cấu tạo của van điều tiết. Chọn loại lưỡi điều tiết, khung, gioăng kín, hiệu suất chống rò rỉ và áp suất làm việc cho nhiệm vụ ống dẫn. Không được coi một van chặn cháy hoặc khói như một thiết bị điều khiển lưu lượng đa năng trừ khi chế độ vận hành dự kiến và yêu cầu dự án cho phép sử dụng như vậy.
Chọn kích thước bộ truyền động. Xác nhận mô-men xoắn cần thiết ở áp suất dự kiến và xem xét hình học của cơ cấu liên kết. Xác nhận nguồn cấp điện, tín hiệu điều khiển đầu vào, yêu cầu an toàn khi mất điện, thời gian vận hành và các tùy chọn phản hồi tương thích.
Lắp đặt sao cho dễ bảo trì. Đảm bảo có lối tiếp cận đến bộ truyền động, cơ cấu liên kết, điểm kiểm tra và cảm biến. Một bộ phận được chọn đúng kích thước sẽ rất khó bảo trì nếu bị chôn vùi phía trên trần hoặc sau hệ thống ống dẫn không thể tiếp cận.
Hiệu chỉnh trong điều kiện đo thực tế. Kiểm tra hành trình lưỡi điều tiết, xác minh chiều quay, kiểm tra điểm dừng cuối và tín hiệu phản hồi, đo lưu lượng không khí hoặc áp suất, đồng thời ghi lại mối quan hệ giữa lệnh điều khiển, vị trí lưỡi điều tiết và phản ứng của hệ thống.
Phối hợp với quạt. Hành vi lưu lượng không khí thay đổi tại các nhánh ảnh hưởng đến áp suất trong ống dẫn. Cần xem xét đồng thời việc điều khiển tốc độ quạt, giới hạn lưu lượng không khí tối thiểu và trình tự vận hành cửa chập.

Những nguyên nhân phổ biến khiến điều khiển tự động không đạt kỳ vọng

Một sai lầm thường gặp là giả định rằng lệnh điều khiển bộ chấp hành ở mức 50% sẽ cung cấp 50% lưu lượng không khí thiết kế. Trong thực tế trên ống dẫn, mối quan hệ này hiếm khi tuyến tính. Hình dạng cánh và phân bố áp suất có thể khiến một chuyển động nhỏ gần một đầu hành trình có tác động mạnh hơn cùng chuyển động đó ở vị trí khác. Dữ liệu hiệu chỉnh hoặc thiết bị điều khiển đã được hiệu chuẩn đáng tin cậy hơn so với giả định về mối quan hệ tuyến tính.

Vấn đề khác là vị trí lắp cảm biến không phù hợp. Cảm biến áp suất hoặc lưu lượng không khí đặt tại vị trí có nhiễu loạn dòng chảy, khuỷu ống, đoạn chuyển tiếp hoặc gần nhánh ống có thể gây ra điều khiển không ổn định. Nếu điều kiện trong ống dẫn của bạn thay đổi đáng kể, quy tắc thông thường có thể không còn hiệu lực; hãy đo các điều kiện tiêu biểu trước khi xác định cuối cùng trình tự điều khiển.

Cuối cùng, các chi tiết cơ khí rất quan trọng. Liên kết lỏng lẻo, hướng lưỡi gà không đúng, mô-men xoắn bộ truyền động không đủ, các đường rò rỉ chưa được bịt kín hoặc tín hiệu phản hồi bị lỗi đều có thể khiến van gió vấn đề trông giống như một sự cố điều khiển trong khi nguyên nhân gốc lại nằm ở yếu tố cơ khí. Hãy bắt đầu chẩn đoán sự cố bằng cách xác nhận hành trình tự do của lưỡi gà và vị trí thực tế của lưỡi gà, sau đó kiểm tra tín hiệu và phản ứng thực tế của hệ thống.

Lựa chọn phạm vi điều khiển phù hợp

Đối với nhiều dự án, một bộ truyền động điện cơ bản trên van gió đủ để lập lịch tự động hoặc cách ly vùng. Đối với nhánh thoát khí quy trình, khu vực phòng thí nghiệm hoặc vùng có mục tiêu thông gió xác định, hãy xem xét sử dụng vòng điều khiển lưu lượng đo được và kế hoạch vận hành – nghiệm thu ngay từ giai đoạn đầu. Việc lựa chọn thành phần cần tuân theo mục tiêu vận hành, chứ không phải ngược lại.

Hongpeng cung cấp thiết bị thông gió và giải pháp van điều tiết cho các ứng dụng công nghiệp và tòa nhà. Khi thảo luận về một dự án, hãy cung cấp kích thước ống dẫn, mục tiêu lưu lượng không khí, điều kiện áp suất, tín hiệu điều khiển, nguồn điện, yêu cầu an toàn khi mất điện và bất kỳ yêu cầu giao diện chống cháy/chống khói nào. Những chi tiết đó giúp đánh giá xem bố trí van điều tiết và bộ truyền động có phù hợp với nhiệm vụ điều khiển hay không.

Danh sách kiểm tra điều khiển và bảo trì cho van điều tiết

Đối với dịch vụ tự động, ghi lại số thẻ nhận dạng cho từng van gió bộ lắp ráp, mô-men xoắn và hành trình của bộ truyền động, dải tín hiệu, vị trí an toàn khi mất điện và lưu lượng không khí đo được. Kiểm tra van gió độ di chuyển tự do trước khi cấp điện cho bộ truyền động. Xác minh rằng các bộ lân cận van gió không tạo ra xung đột áp suất. Trong quá trình bảo trì, so sánh lệnh điều khiển, tín hiệu phản hồi và lưu lượng không khí; kiểm tra này mang tính thông tin cao hơn việc chỉ quan sát van gió riêng lẻ. Tại những nơi nhiều van gió chia chung một quạt, hãy thay đổi thứ tự theo từng bước và ghi lại phản ứng áp suất. Làm sạch các khớp nối và xác nhận rằng van gió trở về vị trí an toàn đã định sau khi thực hiện kiểm tra mất điện, nếu yêu cầu. Kiểm tra van gió ở mức tối thiểu, ở giữa hành trình và ở mức lệnh tối đa. So sánh van gió ở cùng mức lệnh sau khi thay đổi bảo trì. Gắn nhãn van gió rõ ràng tại điểm tiếp cận. Kiểm tra lại van gió sau khi thay đổi tốc độ quạt. Theo dõi xu hướng van gió phản hồi trong quá trình vận hành bình thường. Giữ van gió dễ tiếp cận để kiểm tra. Các hồ sơ này giúp phân biệt vấn đề của bộ điều khiển (actuator) với vấn đề của cảm biến, quạt hoặc ống dẫn.

Kết luận

Các bộ điều khiển điện cho phép van gió điều tiết tự động lưu lượng không khí thông gió bằng cách chuyển đổi lệnh điều khiển thành chuyển động cánh điều tiết có thể lặp lại. Việc điều tiết lưu lượng không khí đáng tin cậy bắt nguồn từ toàn bộ hệ thống: van điều tiết và bộ điều khiển được chọn đúng, tín hiệu điều khiển phù hợp với ứng dụng, phản hồi hữu ích và hiệu chỉnh tại hiện trường dựa trên lưu lượng không khí hoặc áp suất đo được. Xem xét các yếu tố này như một bài toán thiết kế tổng thể sẽ giúp tránh khoảng chênh lệch giữa vị trí lệnh và hiệu suất thông gió thực tế.