Van tuyến tính 0–10 V vs 4–20 mA: Loại nào tốt hơn cho hệ thống điều khiển?

Van tuyến tính 0–10 V vs 4–20 mA — Nên dùng loại nào?

1. Giới thiệu

Trong các hệ thống điều khiển van tuyến tính (control valve), hai tín hiệu phổ biến nhất là:

• Tín hiệu điện áp: 0–10 VDC
• Tín hiệu dòng: 4–20 mA

Cả hai loại đều dùng để điều khiển positioner hoặc actuator của van tuyến tính, giúp van mở theo phần trăm 0–100%. Tuy nhiên, mỗi tín hiệu có đặc điểm kỹ thuật rất khác nhau. Lựa chọn sai có thể dẫn đến:

• Van dao động (hunting)
• Điều khiển không chính xác
• Tín hiệu bị nhiễu, lệch hành trình
• Van đóng/mở sai vị trí thực
• Tăng chi phí bảo trì

Trước khi so sánh tín hiệu điều khiển 0-10 V và 4-20 mA, bạn cần hiểu rõ van tuyến tính là gì, cấu tạo và nguyên lý hoạt động để lựa chọn giải pháp phù hợp cho hệ thống điều khiển công nghiệp

Bài viết dưới đây phân tích chi tiết 0–10 V và 4–20 mA để bạn chọn đúng cho hệ thống hơi – dầu – nước – khí nén.

Infographic tổng hợp sự khác biệt giữa tín hiệu 0–10 V và 4–20 mA khi điều khiển van tuyến tính.

2. Van tuyến tính tín hiệu 0–10 V là gì?

Van tuyến tính tín hiệu 0–10 V là loại van điều khiển dùng điện áp một chiều (DC) trong khoảng 0 đến 10 volt để thay đổi mức độ mở của van theo dạng tuyến tính. Nghĩa là:

• Điện áp thấp (0–2 V) → van đóng hoặc gần đóng
• Điện áp trung bình (5 V) → van mở khoảng 50%
• Điện áp cao (10 V) → van mở hoàn toàn

Cấu tạo chi tiết của van tuyến tính gồm thân van, trục truyền động và bộ truyền động khí nén – điện

Cách hoạt động của van tuyến tính 0–10 V

Khi bộ điều khiển (PLC, DDC, BMS, controller HVAC…) phát ra tín hiệu điện áp, actuator sẽ chuyển đổi tín hiệu đó thành chuyển động cơ học có độ chính xác cao.
Tín hiệu điện áp thay đổi → vị trí tuyến tính của van thay đổi tương ứng → lưu lượng, áp suất, nhiệt độ được kiểm soát mượt và ổn định.

Đặc điểm kỹ thuật nổi bật

• Độ phân giải tín hiệu cao → điều khiển mượt hơn tín hiệu on/off.
• Phù hợp hệ thống HVAC, AHU, FCU, chiller, nước lạnh, hơi nhẹ, khí nén áp thấp.
• Nhạy với nhiễu điện áp, nhiễu dây tín hiệu.
• Khoảng cách truyền dẫn ngắn (thường < 200 m).
• Tín hiệu ra phụ thuộc nguồn reference của controller → dễ bị sai lệch nếu nguồn không ổn định.

Khi nào nên dùng van tuyến tính 0–10 V?

• Hệ thống yêu cầu phản hồi nhanh.
• Khoảng cách dây ngắn.
• Tủ điều khiển chỉ hỗ trợ 0–10 V, không hỗ trợ analog dòng.
• Ứng dụng HVAC, điều khiển gió – nước lạnh – nước nóng.
•  

Tín hiệu điện áp 0–10 V điều khiển độ mở van tuyến tính, phù hợp hệ thống wiring ngắn

3. Tổng quan hai loại tín hiệu điều khiển

Tín hiệu 0–10 V

• Là tín hiệu điện áp tuyến tính từ 0 đến 10 Volt.
• Được dùng phổ biến trong HVAC, quạt gió, bơm nhỏ, các hệ thống building automation.

Tín hiệu 4–20 mA

• Là tín hiệu dòng điện tuyến tính từ 4 đến 20 mA.
• Sử dụng phổ biến trong nhà máy công nghiệp: hơi, dầu, hóa chất, xử lý nước, thực phẩm.

