Trong hệ thống điều khiển công nghiệp (ICS), Actuator (Thiết bị truyền động) là thành phần chấp hành quan trọng nhất, đóng vai trò chuyển đổi tín hiệu điều khiển thành chuyển động cơ học để vận hành các thiết bị như van công nghiệp, băng tải hay cánh tay robot.
Bài viết này Ecozen sẽ đi sâu phân tích kỹ thuật về hai dòng phổ biến nhất: Pneumatic Actuator (Khí nén) và Electric Actuator (Điện).
Actuator là gì?
Actuator (hay còn gọi là thiết bị truyền động, cơ cấu chấp hành) là một loại động cơ dùng để điều khiển hoặc di chuyển một cơ cấu/hệ thống. Nó hoạt động bằng cách chuyển đổi năng lượng đầu vào (Điện, Khí nén, Thủy lực) thành động năng (chuyển động quay hoặc chuyển động tịnh tiến).
Trong lĩnh vực van công nghiệp, Actuator Valve là thuật ngữ chỉ các loại van được tích hợp bộ truyền động để đóng mở tự động thay vì vận hành bằng tay (tay gạt/tay quay). Hệ thống này cho phép điều khiển từ xa thông qua tín hiệu (PLC, DCS) hoặc lập trình đóng mở theo quy trình.
Phân loại Actuator phổ biến hiện nay
Dựa trên nguồn năng lượng vận hành, Actuator được chia thành 2 dòng chính thống trị thị trường:
Pneumatic Actuator (Bộ truyền động khí nén)
Đây là thiết bị sử dụng năng lượng khí nén để tạo ra chuyển động (thường là quay 90 độ đối với van bi / bướm hoặc tịnh tiến đối với van cầu/cổng).
Cấu tạo chính
Một bộ Pneumatic Actuator tiêu chuẩn công nghiệp bao gồm các bộ phận chính:
-
Vỏ bộ truyền động (Housing): Thường làm bằng nhôm đúc nguyên khối hoặc inox, được sơn phủ Epoxy hoặc Anodized để chống ăn mòn trong môi trường hóa chất.
-
Piston & Thanh răng (Rack & Pinion): Cơ cấu bánh răng – thanh răng giúp chuyển đổi chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục van.
-
Lò xo (Springs – đối với loại Single Acting): Hệ thống lò xo nén giúp hồi van về vị trí an toàn khi mất khí.
-
Gioăng làm kín (O-rings/Seals): Thường bằng NBR, FKM hoặc Silicone để đảm bảo khí nén không bị rò rỉ.
-
Trục xuất (Drive Shaft): Kết nối trực tiếp với tán van.
Nguyên lý hoạt động
Khí nén được cấp vào buồng xy-lanh thông qua van điện từ (Solenoid Valve).
-
Chu trình Mở: Khí nén đi vào buồng trong, đẩy hai piston dịch chuyển ra hai bên. Thông qua cơ cấu bánh răng, trục chính giữa sẽ quay ngược chiều kim đồng hồ để mở van.
-
Chu trình Đóng (Tác động kép – Double Acting): Khí nén được cấp vào hai buồng ngoài, đẩy piston ép vào giữa, làm trục quay theo chiều kim đồng hồ để đóng van.
-
Chu trình Đóng (Tác động đơn – Single Acting/Spring Return): Khi ngắt nguồn khí nén, lực đàn hồi của lò xo sẽ tự động đẩy piston ép vào giữa để đóng van (hoặc mở van tùy theo thiết lập thường đóng/thường mở). Đây là cơ chế Fail-safe quan trọng.
