ĐỒ ÁN ,Khoa điện tử viễn thông, cơ khí tự động hóa

Trường Đại Học Quốc Tế Hồng Bàng Khoa Điện Tử Viễn Thông & Cơ Khí Tự Động Hóa

CHƯƠNG 1

CƠ SỠ LÝ THUYẾT VÀ HỆ THỐNG TRAO ĐỔI NHIỆT

1.1.Tổng quan về hệ thống trao đổi nhiệt

1.1. 1.Định nghĩa

Thiết bị trao đổi nhiệt là thiết bị trong đó thực hiện sự trao đổi nhiệt giữa chất

cần gia công với chất mang nhiệt hoặc lạnh . Chất mang nhiệt hoặc lạnh được gọi

chung là môi chất có nhiệt độ cao hoặc thấp hơn nhiệt độ chất gia công, dùng để

nung nóng hoặc làm nguội chất gia công đi.

1.1. 2. phân loại

1.1.2.1 Phân loại theo nguyên lý làm việc của thiết bị trao đổi nhiệt

Thiết bị trao đổi nhiệt tiếp xúc

Thiết bị trao đổi nhiệt hồi nhiệt

Thiết bị trao đổi nhiệt vách ngăn

Thiết bị trao đổi nhiệt theo kiểu ống nhiệt

1.1.2.2 Phân loại thiết bị trao đổi nhiệt theo sơ đồ chuyển động chất lỏng, với

loại thiết bị trao đổi nhiệt có vách ngăn

Sơ đồ song song cùng chiều.

Sơ đồ song song ngược chiều.

Sơ đồ song song đổi chiều

Sơ đồ giao nhau 1 lần.

Sơ đồ giao nhau nhiều lần.

SVTH:Nguyễn Bá Đại-Diệp Minh Sơn Lâm-Thạch Ngọc Chiến Trang 1


a) Song song. b) Ngươc chiêu

c) Cắt nhau d) Hỗn hơp

H1: Sơ đồ các dạng chuyển động của chất lỏng trong thiết bị trao đổi nhiệt

1.1.2.3 Phân loại thiết bị trao đổi nhiệt theo thời gian

Thiết bị làm việc liên tục.

Thiết bị làm việc theo chu kỳ.

1.1.2.4 Phân loại thiết bị trao đổi nhiệt theo công dụng

Thiết bị gia nhiệt dùng để gia nhiệt cho sản phẩm.

Thiết bị làm mát dùng để làm nguội sản phẩm đến nhiệt độ môi trường.

Thiết bị làm lạnh để hạ nhiệt độ sản phẩm đến nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ môi

trường.

1.1.3.Thiết bị trao đổi nhiệt dạng vách ngăn

1.1.3.1 phân loại

Loại ghép hoàn toàn :



H2:Thiết bị trao đổi nhiệt loại ghép hoàn toàn

Loại hàn

H3: Thiết bị trao đổi nhiệt loại hàn



1.1.3.2.Các thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống

Dạng ống lồng đơn: gồm 2 ống đồng trực.

Dạng ống lồng xuyên : gồm 3 ống đồng trực.

Dạng ống chum : gồm 1 bó ống đặt trong 1 ống rỗng.

H4:Dạng ống trao đổi nhiệt



1.1. 4.Sơ đồ hệ thống trao đổi nhiệt dạng vách ngăn ống lồng ống

Bể chứa Dung chấtNống

Lưu chất làm lạnh

Lưu chất nống

Vách ngăn trao đổi nhiệt

H5:Sơ đồ hệ thống trao đổi nhiệt dạng ống lòng ống

1.2.Các khối cơ bản trong điều khiển trao đổi nhiệt

H6:Sơ đồ khối hệ thống trao đổi nhiệt


Bể chứa dung chất làm lạnh

Cảm biến nhiệt độ

Hệ thống trao đổi nhiệt

PLC-HMI

Máy tính và Chương trình điều

khiển

Hệ thống chấp hành


Khối cảm biến nhiệt độ

Khối điều khiển PLC-HMI

Khối chấp hành điều khiển

Khối trao đổi nhiệt

CHƯƠNG 2



MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

CHO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ SỬ DỤNG

PLC-HMI

2.1. Các phương pháp điều khiển

2.1.1. Điều khiển On-Off

Đây là loại điều khiển tương đối đơn giản nhất, được dùng trong các loại sản

phẩm phục vụ cho gia đình như máy điều hoà nhiệt độ, lò nhiệt, …

H7:Dao động nhiệt khi điều khiển on – off

2.1.2.Điều khiển bằng khâu vi tích phân tỷ lệ PID



H8: Sơ đồ khối bộ điều khiển PID

khâu tỷ lệ

Khi P tăng, sự đáp ứng quá độ nhanh hơn nhưng ngược lại, hệ thống có nhiệt

độ nằm dưới mức nhiệt độ điều khiển và không ổn định.

khâu vi phân tỷ lệ PD

Khâu vi phân có thể hiệu chỉnh khả năng đáp ứng sự thay đổi tại nhiệt độ đặt,

đó là giảm độ vọt lố , đáp ứng ra bớt nhấp nhô hơn

khâu vi tích phân tỷ lệ PID

Khâu hiệu chỉnh vi tích phân tỉ lệ( PID ) kết hợp những ưu điểm của khâu PI

và PD, có khả năng tăng độ dự trử pha ở tần số cắt, khử chậm pha.



H9:Dao động nhiệt khi hiệu chỉnh PID

2.1.4. PID trong hệ thống điều khiển lưu lượng ổn mức nhiệt

Thuật toán hiệu chỉnh PID

Hàm truyền liên tục PID có dạng:

H(s)= (1)

Trong đó u:ngõ ra,e ngõ vào của bộ hiệu chỉnh

Thuật toán PID có thể nhận được khi sai phân hàm truyền trên,tương ứng

phương trình vi tích phân sau:

Kp*e(t)+Ki +Kd* =u(t)*K (2)

Gián đoạn hoá:



Khâu vi phân(dùng định nghĩa sai phân):

Kd* = *(e[n]-e[n-1]) (3)

Khâu tích phân(theo nguyên tắc hình thang):

= (4)

với e(0)=0

suy ra

u[n]*K=Kp*e[n]+ (5)

với e(0)=0

thay[n] bằng [n-1] và trừ vào phương trình trên nhận được công thức cho phép

chúng ta tính u[n] từ u[n-1] và các giá trị liên tiếp của e[n] như sau:

u[n]-u[n-1]=( A *e[n]+A *e[n-1]+A *e[n-2] )/K

u[n]=u[n-1]+( A *e[n]+A *e[n-1]+A *e[n-2] )/K (6)

với A =Kp+ +

A = -Kp -

A =

Trong đó T là chu kỳ lấy mẫu

Lưu đồ giải thuật cho PID trong hệ thống điều khiển


Điều khiển PID

Nhập các giá trị Kp,Ki,Kd


sai

sai

sai

U max= A(0)*e(0) H10:Lưu đồ giải thuật PID

2.2. Điều khiển dùngPLC và HMI 2.2.1.Tổng quan về hệ điều khiển sử dụng PLC-HMI


Tính A =Kp+ +

A = -Kp -

A =

Gán sai số ban đầu: e(-2)*e(-1)=0,u(-1)=0

Tính sai số: e(0)=nhiệt độ đặt – nhiệt độ hiện tại

Tính u=A0*e(0)+A1*e(-1)+A2*e(-2)+u(-1)

U>0U<0

U<Umax

Gán U= 0

Gán U=umax

Xuất tính hiệu mức cao Xuất tính hiệu mức thấp

Gán lại e(-2)=e(-1);e(-1)=e(0);u(-1)=u

end


Trong kỹ thuật tự động, các bộ điều khiển chia làm 2 loại:

Điều khiển nối cứng.

Điều khiển logic khả trình.

Một hệ thống điều khiển bất kỳ được tạo thành từ các thành phần sau:

Khối vào.

Khối xử lý-điều khiển.

Khối ra.

Khối vào:

Khối có nhiệm vụ chuyển đổi các đại lượng vật lý thành các tín hiệu điện, các

bộ chuyển đổi có thể là: nút nhấn, cảm biến …và tùy theo bộ chuyển đổi mà tín hiệu

ra khỏi khối vào có thể ON/OFF hoặc dạng liên tục(analog).