Sơ đồ nguyên lý tín hiệu dòng 4–20 mA truyền về van tuyến tính, đảm bảo chống nhiễu và độ chính xác cao

4. So sánh nhanh: 0–10 V vs 4–20 mA

Biểu đồ so sánh độ ổn định giữa tín hiệu 0–10 V và 4–20 mA trong điều khiển van tuyến tính

Dù sử dụng tín hiệu 0-10 V hay 4-20 mA bản chất của van tuyến tính vẫn là điều khiển tuyến tính theo hành trình, như đã phân tích chi tiết trong bài Phân loại van tuyến tính theo nguyên lý điều khiển.

5. Phân tích chi tiết theo từng yếu tố kỹ thuật

✓ 5.1. Khả năng chống nhiễu (EMI, RFI)

• 0–10 V dễ bị nhiễu do điện áp rất nhạy với biến thiên điện từ.
• 4–20 mA gần như miễn nhiễu vì là tín hiệu dòng, không phụ thuộc vào sụt áp.

➡Trong nhà máy hơi, khu vực có motor công suất lớn, biến tần – nên chọn 4–20 mA.

✓ 5.2. Khoảng cách truyền tín hiệu

• 0–10 V: nếu dây dài → sụt áp → tín hiệu lệch → van mở sai hành trình.
• 4–20 mA: truyền xa hàng trăm mét mà tín hiệu vẫn giữ nguyên độ chính xác.

➡ Van tuyến tính trong đường ống chạy dài → bắt buộc dùng 4–20 mA.

✓ 5.3. Phát hiện lỗi hệ thống

• 0–10 V:
  Nếu dây đứt → bạn không biết → van đứng im hoặc về 0% mà không báo lỗi.
• 4–20 mA:
  Nếu dây đứt → tín hiệu = 0 mA → hệ thống báo lỗi ngay → dễ xử lý.

➡ 4–20 mA = tiêu chuẩn an toàn trong công nghiệp.

✓ 5.4. Hiệu suất điều khiển PID

Trong điều khiển PID của van tuyến tính, sự ổn định tín hiệu là rất quan trọng.

• 0–10 V: nhiễu → PID dễ dao động → gây “hunting”
• 4–20 mA: tín hiệu mượt → PID ổn định → van chạy êm

➡ 4–20 mA luôn tối ưu hơn cho steam/dầu/nước nóng.

✓ 5.5. Tương thích với PLC / DCS

Hầu hết các nhà máy đều chuẩn hóa:

• Input Analog: 4–20 mA
• Output Analog: 4–20 mA

0–10 V chỉ xuất hiện trên một số hệ thống building hoặc BMS.

6. Khi nào nên dùng tín hiệu 0–10 V?

Bạn chỉ nên chọn 0–10 V nếu:

• Hệ thống quy mô nhỏ
• Dây tín hiệu ngắn (< 30 m)
• Môi trường ít nhiễu điện từ
• Chi phí dự án thấp
• Không yêu cầu độ chính xác cao
• Van điều khiển trong HVAC (giảm nhiệt – tăng gió)

7. Khi nào nên dùng 4–20 mA?

Đây là chuẩn công nghiệp và phù hợp nhất khi:

• Dây kéo xa → 50–100–300 m
• Môi trường nhiều motor, biến tần → nhiễu lớn
• Điều khiển hơi bão hòa / nước nóng / dầu truyền nhiệt
• Yêu cầu chính xác cao
• Cần phát hiện lỗi dây tức thì
• Van tuyến tính cần vận hành ổn định liên tục

Van tuyến tính dùng trong hệ thống hơi – khí – nước của nhà máy, điều khiển bằng 0–10 V hoặc 4–20 mA

Nếu bạn cần cái nhìn tổng quan từ nguyên lý-phân loại-bảng giá-ứng dụng hãy xem bài : 

Van tuyến tính là gì? Bảng giá và phân loại chi tiết

8. Kết luận: Nên chọn loại nào?

➡Kết luận chung:
4–20 mA gần như luôn là lựa chọn tốt nhất cho nhà máy công nghiệp.

9. Giới thiệu Phát Đạt Company – Nhà cung cấp van tuyến tính cho hệ thống hơi – dầu – nước

Phát Đạt Company cung cấp:

• Van tuyến tính CONFLOW, SAMSON, ARI, RTK, BEALZ, KFM, ADCA,AUTOMA, ENDRESS HAUSER...
• Van tuyến tính điện / khí nén
• Positioner – Actuator – phụ kiện lắp đặt
• Tư vấn chọn van theo Cv – lưu lượng – áp suất – nhiệt độ
• Hỗ trợ kỹ thuật & hướng dẫn lắp đặt trực tiếp tại nhà máy

Cảm ơn các bạn đã dành thời gian đọc bài viết này.

Xem thêm

Đồng hồ đo áp suất thủy lực.

G