Một số sản phẩm truyền động khí nén do Ecozen cung cấp
 |
Van Điều Khiển Khí Nén On-Off Adca PV15G
|
 |
Van điều khiển khí nén Adca Model PV25 On/Off
|
 |
Van bi điều khiển khí nén Genebre Model 5528
|
 |
Van 3 ngã điều khiển bằng khí nén Genebre Model 5040
|
 |
Van bướm điều khiển khí nén Genebre Model 5111
|
 |
Van Điều Khiển Prisma PAW-DN25- PN40
|
Xem thêm:
Van Bi điều khiển khí nén là gì
Electric Actuator (Bộ truyền động điện)
Thiết bị sử dụng động cơ điện để tạo ra mô-men xoắn, thích hợp cho các ứng dụng cần điều khiển chính xác hoặc không có nguồn khí nén.
Cấu tạo chính
-
Động cơ điện (Electric Motor): Có thể là động cơ AC (220V/380V) hoặc DC (24V).
-
Hộp giảm tốc (Gearbox): Hệ thống bánh răng giúp giảm tốc độ quay của motor để tăng mô-men xoắn đầu ra (Torque), giúp đóng mở được các van có áp lực lớn.
-
Bảng mạch điều khiển (Control PCB): Nhận tín hiệu điều khiển (On/Off hoặc 4-20mA) để vận hành motor.
-
Công tắc hành trình (Limit Switches): Ngắt điện khi van đi hết hành trình đóng hoặc mở.
-
Công tắc quá tải (Torque Switches): Tự động ngắt điện khi gặp vật cản hoặc kẹt van để bảo vệ động cơ.
-
Bộ sấy (Heater): Ngăn ngừa sự ngưng tụ hơi nước bên trong board mạch.
-
Tay quay phụ (Manual Override): Dùng để vận hành van bằng tay khi mất điện.
Nguyên lý hoạt động
Khi cấp điện, motor sẽ quay và truyền động lực qua hộp giảm tốc đến trục van.
-
Điều khiển On/Off: Motor chạy hết hành trình (90 độ) rồi dừng lại nhờ công tắc hành trình.
-
Điều khiển Tuyến tính (Modulating): Bộ định vị (Positioner) so sánh tín hiệu đầu vào (ví dụ 12mA tương ứng 50%) với vị trí thực tế của van (qua biến trở Feedback). Nếu chưa đúng vị trí, mạch sẽ cấp điện cho motor quay tiếp đến khi đạt đúng góc mở yêu cầu.
Một số sản phẩm điều khiển điện do Ecozen cung cấp
 |
Van điều khiển điện Adca Model V16/2
|
 |
Van Cầu Điều Khiển Điện ON/OFF ADCA Model EV15
|
 |
Van bướm điều khiển điện Genebre Model 5634 | Chất liệu inox
|
 |
Van bi vi sinh điều khiển bằng điện Genebre Model 5613
|
 |
Van 3 ngã điều khiển bằng điện Genebre Model 5641
|
Xem thêm:
So sánh kỹ thuật: Nên dùng Pneumatic hay Electric Actuator?
Để chọn đúng thiết bị, kỹ sư cần cân nhắc dựa trên 5 yếu tố cốt lõi: Lực, Tốc độ, An toàn, Chi phí và Bảo trì. Dưới đây là bảng so sánh tham chiếu từ kinh nghiệm thực tế của Ecozen:
| Tiêu chí | Pneumatic Actuator (Khí nén) | Electric Actuator (Điện) |
| 1. Nguồn động lực | Khí nén (Cần hệ thống máy nén khí, bộ lọc). | Điện (Cần đường dây cấp nguồn ổn định). |
| 2. Tốc độ đáp ứng | Rất nhanh (Có thể đóng/ngắt tức thì < 1s). Có thể chỉnh tốc độ qua van tiết lưu. | Chậm (Thường từ 10s – 30s tùy chu trình). Do motor cần thời gian quay qua hộp số. |