Khối xử lý:

Khối có nhiệm vụ xử lý thông tin từ khối vào để tạo những tín hiệu ra đáp ứng

yêu cầu điều khiển.

Khối ra:

Tín hiệu ra là kết quả của quá trình xử lý của hệ thống điều khiển. Các tín hiệu

này được sử dụng tạo ra những hoạt động đáp ứng cho các thiết bị ở ngõ ra. Các ngõ

ra là: động cơ điện, xy lanh, solenoid, van, role…

2.2.1.1.Cấu trúc của PLC

PLC là một thiết bị cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển số thông qua

một ngôn nhữ lập trình. Toàn bộ chương trình điều khiển được lưu nhớ trong bộ nhớ

của PLC. Điều này có thể nói PLC giống như một máy tính, nghĩa là có bộ vi xử lý,

một bộ điều hành, bộ nhớ để lưu chương trình điều khiền, dữ liệu và các cổng ra vào

để giao tiếp với các đối tượng điều khiển…

Như vậy có thể thấy cấu trúc cơ bản của một PLC bao giờ cũng gồm các thành

phần cơ bản sau :



Mô đun nguồn

Mô đun xử lý tín hiệu

Mô đun vào

Mô đun ra

Mô đun nhớ

Thiết bị lập trình

Sơ đồ của một bộ PLC cơ bản được biểu diễn ở hình bên dưới. Ngoài các mô đun

chính này, các PLC còn có các mô đun phụ trợ như mô đun kết nối mạng, mô đun

truyền thông, mô đun ghép nối các mô đun chức năng để xử lý tín hiệu như mô đun

kết nối với các can nhiệt, mô đun điều khiển động cơ bước, mô đun kết nối với

encoder, mô đun đếm xung vào…

H11:Các thành phần cơ bản của một PLC



H11.1:Cấu trúc của một PLC

Trạng thái ngõ vào của PLC được phát hiện và lưu vào bộ nhớ đệm,(bộ nhớ

trong PLC gồm các loại sau: ROM, EPROM, EEOROM PLC ) thực hiện các lệnh

logic trên các trạng thái của chúng và thông qua chương trình trạng thái, ngõ ra được

cập nhật và lưu vào bộ nhớ đệm. Sau đó, trạng thái ngõ ra trong bộ nhớ đệm được

dùng để đóng/mở các tiếp điểm kích hoạt các thiết bị tương ứng. Như vậy, sự hoạt

động của các thiết bị được điều khiển hoàn toàn tự động theo chương trình trong bộ

nhớ. Chương trình được nạp vào PLC thông qua thiết bị lập trình chuyên dụng.



2.2.1.2.Hoạt động của một PLC

H11.2:Hoạt động của một PLC

Bộ vi xử lý sẽ lần lượt quét các trạng thái của đầu vào và các thiết bị phụ trợ,

thực hiện logic điều khiển được đặt ra bởi chương trình ứng dụng, thực hiện các tính

toán và điều khiển các đầu ra tương ứng của PLC. Các PLC thế hệ cuối cho phép

thực hiện các phép tính số học và các phép tính logic, bộ nhớ lớn hơn, tốc độ xử lý

cao hơn và có trang bị giao diện với máy tính, với mạng nội bộ.v.v.



Bộ vi xử lý điều khiển chu kỳ làm việc của chương trình. Chu kỳ này được gọi

là chu kỳ quét của PLC, tức là khoảng thời gian thực hiện xong một vòng các lệnh

của chương trình điều khiển. Chu kỳ quét được minh họa ở hình sau :

H11.3:Chu kỳ quét của PLC

Khi thực hiện quét các đầu vào, PLC kiểm tra tín hiệu từ các thiết bị vào như

công tấc, cảm biến,…Trạng thái của tín hiệu vào được lưu tạm thời váo một mảng

nhớ. Trong thời gian quét chương trình, bộ xử lý quét lần lượt các lệnh của chương

trình điều khiển, sử dụng các trạng thái của tín hiệu vào trong mảng nhớ để xác định

các đầu ra đáp ứng hay không. Kết quả là các trạng thái của đầu ra được ghi vào

mảng nhớ, PLC sẽ cấp hoặc ngắt điện cho các mạch ra để điều khiển các thiết bị

ngoại vi. Chu kỳ quét của PLC có thể kéo dài từ 1 đến 25 mili giây. Thời gian quét

đầu vào và đầu ra thường ngắn so với chu kỳ quét của PLC.



2.2.2. Tìm hiểu về HMI

2.2.2.1.Khái niệm

HMI là viết tắt của Human-Machine-Interface, có nghĩa là thiết bị giao tiếp giữa

người thi hành, thiết kế và máy móc.

Biểu thị dữ liệu cho người vận hành và cho phép nhập lệnh điều khiển qua nhiều

dạng: hình ảnh, sơ đồ, cửa sổ, menu, màn hình cảm ứng …

HMI có thể là màn hình GOT(Graphic Operation Terminal) của Mitsubishi, màn

hình NT của Omron, hoặc một PC chạy phần mềm SoftGOT của Mitsubishi…

Nói một cách chính xác, bất cứ cách nào mà con người “giao diện” với một máy

móc thì đó là một HMI, hệ thống số điều khiển trên máy giặt, bảng hướng dẫn lựa

chọn phần mềm hoạt động từ xa trên TV đều là HMI.

2.2.2.2.Các thiết bị HMI truyền thống

2.2.2.2.1. Thành phần HMI truyền thống

Thiết bị nhập thông tin: công tắc chuyển mạch, nút bấm…

Thiết bị xuất thông tin: đèn báo, còi, đồng hồ đo…



H12:HMI truyền thống

2.2.2.2.2. Nhược điểm của HMI truyền thống

Thông tin không đầy đủ.

Thông tin không chính xác.

Khả năng lưu trữ thông tin hạn chế.

Độ tin cậy và ổn định thấp.

Đối với hệ thống rộng và phức tạp: độ phức tạp rất cao và rất khó mở

rộng.

2.2.2.3.Các thiết bị HMI hiện đại

2.2.2.3.1.Các ưu điểm của HMI hiện đại

Tính đầy đủ kịp thời và chính xác của thông tin.

Tính mềm dẻo, dễ thay đổi bổ sung thông tin cần thiết.

Tính đơn giản của hệ thống, dễ mở rộng, dễ vận hành và sửa chữa.

Tính “Mở”: có khả năng kết nối mạnh, kết nối nhiều loại thiết bị và

nhiều loại giao thức.

Khả năng lưu trữ cao.

2.2.2.4.Các thành phần của HMI

2.2.2.4.1.Phần cứng

Màn hình.

Các phím bấm.

Chíp: CPU, ROM,RAM, EPROM/Flash, …

2. 2.2.4.2.Phần Firmware(lập trình))

Các đối tượng.

Các hàm và lệnh.

2.2.2.4.3.Phần mềm phát triển

Các công cụ xây dựng HMI.



Các công cụ kết nối, nạp chương trình và gỡ rối.

Các công cụ mô phỏng.

2. 2.2.4.4.Truyền thông

Các cổng truyền thông.

Các giao thức truyền thông.

2.2.2.5.Các thông số đặc trưng của HMI

Độ lớn màn hình: quyết định thông tin cần hiển thị cùng lúc của HMI.

Dung lượng bộ nhớ chương trình, bộ nhớ dữ liệu, Flash dữ liệu: quyết

định số lượng tối đa biến số và dung lượng lưu trữ thông tin.

Số lượng các phím và các phím cảm ứng trên màn hình: khả năng thao

tác vận hành.

Chuẩn truyền thông, các giao thức hỗ trợ.

Số lượng các đối tượng, hàm lệnh mà HMI hỗ trợ.

Các cổng mở rộng: Printer, USB, PC100...

2.2.2.6.Quy trình xây dựng hệ thống HMI

2.2.2.6.1 .Lựa chọn phần cứng

Lựa chọn kích cở màn hình: trên cơ sở số lượng thông số/thông tin cảm

biến hiển thị đồng thời nhu cầu về đồ thị, đồ họa(lưu trình công

nghệ...).

Lựa chọn số phím cứng, số phím cảm ứng tối đa cùng sử dụng cùng

lúc.

Lựa chọn các cổng mở rộng nếu có nhu cầu in ấn, đọc mã vạch, kết nối

các thiết bị ngoại vi khác.

Lựa chọn dung lượng bộ nhớ: theo số lượng thông số cần thu thập số

liệu, lưu trữ dữ liệu, số lượng trang màn hình cần hiển thị.