| 3. Mô-men xoắn (Lực) | Tạo ra lực rất lớn, phù hợp cho các van size lớn hoặc áp suất cao. | Mô-men xoắn phụ thuộc vào công suất motor. Ổn định nhưng thấp hơn khí nén cùng kích thước. |
| 4. Độ chính xác | Khó điều khiển vị trí chính xác nếu không có bộ định vị (Positioner) đắt tiền. | Rất cao. Dễ dàng tích hợp điều khiển tuyến tính chính xác từng độ mở. |
| 5. An toàn cháy nổ | Tuyệt đối an toàn. Không sinh tia lửa điện, không sinh nhiệt. Lý tưởng cho hóa chất, xăng dầu. | Cần lưu ý. Motor sinh nhiệt khi vận hành. Phải dùng loại chuẩn Ex-proof (chống cháy nổ) nếu môi trường nguy hiểm. |
| 6. Sự cố mất nguồn | Có thể tự đóng/mở về vị trí an toàn (với loại Single Acting lò xo). | Thường giữ nguyên vị trí (Fail-freeze). Cần bộ lưu điện (Battery backup) nếu muốn đóng khẩn cấp. |
| 7. Chi phí đầu tư | Thấp hơn (cho từng thiết bị lẻ). | Cao hơn. |
| 8. Bảo trì & Vận hành | Phức tạp hơn (Cần bảo trì máy nén, đường ống, lọc khí, van điện từ…). | Đơn giản hơn (Chỉ cần đấu nối điện là chạy). Ít hỏng hóc vặt. |
Phân tích chuyên sâu về vấn đề sinh nhiệt (Thermal Issue)
Vấn đề nhiều khách hàng thường bỏ qua:
-
Bộ điện: Do sử dụng cuộn dây motor và hộp số, quá trình vận hành liên tục hoặc đóng mở tần suất cao sẽ sinh nhiệt lượng lớn. Cần tính toán chu kỳ hoạt động (Duty cycle) để tránh cháy motor.
-
Bộ khí nén: Quá trình giãn nở khí nén thậm chí còn làm mát thiết bị. Do đó, Pneumatic Actuator hoạt động bền bỉ liên tục mà không lo quá nhiệt, cực kỳ phù hợp cho môi trường yêu cầu an toàn cháy nổ cao.
Các chức năng bảo vệ và An toàn hệ thống
Khi tích hợp Actuator vào hệ thống, các tính năng bảo vệ sau đây là bắt buộc phải quan tâm:
-
Công tắc giới hạn (Limit Switch): Thiết bị báo tín hiệu Feedback về phòng điều khiển (DCS/PLC) để xác nhận van đã đóng hay mở hoàn toàn. Nó cũng giúp ngắt động cơ điện khi van đi hết hành trình.
-
Bảo vệ quá tải (Torque Switch): Đối với van điện, nếu van bị kẹt (do dị vật), mô-men xoắn sẽ tăng đột ngột. Torque switch sẽ tự động ngắt nguồn để bảo vệ động cơ và trục van không bị gãy.
-
Chức năng Fail-safe (An toàn khi lỗi): Như đã phân tích ở phần khí nén, lò xo hồi về là giải pháp an toàn cơ học tin cậy nhất hiện nay để ngắt dòng chảy khẩn cấp khi hệ thống gặp sự cố mất năng lượng.
Ứng dụng thực tế trong công nghiệp
Actuator Valve (Van điều khiển tự động) là trái tim của các hệ thống tự động hóa trong nhiều lĩnh vực:
Nhà máy Xử lý nước thải và Cấp nước
-
Ưu tiên dùng Pneumatic Actuator cho các van bướm size lớn vì chi phí thấp, đóng mở nhanh và chịu được môi trường ẩm ướt.
-
Sử dụng Electric Actuator cho các van cầu điều tiết hơi nóng (Steam) vì cần độ chính xác cao và chịu nhiệt độ môi trường tốt hơn khí nén.
Công nghiệp Hóa chất và Lọc dầu
-
Bắt buộc sử dụng Pneumatic Actuator (hoặc Electric chuẩn Ex-proof) để đảm bảo an toàn cháy nổ (Anti-explosion).