2.2.2.6.2. Xây dựng giao diện

Cấu hình phần cứng: chọn phần cứng, chuẩn giao thức...

Xây dựng các màn hình.

Gán các biến số (tag) cho các đối tượng.

Sử dụng các đối tượng đặc biệt.

Viết các chương trình.

Mô phỏng chương trình.

Nạp thiết bị xuống HMI.



CHƯƠNG 3

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ

THÔNG QUA QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT

3.1.Sơ đồ hệ thống điều khiển quá trình

Nhiệt độ dầu bán thành phẩmBể dầu bán TP 60(oC)

Ngõ thoát nướcVan dk lưu lượng

Tính hiệu cảm biến nhiệt

Ngõ ra TP40(oC)

Van tiết lưu

Tính hiệu đk PLC-HMI

H13:Sơ đồ hệ thống điều khiển trao đổi nhiệt



3.2.Tính toán cho hệ thống trao đổi nhiệt độ

3.2.1.Bài toán thiết kế

Thiết bị trao đổi nhiệt được thiết kế kiểu ống chùm vách ngăn, dùng làm lạnh một

dung dịch có lưu lượng là 60kg/h từ nhiệt độ 600C đến 400C. Dung dịch được làm

lạnh bằng nước lạnh chảy ngược chiều, có nhiệt độ vào là 70C, đi ra có nhiệt độ là

250C. Với nhiệt dung riêng của dung dịch và của nước lần lượt là 2800 J/kg.độ và

4186 J/kg.độ, hệ số truyền nhiệt của thiết bị là 103 W/m2.độ, giả sử nhiệt tổn thất

không đáng kể. Xác định: cho D= 16*10-3

a) Lưu lượng nước cần sử dụng

b) Diện tích bề mặt truyền nhiệt

c) Tính chiều dài của ống truyền nhiệt

Tóm tắt bài toán :

G1 = 60 kg/h = 0,02 kg/s

CP1 = 2800 J/kg

CP2 = 4186 J/ kg

t ’1 = 600C ; t’’1 = 400 C

t’2 = 70C ; t’’2 = 250C

k = 103 W/m2 ( đồng thau )

D = 16*10-3m

Tính : G2 = ?

o F = ?

o L = ?

3.2.2.Tính toán

Áp dụng công thức phương trình cân bằng nhiệt :

G1 * CP1 * ( t’1 – t’’1 ) = G2 *CP2 * ( t’’2 – t’2 )

=>G2 =



G2 = = 0,015(kg/s)

Mà ta lại có:

H14:Mô tả biến đổi nhiệt độ trong thiết bị trao đổi nhiệt

Từ hình trên ta xác định được

t1 = 60 – 25 = 35 0C

t2= 40 – 7 = 330C

=> t =

=> t = 33,9 0C

Q = G1*CP1*t’1 + G2*CP2*t’2

=0,02*2800*60 + 0,015*4186*7

= 3799,5 W

Q = K.F t



=>F = = = 1,09 ( m2)

Từ công thức :

F = .D.L

=>L = = = 21,68 (m )

3.2.3.Thiết kế ống trao đổi nhiệt

Dựa trên kết quả tính toán,nhóm chọn vật liệu làm bộ trao đổi nhiệt là ống đồng

DN 16, chiều dài là 21,68 (m).

Chọn dạng trao đổi nhiệt như hình dưới:

H15:Dạng ống đồng trong mô hình

3. 3 Các loại cảm biến nhiệt độ và cảm biến RTD

Tùy theo lĩnh vực đo và điều kiện thực tế mà có thể chọn một trong các loại cảm

biến : thermocouple, RTD, thermistor, và IC bán dẫn. Mỗi loại có ưu điểm và khuyết

điểm riêng của nó.



Là thiết bị đo nhiệt của đối tượng , nhận sự thay đổi nhiệt vào cho tín hiệu ngõ ra

2 dạng : thay đổi điện áp hoặc thay đổi điện trở.

3.3.1. Cặp nhiệt điện(Thermocouple)

Ưu điểm

Là thành phần tích cực, tự cung cấp công suất.

Đơn giản.

Rẻ tiền.

Tầm thay đổi rộng.

Tầm đo nhiệt rộng.

Khuyết điểm

Phi tuyến.

Điện áp cung cấp thấp.

Đòi hỏi điện áp tham chiếu.

Kém ổn định nhất.

Kém nhạy nhất.

Phân loại

Loại J : kết hợp giữa sắt với constantan, trong đó sắt là cực dương và

constantan là cực âm. Hệ số Seebeck là 51V/C ở 20C.

Loại T : kết hợp giữa đồng với constantan, trong đó đồng là cực dương và

constantan là cực âm. Hệ số Seebeck là 40V/C ở 20C.

Loại K : kết hợp giữa chromel với alumel, trong đó chromel là cực dương và

alumel là cực âm. Hệ số Seebeck là 40V/C ở 20C.

Loại E : kết hợp giữa chromel với constantan, trong đó chromel là cực dương

và constantan là cực âm. Hệ số Seebeck là 62V/C ở 20C.

Loại S, R, B : dùng hợp kim giữa platinum và rhodium, có 3 loại : S) cực

dương dùng dây 90% platinum và 10% rhodium, cực âm là dây thuần



platinum. R) cực dương dùng dây 87% platinum và 13% rhodium, cực âm

dùng dây thuần platinum. B) cực dương dùng dây 70% platinum và 30%

rhodium, cực âm dùng dây 94% platinum và 6% rhodium.

3.3.2 Nhiệt điện trở Thermistors

Ưu điểm

Ngõ ra có giá trị lớn.

Nhanh.

Đo hai dây.

Khuyết điểm

Phi tuyến.

Giới hạn tầm đo nhiệt.

Dễ vỡ.

Cần phải cung cấp nguồn dòng.

Tự gia tăng nhiệt.

Cấu tạo

bằng oxit kim loại : niken, mangan, coban …. Phủ bởi nhựa hoặc thuỷ

tinh.

Phân loại

hệ số nhiệt âm NTC

Hệ số nhiệt dương PTC

H16: Ký hiệu điện trở Thermistors

Ứng dụng



Ứng dụng (NTC) : Đồ điện trong nhà

Điện tử công nghệ : ổn định nhiệt, bù nhiệt.

Cảm biến mức chất lỏng : dực vào hằng số bên tán nhiệt trong nước, không

khí hoặc hơi.

Ứng dụng PTC : PTC công suất , cầu chì, công tắc, gia nhiệt, chỉ thị mức.

Cảm biến: nhiệt : bảo vệ quá nhiệt, đo, điều khiển.

Nhiệt giới hạn : bảo vệ động cơ,quá nhiệt

3.3.3. IC cảm biến

Ưu điểm

Tuyến tính nhất.

Ngõ ra có giá trị cao nhất.

Rẻ tiền.

Khuyết điểm

Nhiệt độ đo dưới 200C.

Cần cung cấp nguồn cho cảm biến.

Phân loại

Ngõ ra áp

LM 35/LM 45

Điện áp ngõ ra tỉ lệ nhiệt (10mV/0C )

Khoảng đo và độ chính xác :

LM35 : -550C => + 1500C (± 10 C )

LM45 : -200C => =1000C (± 300C )

Ngõ ra dòng ( LM134,LM234,LM334 )

Dòng điện ra tỉ lệ nhiệt tuyệt đối

Độ nhạy điều chỉnh bằng điện trở nguồn.

Cấp nguồn 1,2V hoạt động.



Ngõ ra SoSam

LM 26/ LM 27

1 ngõ ra tương tự ,1 ngõ ra so sánh

3.3.4.Nhiệt kế hồng ngoại

H17: Sơ đồ khái quát nhiệt kế hồng ngoại

Hoạt động :

Mọi vật thể đều phát ra năng lực hồng ngoại. Ở trên điểm không tuyệt đối.

Giữa năng lượng hồng ngoại và nhiệt vật thể tương quan với nhau.

Nhiệt kế hồng ngoại đo năng lượng hồng ngoại phát ra từ vật thể và chuyển

thành tín hiệu điện đo được.

Các thương số

Khoảng đo, kích thước vật đo, khoảng cách đo, đối tượng di

chuyển hay cố định.

Ưu điểm :

đo nhiệt ở những nơi khí dung cảm biến tiếp xúc.

Không bị hao mòn, mất sức => lâu hơn



Nhược điểm :

bị ảnh hưởng bởi bức xạ hồng ngoại khúc

Điều khiển Valve ( tín hiệu + cách điều khiển )

Điều khiển bơm ( tín hiệu + cách điều khiển ).

3.3.5.Nhiệt điện trở ( Resistance Iemperature Detecrs -RTD)

làm bằng đồng , nikel, platinum , … quấn tuỳ theo hình dạng đầu đo.

Thông dụng : RTD loại Pt100

Thường có 2,3,4 dây

Trong đồ án chúng ta sử dụng đầu dò nhiệt PT100(RTD)

3.3.6.Cấu tạo về điện trở (Resitance temperature detector –RTD).PT100

Hình18:hình dạng và cấu tạo RTD

Cấu tạo của RTD gồm có dây kim loại làm từ: Đồng, Nikel, Platinum,…được

quấn tùy theo hình dáng của đầu đo



Nguyên lí hoạt động: Khi nhiệt độ thay đổi điện trở giữa hai đầu dây kim loại

này sẽ thay đổi, và tùy chất liệu kim loại sẽ có độ tuyến tính trong một khoảng

nhiệt độ nhất định.

Ưu điểm: độ chính xác cao hơn Cặp nhiệt điện, dễ sử dụng hơn, chiều dài dây

không hạn chế.

Khuyết điểm: Dải đo bé hơn Cặp nhiệt điện, giá thành cao hơn Cặp nhiệt điện

Dải đo: -200~400oC

Ứng dụng: Trong các ngành công nghiệp chung, công nghiệp môi trường hay

gia công vật liệu, hóa chất…

Hiện nay phổ biến nhất của RTD là loại cảm biến Pt, được làm từ Platinum.

Platinum có điện trở suất cao, chống oxy hóa, độ nhạy cao, dải nhiệt đo được

dài. Thường có các loại: 100, 200, 500, 1000 ohm (khi ở 0 oC). Điện trở càng

cao thì độ nhạy nhiệt càng cao.

RTD thường có loại 2 dây, 3 dây và 4 dây. Loại 4 dây cho kết quả đo chính

xác nhất.

3.3.6.1.Cấu tạo cảm biến đo nhiệt độ PT100

Cảm biến nhiệt độ PT100 hay còn gọi là nhiệt điện trở kim loại ( RTD)

PT100 được cấu tạo từ kim loại Platinum được quấn tùy theo hình dáng của đầu dò

nhiệt có giá trị điện trở khi ở 0oC là 100 Ohm. Đây là loại cảm biến thụ động nên

khi sử dụng cần phải cấp một nguồn ngoài ổn định.



Hình 18.1: hình dạng PT100

Dải nhiệt độ đo được là từ -200ºC đến 500ºC

b.Sơ đồ cấu tạo bên trong của đầu dò hình trụ

Hình 18.2: cấu tạo bên trong của đầu dò hình trụ PT100

Điện trở của ống trụ RPT100 = RPT + R3 + R2

L2,L3 được nối với 2 dây đầu ra

3.3.6.2.Nguyên tắc hoạt động

Khi có sự thay đổi nhiệt độ trên đầu dò thì dẫn đến sự thay đổi điện trở của ống

trụ .Mỗi giá trị nhiệt độ khác nhau tương ứng với mỗi giá trị điện trở khác nhau.Ở 10

ºC thì đo được giá trị điện trở RPT100 =107,6 Ω . Khi tăng 1ºC thì RPT tăng sấp xỉ

0,4Ω



3.4. Van và điều khiển van tự động

3.4.1.Van điện từ

Giới thiệu:

Có tác dụng đóng mở nhờ dòng điện chạy qua nó, van thường đóng khi có

dòng điện đi qua, van sẽ mở ra cho chất lỏng và khí đi qua

Ứng dụng:

Dựa vào đặc tính đóng mở bằng điện, ứng dụng rộng rãi điều khiển tự động.

Có thể kết hợp van điện từ với công tắc cảm ứng để làm hệ thống tự động khi

có chuyển động con.

Có thể ứng dụng van điện từ với công tắc hẹn giờ làm hệ thống tự động tưới

tiêu.

Ví dụ: van điện từ KLED, van hiệu CKD

3.4.2.Van tiết lưu

Điều chỉnh lưu lượng chất lỏng trong hệ thủy lực hoặc một bộ phận hệ thủy

lực, qua đó điều chỉnh vận tốc cơ cấu chấp hành của động cơ thủy lực

Điều chỉnh qua công thức: Q=V.S

Q: lưu lượng

V: vận tốc (m/s)

S: tiết diện (m2)

Với chất lỏng thay đổi vận tốc liên quan tới sự hao phí áp suất hay chính là độ

tụt áp suất qua van

điều chỉnh lưu lượng có thể thu được từ điều chỉnh độ sụt áp suất p. Hao

phí áp suất qua van có thể là hao phí do ma sát theo độ dài hoặc hao phí do

trở loại cục bộ



3.4.3.Van điều khiển tự động

Van điều khiển tuyến tính là van dùng tín hiệu 4-20mA hoặc 0-10V điều

khiển góc mở của van theo tín hiệu 4-20mA hoặc 0-10V. Có hai loại : là van

điều khiển tuyến tính bằng khí nén và van điều khiển tuyến tính bằng điện .

Chúng ta sẽ tìm hiểu về hai loại van điều khiển tuyến tính này .

Van điều khiển tuyến tính bằng khí nén nguồn cấp cho van là khí nén , tín

hiệu điều khiển là 4-20mA nhận từ PLC hoặc bộ điều khiển đến positioned .

Nguyên lý hoạt động của van điều khiển tuyến tính bằng khí nén : ta đưa

nguồn cấp khí vào bộ positioner – tùy theo lực đóng van mà cấp nguồn khí

nén cho phù hợp . Van sẽ chạy tuyến tính theo tín hiệu 4-20mA từ PLC hoặc

bộ điều khiển vào bộ positioner . Tín hiệu đưa vào PLC có thể từ cảm biến

nhiệt độ hoặc cảm biến áp suất tùy theo chúng ta muốn điều khiển theo nhiệt

độ hay áp suất .


http://www.thietbikythuat.com.vn/thiet-bi/van-dieu-khien-bang-dien-46_c

http://www.thietbikythuat.com.vn/thiet-bi/van-dieu-khien-bang-khi-nen-45_c

http://www.thietbikythuat.com.vn/thiet-bi/van-dieu-khien-bang-khi-nen-45_c

http://vandieukhien.vn/wp-content/uploads/2014/12/van-dieu-khien-bang-dien-KFM-Germany.png


H19:Van điều khiển tuyến tính bằng điện KFM – Germany

Nguyên lý hoạt động của van điều khiển tuyến tính bằng điện : nguồn cấp

cho motor van điều khiển là 220V hoặc 24V . Tín hiệu điều khiển từ PLC

hoặc bộ điều khiển là 4-20mA hoặc 0-10V đưa vào bộ positioner . Van điều

khiển bằng điện có tín hiệu feedblack về là 4-20mA hoặc 0-10V để biết được

góc đóng mở của van điều khiển tuyến tính .

Ứng dụng của van điều khiển tuyến tính được dùng nhiều trong các nhà

máy bia , sữa , thực phẩm … vì nhu cầu cần điều khiển nhiệt độ một cách

chính xác . Van điề khiển tuyến tính có rất nhiều hãng như : Samson ,Spirax

sarco , Ari , KFM , RKT …

Bảng3.Thông số của van điều khiển bằng điện

Nhìn trên bảng thông số trên ta thấy thời gian chạy một hành trình của van điều

khiển bằng điện là rất lâu . Chúng ta lấy ví dụ là DN150 thì thời gian đóng hoặc mở



van là 198 giây . Một hành trình của van điêu khiển bằng điện hơn 3 phút , điều này

đảm bảo sự chính xác cần thiết trong điều khiển .

Ưu điểm của van điều khiển bằng điện là chạy chậm và chính xác , nhược điểm

của nó cũng là quá chậm so với van điều khiển bằng khí nén . Vậy tại sao lại chọn

van điều khiển bằng điện

Đối với một số môi trường có áp suất cao nếu như dùng van điều khiển bằng khí

nén thì sẽ bị rung đường ống rất lớn . Lý do là do van điều khiển khí nén thời gian

đóng một hành trình rất ngắn chỉ 10s trở lại vì sự thay đổi áp suất giữa trước và sau

van thì trên đường ống sẽ rung rất mạnh . Nếu dùng van điêu khiển bằng điện sẽ

đóng từ từ và sẽ không có hiện tượng rung trên đường ống .