Ngành Thực phẩm và Đồ uống (F&B)
-
Sử dụng Actuator vỏ Inox hoặc sơn phủ Epoxy thực phẩm để đảm bảo vệ sinh. Thường dùng van xiên khí nén hoặc van bướm vi sinh.
-
Sử dụng Electric Actuator để điều tiết nước lạnh (Chilled water) cho các tòa nhà vì vận hành êm ái, không cần máy nén khí ồn ào.
Các câu hỏi thường gặp về kỹ thuật (Q&A)
Dưới đây là tổng hợp các vấn đề kỹ thuật mà khách hàng Ecozen thường thắc mắc:
Actuator điện có bị nóng khi vận hành không?
- Có. Do sử dụng cuộn dây motor và hộp số, Actuator điện sẽ sinh nhiệt trong quá trình vận hành, đặc biệt là khi đóng mở liên tục (chu kỳ Duty Cycle cao). Do đó, cần lưu ý không lắp đặt sát các vật liệu dễ cháy nổ hoặc trong môi trường tản nhiệt kém. Ngược lại, Actuator khí nén không sinh nhiệt, rất mát và an toàn.
Tôi muốn van tự động đóng lại khi mất điện/mất khí thì dùng loại nào?
- Bạn cần dùng loại có chức năng Fail-safe.
-
Với khí nén: Chọn loại Single Acting (Lò xo tự phản hồi).
-
Với điện: Phải chọn loại có tích hợp Bộ lưu điện (Battery Backup) hoặc cơ cấu lò xo (Spring Return Electric – loại này đắt tiền và ít phổ biến hơn).
Chi phí bảo trì loại nào tốn kém hơn?
- Về lâu dài, hệ thống khí nén tốn kém chi phí bảo trì hơn. Mặc dù giá mua Actuator khí nén rẻ, nhưng bạn phải bảo trì cả hệ thống máy nén khí, đường ống, bộ lọc khí, van điện từ… Trong khi đó, Actuator điện thường hoạt động bền bỉ “Install & Forget” (Lắp và quên), chỉ cần nguồn điện ổn định.
Nên chọn Actuator điện hay khí nén cho môi trường ẩm ướt (ngoài trời)?
- Actuator khí nén có ưu thế vượt trội về khả năng chống nước và độ ẩm. Actuator điện nếu không đạt chuẩn IP67/IP68 rất dễ bị hơi ẩm xâm nhập làm hỏng mạch điện. Nếu bắt buộc dùng điện ngoài trời, phải có mái che và bộ sấy (Heater) bên trong.
Actuator có thể chỉnh tốc độ đóng mở được không?
-
Khí nén: Có thể chỉnh dễ dàng bằng cách lắp thêm van tiết lưu (Speed Controller) trên đường khí.
-
Điện: Rất khó chỉnh tốc độ vì phụ thuộc vào tỷ số truyền của hộp số cố định. Một số dòng cao cấp dùng động cơ bước hoặc biến tần mới có thể chỉnh được.
Địa chỉ cung cấp Actuator chính hãng, uy tín
Việc lựa chọn Actuator không chỉ dựa vào giá thành mà phải căn cứ vào Môi trường hoạt động (Cháy nổ/Ẩm ướt), Nguồn năng lượng sẵn có và Yêu cầu điều khiển (On/Off hay Tuyến tính).
Tại Ecozen, chúng tôi cung cấp đầy đủ giải pháp từ các thương hiệu hàng đầu Châu Âu:
-
Genebre (Tây Ban Nha): Van bi/bướm điều khiển điện & khí nén.
-
Prisma (Tây Ban Nha): Bộ truyền động khí nén vỏ nhôm/inox cao cấp.
-
Adca (Bồ Đào Nha): Van điều khiển tuyến tính cho hơi nóng.
Nếu bạn cần tính toán lực (Torque) để chọn model phù hợp, hãy liên hệ ngay với đội ngũ kỹ thuật của chúng tôi.
Một số hình ảnh sản phẩm thực tế do Ecozen cung cấp