Khi cần điều khiển một hệ thống cần thông số chính xác , không có thay đổi đột

ngột quá trình điều khiển thì chọn van điều khiển bằng điện là điều cần thiết .

Việc cấp nguồn khí nén cho một số nơi, nhà máy , công trường là một điều

không dể dàng thì van điều khiển bằng điện là giải pháp tôi ưu hơn .

hoặc tính thời gian chạy . Cách làm này có thể tiết kiệm được chi phí khá nhiều so

với dùng van điều khiển bằng điện tuyến tính nhưng việc điều khiển chỉ mang tính

tương đối –ko chính xác

3.4.4.Van tuyến tính ACTIVAL Model VY51XXJ

3.4.4.1. Hình ảnh cho van ACTIVAL

Note:

Fig.1 shows the image of DN15 to DN80 valve

model. DN100 to DN150 valve also has the cone as

well.

Refer to the section Dimensions for the image of

DN100 to DN150 valve model.


http://vandieukhien.vn/van-dieu-khien-khi-nen/


Cone

Figure 1. Mechanism of cavitation erosion resistance

H.20:Van tuyến tính ACTIVAL

3.4.4.2. Bảng thông số kỹ thuật

Item Specification

Power supply 24 V AC 15 %, 50 Hz/60 Hz

Applicable valve size Standard torque type DN100 to DN125

High torque type DN150

Power consumption Standard torque type Model VY511: 7 VA

Model VY512/VY513/VY514: 8 VA

High torque type Model VY511: 9 VA

Model VY512/VY513/VY514: 10 VA

Timing 63 5 sec (50 Hz) / 53 5 sec (60 Hz)

Control signal input Nominal 135 feedback potentiometer

(Total resistance: Nominal 135 / Max.

applied voltage: 5 V DC) Nominal 135 resistance

input

4 mA DC to 20 mA DC input (Input impedance: 100 )

2 V DC to 10 V DC input (Input impedance: 150 kor higher)

Feedback signal output (only with 4-20 mA DC

input and 2-10 V DC input)

Range: 2 V DC (0 % position) to 10 V

DC (100 % position) Max. load

resistance: 10 kor higher (Max. 1

mA) Bảng 4: Bảng thông số của van Actival

3.4.4.3.Sơ đồ đấu nối các chân tính hiệu



H.20.1.Sơ đồ chân tính hiệu điều khiển van Actival

3.4.4.4.Tính hiệu điều khiển

ACTIVAL Model VY51XXJ là loại van tuyến tính sử dụng tính hiệu nguồn là

24VAC,tính hiệu điều khiển cho van là 4 – 20 mA và tính hiệu hồi của van là 4 – 20

mA (tính hiệu góc mở của van)

Dòng van tuyến tính về cơ bản là tính hiệu ở chế độ on-off ,tức là hành trình

của van sẽ đóng hoàn toàn hoặc mở hoàn toàn nếu có tính hiệu điều khiển.

Cùng với tính chất và yêu cầu của việc điều khiển tự động một cách chính xác

buộc các nhà sản xuất phải điều khiển góc mở của van một cách chính xác ,do đó

thay vì phải chế tạo một dòng van hoàn toàn mới thì các nhà xản xuất đã cải tiến

cách điều khiển góc mở của van bằng việc kết hợp với bộ điều khiển góc mở van đi

kèm.

Nguyên lý của bộ điều khiển góc mở van về cơ bản là chế độ điều khiển dòng

nguồn điều khiển moter van.Moter van có thể quay trái hoặc quay phải nhờ vào tính

hiệu nhận được.Ngỏ vào được nối với tính hiệu điều khiển 4 – 20 mA.Để theo dỏi

cũng như điều khiển góc mở của van một cách chính xác ,van được chế tạo thêm cơ

cấu để có thể đọc được giá trị góc mở mà ở đây biến trỡ được nối với trục quay của



van thông qua bộ truyền động.Khi cấp nguồn 24 VDC cho biến trỡ ,góc mở của van

sẽ quyết định đến giá trị biến trỡ cho nên tính hiệu dòng hồi ở ngỏ ra của biến trỡ là

giá trị tức thời của góc mở van,tính hiệu này là tính hiệu 4 – 20 mA.Trong một số

giải thuật điều khiển ,tính hiệu này trỡ nên quan trọng vì nó quyết định đến góc mở

van.Trong giải thuật PID của PLC tính hiệu hồi này chỉ sữ dụng để theo dỏi hoặc để

đảm bảo cho hệ số an toàn của hệ thống.

3.5.Lựa chọn điều khiển lưu lượng nước làm mát thông qua bộ biến tần

3.5.1.Sơ đồ khối biến tần



H.21:Hình biến tần và sơ đồ khối

Gắn bên trong Biến tần là các bộ phận có chức năng nhận điện áp đầu vào cố định

(với tần số cố định) và biến điện áp/tần số đó thành điện áp/tần số biến thiên ba pha

để điều khiển tốc độ động cơ.



3.5.2.Cách thức hoạt động của Biến tần

Cách thức hoạt động cơ bản của bộ biến tần chủ yếu qua 2 công đoạn sau:

Công đoạn 1: Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh

lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng. Công đoạn này được thực hiện

bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện. Điện đầu vào có thể là một pha hoặc

ba pha, nhưng nó sẽ ở mức điện áp và tần số cố định.

Công đoạn 2: Điện áp một chiều ở trên sẽ được biến đổi (nghịch lưu) thành

điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Mới đầu, điện áp Một chiều được tạo ra sẽ

được trữ trong giàn tụ điện. Điện áp một chiều này ở mức rất cao. Tiếp theo,

thông qua trình tự kích hoạt thích hợp bộ biến đổi IGBT (IGBT là từ viết tắt

của Tranzito Lưỡng cực có Cổng Cách điện hoạt động giống như một công tắc

bật và tắt cực nhanh để tạo dạng sóng đầu ra của Biến tần) của Biến tần sẽ tạo

ra một điện áp Xoay chiều ba pha bằng phương pháp điều chế độ rộng xung

(PWM). Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện

nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm

tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ.


H.21.1.Sơ đồ tổng quát hoạt động của biến tần


Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và tần

số vô cấp tuỳ theo bộ điều khiển (khi cần tăng hoặc giảm tốc độ của động cơ)

3.5.3.Các bộ phận cơ bản của biến tần

Thông qua quá trình hoạt động của biến tần, ta có thể rút ra cấu tạo biến tần gồm

mạch chỉnh lưu, mạch một chiều trung gian (DC link), mạch nghịch lưu và phần

điều khiển (hình vẽ)


H.21.2.Sơ đồ chi tiết hoạt động của biến tần


H.21.3.các bộ phận bên trong biến tần

Vì sao lại chọn biến tần để điều khiển lưu lượng?

Qua quá trình thực nghiệm và so sánh kết quả của quá trình điều khiển hệ thống

thông qua van tiết lưu và biến tần chúng ta nhận thấy.

Điều khiển van tiết lưu:Tốc độ đáp ứng nhiệt độ của hệ thống chậm.Về mặt lý

thuyết khi ta điều khiển góc mở của van đồng nghĩa với việc lưu lượng nước sẽ thay

đổi nhưng vấn đề được đặt ra là hệ thống sẽ chịu thêm áp lực từ bơm nước nếu góc

mở van nhỏ lại ,lúc này áp suất sẽ gia tăng phía đầu vào của van dẫn đến các hạt

nước sẽ bị đẩy đi nhanh hơn so với khi van mở hoàn toàn ,điều này đòi hỏi để đáp

ứng lưu lượng nước thay đổi của hệ thống thì góc mở của van phải hoạt động ở một

dãi rất lớn.

Về mặt an toàn khi góc mở van nhỏ lại đồng nghĩa áp suất sẽ gia tăng trên đường

ống và thân bơm dẫn đến hệ số an toàn không đảm bảo cho đường ống cũng như

động cơ máy bơm nước.

Điều khiễn thông qua biến tần:Tốc độ động cơ sẽ thay đổi theo yêu cầu lưu

lượng nước đạt được của hệ thống,điều này dẫn đến áp suất nén của lực máy bơm



lên hện thống không đáng kễ ,vì vậy hệ số an toàn của hệ thống được nâng lên.Lưu

lượng nước sẽ được điều khiễn một cách chính xác theo yêu cầu của hệ thống nên

việc đáp ứng nhiệt độ của hệ thống xảy ra nhanh hơn so với điều khiễn bằng van.

Năng lượng để tiêu tốn khi điều khiển bằng biến tần sẽ thấp hơn so với điều khiễn

van tiết lưu.

3.5.4.Sử dụng biến tần Delta MODE : V FD00 7M23A

3.5.4.1.Hình ảnh cấu tạo của biến tần Delta



H.22:Cấu tạo biến tần DELTA



1,lỗ gắn vít/2,nhản tem/3,nắp dưới/4,bàn phím số/5,upper cover/6,lỗ thông gió/7,đầu

vào/8,kiểm soát đầu vào đầu ra thiết bị/9,điện trỡ phanh bên ngoài/10,thiết bị đầu

cuối đầu ra/11,nối đất

Biến tần D007M23A sữ dụng cho động cơ 3 phase 230 V công suất danh định

1HP (0,75 KW)

Ngỏ vào ACI nhận tính hiệu 4-20mA từ PLC điều khiển tần số cho động cơ từ

0-60 HZ

Các ngỏ U/T1,V/T2,W/T3 nối với động cơ 3 phase

3.5.4.2.Sơ đồ kết nối các chân tính hiệu

H.22.1:Sơ đồ chân tính hiệu

3.5.4.3.Bàn phím điều khiển và màn hình hiển thị

Bàn phím số bao gồm hai phần: bảng điều khiển màn hình và bàn

phím. Bảng hiển thị cung cấp màn hình hiển thị thông số và hiển thị trạng thái

hoạt động của ổ đĩa AC và bàn phím cung cấp chương trình và giao diện điều

khiển.



H.22.2:Bàn phím đk và màn hình hiển thị



3.6.Bơm nước và nguyên lý hoạt động của bơm nước ly tâm

3.6.1.Chủng loại máy bơm nước

Máy bơm nước với những ứng dụng bơm công nghiệp, bơm dân dụng có rất

nhiều chủng loại khác nhau: bơm cánh quạt, bơm khí nâng, bơm điện chìm, bơm ly

tâm, bơm phun, bơm piston...

3.6.2.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy bơm nước ly tâm

3.6.2.1. Cấu tạo

H.26:Cấu tạo của bơm nước ly tâm

3.6.2.2.Nguyên lý hoạt động của bơm ly tâm

Bơm ly tâm là loại bơm theo nguyên lý lực ly tâm. Nước được dẫn vào tâm quay

của cánh bơm. Nhờ lực ly tâm, nước bị đẩy văng ra mép cánh bơm. Năng lượng bên

ngoài thông qua cánh bơm đã được truyền cho dòng nước, một phần tạo nên áp

năng, một phần tạo thành động năng khiến nước chuyển động.

Trước khi máy bơm làm việc, cần phải làm cho thân bơm (trong đó có bánh

công tác) và ống hút được điền đầy chất lỏng, thường gọi là mồi bơm.


http://maybomnuocdailoan.com/may-bom-nuoc.html


http://maybomnuocdailoan.com/tin-tuc/cau-tao-va-nguyen-ly-hoat-dong-cua-may-bom-nuoc.html


Khi máy bơm làm việc, bánh công tác quay, các phần tử chất lỏng ở trong bánh

công tác dưới ảnh hưởng của lực ly tâm bị văng từ trong ra ngoài, chuyển động theo

các máng dẫn và đi vào ống đẩy với áp suất cao hơn, đó là quá trình đẩy của bơm.

Đồng thời, ở lối vào của bánh công tác tạo nên vùng có chân không và dưới tác dụng

của áp suất trong bể chứa lớn hơn áp suất ở lối vào của máy bơm nước, chất lỏng ở

bể hút liên tục bị đẩy vào bơm theo ống hút, đó là quá trình hút của bơm.

Quá trình hút và đẩy của bơm là quá trình liên tục, tạo nên dòng chảy liên tục

qua bơm.

Nhận dạng: máy bơm nước ly tâm có ống hút đưa nước vào tâm của cánh bơm

và ống đẩy nằm trên mép cánh.

3.6.2.3.Tính toán công suất lưu lượng bơm nước

Công suất bơm được tính bằng tích của lưu lượng nhân với áp suất. Ta có công

thức tính công suất như sau: xét lưu lượng G tính theo (m¬3 /s)

P = (d * H * G) / k

với,

d: khối lượng riêng của chất được bơm (kg/m3)

H: độ cao cột áp cần bơm (m)

G :lưu lượng bơm (m3/s)

k : tỷ số giữa công suất đầu ra với công suất trên trục của bơm

Tuy nhiên vì đề tài là mô hình điều khiển không thiên về phần tính toán cho nên

ta có thể bỏ qua về cột áp,coi như các hệ số truyền động của động cơ kéo bơm đều là

lý tưởng vì vậy ta có thể tính tương đối lưu lượng của máy bơm thông qua công thức

tính số vòng quay của động cơ.

f = P*n/60 (1)

Trong đó: f là tần số nguồn điện cung cấp cho động cơ

P là số cặp cực(động cơ 3 phase của chúng ta có 2 cặp cực)





n là số vòng quay /tốc độ động cơ.

Tần số cực đại của nguồn chúng ta cung cấp cho động cơ là 50 Hz

Từ (1) suy ra

n = 60*f/P = 60*50/2 =1500v/phút (2)

Ta lại có được lưu lượng lý tưởng của bơm nước danh định là

G = 18L/phút

Từ công thức

G = qv*n (3)

Trong đó : G là lưu lượng danh định

qv là lưu lượng riêng của bơm hay là lưu lượng của một vòng quay

n là vòng quay của trục bơm

Từ (3) ta suy ra

qv = G/n = 18/1500 = 0,012 L/phút-một vòng quay (4)

Từ (1),(2),(3),(4) ta có được phương pháp tính toán tương đối cho công suất lưu

lượng của bơm.

Khi ta thay đổi tần số nguồn cung cấp tức là ta thay đổi tốc độ vòng quay trục

bơm và ta tính được số vòng quay lý tưởng từ công thức (1),(2).

Ta lấy các kết quả tính toán được thế vào công thức (3) ta sẽ tìm ra được lưu

lượng tương đối của bơm ngay tại thời điểm đó

3.7.Ứng dụngPLC -HMI(Unitronics)vào điều khiển quá trình chính xác cho hệ

thống

Hiện nay dòng PLC có màn hình hiển thị tách rời với phần cứng đã trỡ nên lổi

thời.Việc các cad rời biến đổi tính hiệu A/D,D/A tạo nên sự phức tạp và gây khó

khăn khi lắp đặt.

PLC Unitronics là dòng PLC hiện đại với khả năng thích ứng cao trong môi

trường công nghiệp ,theo dỏi và điều khiển quá trình một cách dễ dàng với màn hình



hiển thị HMI được tích hợp cùng với phần cứng.PLC trỡ thành một chiếc máy tính

thu nhỏ khi có thể điều khiển quá trình ngay trên dao diện màn hình HMI.

Cad biến đổi A/D,D/A được tích hợp với các cổng giao tiếp trực tiếp tới thiết bị

ngoại vi khiến cho việc lắp đặt,bảo trì trỡ nên dễ dàng.

Ngoài ra Unitronics nắm bắt tốt xu thế của nền công nghiệp hiện đại nên đã phát

triển thành công cad rời truyền thông điều khiển và theo dỏi hệ thống từ xa thông

qua tinh nhắn SMS.Cùng với đó là khả năng lưu trữ dữ liệu trực tuyến ở trang Wep

đã cấp địa chỉ sẵn cho người dùng, khiến cho dòng PLC Unitronics trỡ thành thương

hiệu vượt trội và là sự lựa chọn hàng đầu của các hệ thống điều khiển tự động .

3.7.1.PLC và các cổng giao tiếp - Model V200 Unitronics

Chúng ta tiến hành cấp nguồn 24VDC cho ngỏ POWER PLC.

Cấp nguồn 24VDC cho ngỏ 24VDC trên PLC(chân 0v,24v),các ngỏ analog và

digital.

Ngỏ kết nối với cảm biến PT100: T-4,T+4,PT4

Ngỏ ANO (I) là ngỏ ra của tính hiệu điều khiển 4-20mA.Tính hiệu này sẽ điều

khiển tốc độ động cơ bơm thông qua biến tần và được kết nối với ngỏ vào ACM của

biến tần.Chân GNS của biến tần nối trỡ lại MASS 24VDC

Ngỏ vào AN2 nhận tính hiệu phản hồi (4-20mA) từ các thiết bị ngoại vi cần theo

dỏi .

Ngỏ 0op ngỏ ra được nối với rơ le nhằm kích cho biến tần hoạt động có áp bằng

24 VDC,một chân của roowle sẽ được nối trỡ về mass 24VDC



H.24: PLC-HMI Unitronics

Các cổng giao tiếp

H.24.1.Sơ đồ đấu dây cho các chân tinh hiệu PLC V200



H.24.2.Các hình ảnh về sơ đồ đấu dây các chân tính hiệu của PLC V200



H.24.3.Các hình ảnh về sơ đồ đấu dây các chân tính hiệu PLC V200



H.24.4:Các hình ảnh về sơ đồ đấu nối các chân tính hiệu của PLC V200



3.7.2.PLC/HMI và phần mềm Visilogic

3.7.2.1.Tích hợp PLC-HMI

màn hình hiển thị và điều khiển được tích hợp sẵn cùng với phần cứng .Chương

trình điều khiển được nạp thông thông qua phần mềm Visilogic.

3.7.2.2.Giao diện phần mềm Visilogic

H .25.Giao diện phần mềm Visilogic

3.7.2.3.Chương trình giải nhiệt cho dầu



(điêu khiển tốc độ động cơ thông qua biến tần để ổn định mức nhiệt đầu ra cho

dầu thành phẩm)

H.25.1.Chương trình điều khiển nhiệt độ



Hình 25.2.Chương trình điều khiển nhiệt độ



3.7.2.4.Giao diện màn hình hiển thị HMI

H.26.Giao diện màn hình hiển thị HMI

Sau khi nạp chương trình và giao diện vào PLC chúng ta sẽ thấy màn hình HMI

giống như hình dưới.

H. 26.1.Giao diện màn hình PLC sau khi nạp chương trình



Cách vận hành:sau khi đảm bảo việc đấu nối hệ thống

“Start”khởi động hệ thống

Chúng ta tiến hành cài đặt nhiệt độ ở ô “Temp Setpoint”

Nhiệt độ đọc từ PT 100 hiển thị ở ô “Temp Process Value”

Tần số do biến tần cung cấp cho động cơ hiển thị ở ô”Inverter Speed”

Ở “PID Status” dùng để theo dỏi hàm PID: nếu hiển thị 11 là hệ thống

đang hoạt động hết công suất để đưa nhiệt độ nhanh chống về nhiệt độ

cài đặt.Nếu hiển thị số 4 là hệ thống đang hoạt động trong giải thuật

PID.Nếu số 10 chúng ta hiểu rằng hệ thống đã ngừng hoạt động.

“Stop” tắt hệ thống.

3.8.Nguyên tắc hoạt động của hệ thống điều khiển nhiệt độ thông qua nguyên lý

trao đổi nhiệt

Với một hệ thống điều khiển vòng kính,lưu lượng của chất mang nhiệt nóng

luôn ổn định ở mức cho phép.Sự dịch chuyển của các hạt mang nhiệt nóng luôn luôn

dịch chuyển từ vùng nóng qua vùng mang nhiệt thấp.Nhiệt độ của khối chất mang

nhiệt nóng sẽ luôn luôn được bổ sung bằng với lượng chất mang nhiệt đạt yêu cầu đã

thoát ra ngoài.Thời gian giải nhiệt cho một phần tử mang nhiệt nóng bắt đầu từ khi

phần tử đó tiếp xúc với bề mặt trao đổi nhiệt hoặc phần tử mang nhiệt kém hơn và

tiếp tục hành trình đi đến ngỏ ra.Quảng đường đi đó được tính toán để nhiệt độ từ

60oC gải nhiệt xuống 40 oC(đáp ứng yêu cầu).Khi phần tử mang nhiệt nóng đạt 40

oC và tiếp xúc với cảm biến nhiệt độ,tính hiệu được cảm biến PT 100 thu nhận và

biến đổi thành số nhị phân thông qua thuật giải có trong PLC.Lúc này PLC sẽ xuất

tính hiệu điều khiển tốc độ động cơ bơm nước.

Tương tự cho chất mang nhiệt thấp.Chất mang nhiệt thấp hấp thụ nhiệt độ của

chất mang nhiệt nóng.Chúng ta sẽ bỏ qua nhiệt độ đầu ra của chất mang nhiệt thấp



mà chỉ quan tâm đến đầu vào của hệ thống làm mát.Hệ thống làm mát sẽ đảm bảo

cho nhiệt độ chất mang nhiệt thấp được ổn định ở ngỏ vào.

PLC đọc tính hiệu từ cảm biến nhiệt độ và nhờ giải thuật PID sẽ xuất tính hiệu

điều khiển lưu lượng chất mang nhiệt thấp thông qua biến tần điều khiển vòng quay

của động cơ bơm.Điều này để đảm bảo cho thời gian giải nhiệt của chất mang nhiệt

nóng luôn ổn định

Chúng ta sẽ không cần quan tâm đến tốc độ của động cơ khi hệ thống hoạt động

vì thuật giải PID sẽ điều khiển tốc độ moter tương ứng với nhiệt độ đo được ở đầu

ra của chất mang nhiệt nóng.

Khi nhiệt độ đo được lớn hơn nhiệt độ đặt PLC sẽ xuất tính hiệu làm tăng lưu

lượng nước làm mát và ngược lại ,khi nhiệt độ đo được bé hơn nhiệt độ đặt,PLC

xuất tính hiệu làm giảm lưu lượng nước làm mát.Quá trình đó sẽ tiếp tục xảy ra cho

đến khi nhiệt độ thành phẩm ổn định theo nhiệt độ đặt

3.8.1.Nguyên lý của tính hiệu điều khiển

Nhiệt độ dầu thành phẩm được Pt 100 biến đổi thành tính hiệu điện (áp hoặc

dòng).tính hiệu điện này là tính hiệu liên tục biến thiên theo thời gian nhưng PLC

cũng như các mạch điều khiển tích hợp sữ dụng ngôn ngữ số nhị phân 0,1. Cho nên

trước khi đưa đến điều khiển ,tính hiệu điện từ PT100 được biến đổi thành tính hiệu

số thông qua bộ A/D. PLC một số hảng đã được tích hợp sẵn cad A/D và D/A nên

không cần cad biến đổi rời bên ngoài.PLC của hảng UNITRONICS tích hợp cad

biến đổi cùng với màn hình điều khiển

Điều khiển logic khả trình PLC sử dụng luật điều khiển thuận toán PID vào

chương trình điều khiển chính xác.

Tính hiệu qua bộ xử lý trung tâm của PLC và sau đó xuất các tính hiệu điều khiển

theo chương trình đã được lập trình sẵn.

Hàm PID trong PLC sẽ tự nhận dạng hệ thống và sẽ cấp cho hệ thống hệ số

Kp,Ki,Kd thông số chính xác nhất với nhiệt độ đặt của hệ thống là 40 oC



Quá trình xuất tính hiệu điều khiển biến tần cũng thông quan bộ biến đổi

D/A ,trước khi biến đổi tính hiệu ,tính hiệu nhị phân được lưu vào một thanh ghi 12

bit(nhận giá trị từ 0-4095) và sau đó mới biến đổi tính hiệu Digito thành Analog.Ngỏ

ra của PLC là tính hiệu 4-20 mA cấp cho ngỏ vào điều khiển của biến tần.Biến tần

nhận tính hiệu điều khiển từ PLC ,tốc độ động cơ từ 0 – 100% tương ứng với tính

hiệu 4- 20 mA.Chúng ta sẽ áp giá trị tần số điều khiển động cơ bơm trong khoảng từ

4.8 HZ đến 50HZ để đảm bảo cho động cơ bơm.

Quá trình đọc nhiệt độ từ cảm biến PT100 xảy ra liên tục với tần số là mcs (Tần

số lấy mẩu tính hiệu)

3.8.2.An toàn cho hệ thống

Hệ thống được tính toán sao cho áp suất trong đường ống nước làm lạnh một

khi quá lớn do áp lực của lực đẩy máy bơm bị chặn lại do gặp sự cố trên đường ống ,

lập tức van an toàn sẽ mở ra điều này đảm bảo cho áp suất trên đường ống và động

cơ bơm không bị quá tải

Khi tốc độ làm lạnh của hệ thống chậm dẩn đến lượng dầu có trong bộ trao đổi

nhiệt quá lớn và vì thế tốc độ làm lạnh không được đảm bảo.Để ổn định cho công

suất của bộ trao đổi nhiệt chúng ta sử dụng thêm van ổn mức và cơ cấu chấp hành

của tính hiệu cảnh báo.



CHƯƠNG 4

MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM QUÁ TRÌNH ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ

THÔNG QUA NGUYÊN LÝ TRAO ĐỔI NHIỆT

4.1.Hình ảnh hệ thống

H.27. Hệ thống trao đổi nhiệt


1

2 3

4

5

6


1.bể bán thành phẩm

nhiệt độ dầu 60oC

2.bể trao đổi nhiệt

Nước làm lạnh chảy bên trong cuộn coil bằng đồng

Bình chứa .

3.bể nước làm lạnh 7 oC

Cung cấp nước lạnh cho cuộn coil

4.Bơm nước

Cung cấp nước làm lạnh cho hệ thống hoạt động

5 .Cảm biến nhiệt PT100

6.tủ điện

Cấp nguồn 220v cho biến tần và đồng hồ hiển thị nhiệt độ

Biến tần Delta VFD 00 7M24A,cầu dao nguồn,rơ le kích biến tần

PLC model V200 Unitronics

H.28.Bên trong tủ điện



4.2.Sơ đồ đấu nối dây

H. 29.Sơ đồ đấu nối dây cho hệ thống điều khiển nhiệt độ dùng PLC



4.3.Kết quả thực nghiệm mô hình

Quá trình thực nghiệm mô hình.

Nhiệt độ dầu nóng là 60 oC

Nhiệt độ đặt là 40 oC

Nhiệt độ nướclàm lạnh là 7 oC

Hệ số Kp,Ki,Kd được hệ thống tự nhận diện và đưa ra thông số chính

xác nhất.Chúng ta để PLC chạy ở chế độ tự động.

Ki = 0

Kp= 40

Kd = 60

Thời gian để hệ thống ổn định diễn ra tương đối nhanh.

Sai số xác lập +- 2 oC.

Tần số biến tần khi nhiệt độ đầu ra biến đổi:

60 oC: 50 Hz

43 oC: 47 Hz

42 oC: 33 Hz

41 oC: 19.8 Hz

40 oC: 5.8 Hz

4.4.Bảng các giá trị thực nghiệm và thời gian đáp ứng



Nhiệt độ nước làm mát 30 oC

Bảng 5.Giá trị các thông số khi nước làm mát ở 30 oC

Đồ thị đáp ứng của nhiệt độ theo thời gian

H .30.Đồ thị đáp ứng nhiệt độ của thành phẩm khi nước làm mát ở 30 oC




Bảng 6.Giá trị các thông số khi nước làm mát ở 15 oC

H. 31. Đồ thị đáp ứng nhiệt độ của thành phẩm khi nước làm mát ở 15 oC




Bảng. 7.Giá trị các thông số khi nước làm mát 10 oC

H. 32. Đồ thị đáp ứng nhiệt độ của thành phẩm khi nước làm mát ở 10 oC

CHƯƠNG 5



KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN

5.1.kết luận

Qua quá trình chạy thử mô hình chúng ta nhận thấy việc để hệ thống chạy một

cách ổn định và chính xác buộc chúng ta phải duy trì nhiệt độ đầu vào của hệ thống

phải chính xác .Lúc này hệ thống nhận diện hệ số Kp,Ki,Kd chính xác với sai số xác

lập sẽ rất bé.Bởi vì việc trao đổi nhiệt độ của hệ thống để đạt được độ chênh lệch 1

oC với thời gian diển ra rất lâu so với tính hiệu lấy mẩu về cho nên hệ thống có thể

được điều khiển một cách hoàn toàn chính xác không có sai số quá lớn so với thang

đo nhiệt độ thực.

Việc này khiến cho việc điều khiển thêm một van đống mở tự động ở đầu ra

thành phẩm trỡ nên dễ dàng với một giá thành rẻ mà vẫn đáp ứng được hệ thống.

Kết quả thực nghiệm trên chỉ mang tính chất tham khảo tương đối vì số liệu đầu vào

đầu ra có thể thay đổi

5.2.Phương hướng phát triển

Việc sử dụng điện thoại di động trở nên phổ biến đã mang đến một hướng phát

triển của mạng viễn thông là điều khiển và giám sát các thiết bị từ xa chỉ bằng tin

nhắn SMS.

5.2.1. Giới thiệu về công nghệ GSM

GSM (Global System for Mobile communication) là hệ thống thông tin di

động số toàn cầu, là công nghệ không dây thuộc thế hệ 2G (second generation) có

cấu trúc mạng tế bào, cung cấp dịch vụ truyền giọng nói và chuyển giao dữ liệu chất

lượng cao với các băng tần khác nhau: 400MHz, 900MHz, 1800MHz và 1900MHz,

được tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu (ETSI) quy định.

GSM là một hệ thống có cấu trúc mở nên hoàn toàn không phụ thuộc vào

phần cứng, người ta có thể mua thiết bị từ nhiều hãng khác nhau.



Nó cho phép nhà cung cấp dịch vụ đưa ra tính năng roaming cho thuê bao của

mình với các mạng khác trên toàn thế giới. Và công nghệ GSM cũng phát triển thêm

các tính năng truyền dữ liệu như GPRS và đường truyền với tốc độ cao sử dụng

PDGF

GSM hiện chiếm 85% thị trường di động với 2.5 tỷ thuê bao tại 218 quốc gia

và vùng lãnh thổ. Các mạng thông tin di động GSM cho phép có thể roaming với

nhau do đó những máy điện thoại di động GSM của các mạng GSM khác nhau có

thể sử dụng được nhiều nơi trên thế giới.

5.2.2.thiết bị theo dỏi ứng dụng công nghệ điện toán đám mây

Ứng dụng vào thực tiển để giám sát các hệ thống công nghiệp thông qua kết nối

internet.Lưu giữu onile số liệu trên trang mạng và có thể truy cập theo dỏi và điều

khiển bất cứ mọi lúc ,mọi nơi.

5.2.3. Cad giao thức mạng của PLC Unitronics

Với khả năng thích ứng cao của xu thế,ngày nay các dòng PLC hiện đại đã được

nghiên cứu và ứng dụng thành công vào việc theo dỏi và điều khiển hệ thống từ

xa.Nó đã tạo nên một bước ngoặt lớn trên phương diện kỹ thuật cho các nhà quản lý.



TÀI LIỆU THAM KHAO

Tạp chí và sách tham khảo

[1]. Trần Xuân Tùy,”Hệ thống truyền động thủy khí” , Giáo Trình ĐHBK Đà Nẵng

[2]. Bùi Hải,”Tính toán thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt”,nxb Giao Thông Vận Tải

[3]. Nguyễn Trung Chính, “Tập lệnh At của Module Sim300CZ dùng cho SMS”,

2009

[4]. Hoàng Đình Tính,”Truyền nhiệt và tính toán thiết bị trao đổi nhiệt”,nxb Khoa Học Và Kỹ Thuật

Trang web tham khảo

[w1]. http/ Unitronics.com

[w2]. https://vi.wikipedia.org/wiki

[w3]. http://doc.edu.vn/

PHÂN PHỤ LỤC

Phụ lục A Công thức tính toán truyền nhiệt


http://blogthuyluc.blogspot.com/2012/06/ebook-he-thong-truyen-ong-thuy-khi-tran.html


A.1. Phương trình cân bằng nhiệt:

Q1 = G1 . CP1 . ( t’1 – t’’1 )

A.1.1. Phương trình truyền nhiệt:

Q = k. t.d F = k.F. t

A.2 Công tính chiều dài đường ống:

F = .D.L

Phụ lục B Công thức tính toán lưu lượng phụ thuộc vòng quay

bơm nước

B.1.Phương trình tính vòng quay động cơ bơm nước:

n = f*60/P

B.2.Phương trình tính lưu lượng bơm nước:

G = qv* n


Education

ĐỒ ÁN ,Khoa điện tử viễn thông, cơ khí tự động hóa